Alumina zeramikazko hortz-inplanteak – propietateak, adierazpenak eta prestaketa-diseinu kontuan hartu beharreko alderdiak

Alumina zeramika materialak azkar lortu du oinarri sendoa odontologian bere errendimendu kliniko bikainagatik, finkatutako protesietan erabiltzen baita. Artikulu honek sakonago aztertzen ditu haren propietateak, adierazpenak, prestaketa-diseinuari buruzko kontuan hartu beharreko alderdiak eta erabilera.

Alumina oso gogorra eta iraunkorra den zeramika teknikoa da, bere indar mekanikoagatik, egonkortasun kimikoagatik eta biokonpatibilitateagatik ezaguna. Ezaugarri hauek garbitasun-maila handitzen doan heinean hobetzen dira; ekoizpenean hautsa lehorrean prentsatzen da, prentsa hidrauliko edo mekanikoen bidez; formazioa ondoren, dentsitatea emateko labean egosi behar da.

Zorroztasuna

Alumina oso gogorra eta erresilientea den zeramika bat da, Mohs gogortasun-maila 9 duena, higadurarekiko erresistentzia bikaina eskaintzen duena, eta horri esker da material egokia ebaketa-tresnetan, marrazteko matrizeetan, estrusio-matrizeetan, moldeatzeko buruetan eta isolamendu elektrikoan erabiltzeko. Gainera, Alumina kimikarekiko erresistentzia bikaina erakusten du, azido eta alkalino inguruneetarako egokia izanik, eta purutasun-maila altuagoek korrosioarekiko erresistentzia handiagoa eskaintzen dute.

Aluminaren korrosioa haren egitura mineralean eta kutsatzaileen edukian oinarritzen da; erretzean pilatutako kutsatzaileek lehentasunezko korrosioa eragiten dute alumina zeramikoko materialen ale-mugako eremuetan. Kalte hau areagotzen dute azido edo alkalino soluzio kontzentrazio handiek; zeramika horien korrosioarekiko erresistentzia handitzeko, silizea, mullita eta korundum faseen kopurua handitu behar da.

Ekoizleek alumina zeramikazko produktu bat sor dezakete neurri-zehaztasun zehatzarekin, hainbat birrindu eta sinterizazio prozesu erabiliz. Alumina hauts-granulak lehortutako edo hotz isostatiko presio-metodoekin konprimitu egiten dira, eta ondoren, kontrolatutako kimikarekin sinterizatu, haien azken forma lortzeko – edo, bestela, injekzio-moldeaketa erabil daiteke horretarako.

Alumina zeramika teknika aurreratuko zeramika bat da, hainbat propietate desiragarri dituena, hala nola tenperatura altuko egonkortasuna, gogortasuna eta higadurarekiko erresistentzia, biokonpatibilitatea eta inertzia; horri esker, aplikazio ugarirako egokia da, besteak beste, presio-sentsoreetarako, fluidoen fluxua neurtzeko gailuetarako, laser-osagaien elektron-hodi osagaietarako eta X-izpiko ekipamendurako. Alumina metalezko pasabide seramikoak ekoizteko ere erabil daiteke, baita metalurgia-berotze prozesuetan erabiltzen diren krisolu bereziak egiteko ere; bere indarra, gogortasuna eta higadurarekiko erresistentzia ezaugarriak material hau bereziki egokia bihurtzen dute balen aurkako armadura aplikazioetarako.

Korrosioarekiko erresistentzia

Alumina zeramikak korrosioarekiko erresistentzia handia du eta maiz erabiltzen da substantzia desberdinen eraginari eusteko behar duten industria-ekipoetan. Bere biocompatibilitateari eta indar mekanikoari esker, alumina zeramika hortz- eta ortopedia-inplanteetan ere aurki daiteke; fabrikazio-metodoek prentsa lehorra, prentsa isostatikoa, zinta bidezko moldeaketa, estrusioa eta injekzio-moldeaketa barne hartzen dituzte.

Alumina zeramiken egonkortasun termikoa beren hedapen termikoaren koefizientearen araberakoa da; koefiziente horrek zehazten du nola zabaltzen edo uzkurtzen diren berotzean edo hoztean, eta horrek alumina material egokia bihurtzen du tenperatura-aldaketa konstanteak eskatzen dituzten aplikazioetarako. Hala ere, bere egonkortasuna aldatu daiteke ekoizpenaren tamainaren eta formaren arabera – adibidez, bloke handitan ekoizten badira eta zabalera estuko irekidurak badituzte, irekidura horiek hoztean itxi daitezke, eta horrek materiala gehiago hozten den heinean pitzadurak edo okertze-arazoak eragin ditzake.

Ale-tamaina alumina zeramikaren higadurarekiko erresistentzian ere eragin esanguratsua duela aurkitu da. Ikerketek erakutsi dute ale-tamaina txikiagoa duten zeramikek higadurarekiko erresistentzia hobea dutela, aleen arteko marruskadura-indarrak murriztu egiten direlako, aleen arteko kontaktuko azalera txikiagoa delako eta, ondorioz, ale txiki horiek elkarrekin kontaktuko puntu gutxiago dituztelako, eta, beraz, guztira marruskadura-indar txikiagoa sortzen dutelako.

Alumina zeramikak forma askotara molda daitezke eta aplikazio sorta zabalerako egokiak dira. Haien Mohs gogortasun 9ekoa eta erresistentzia kimiko bikaina tresnak eta biraketa-gurpilak fabrikatzeko erabilgarriak bihurtzen ditu; gainera, marrazteko matrizeak, estrusio-matrizeak eta errodamenduak bezalako abrasibo bikainak dira; eta haien indar eta isolamendu-kalitate bikainek ignizio-bobinak, zirkuitu-kapsulak, huts-osagaiak eta ignizio-bobinak egokiak bihurtzen dituzte.

Egonkortasun termikoa

Alumina zeramikak termikoki hedapen-tasa txikia du, eta horri esker tenperatura altuko aplikazioetarako material egokia da, tungsteno karbidoko tresnak erabiltzen diren kasuetan bezala. Korrosio kimikoarekiko erresistentziak are desiragarriago bihurtzen du; 1000 °C-ra arteko tenperaturak korrosiorik gabe jasaten ditu, eta higadurarekiko eta inpaktuarekiko erresistentzia bikaina eskaintzen du, material gogorrak mozteko aukera emanez.

Alumina bere indar eta iraunkortasunagatik medikuntza-aplikazioetan maiz erabiltzen da. Hipohoslergenikoa eta ez-toxikoa izanik, alumina hezur-ordezko material gisa edo hortz-inplanteen material gisa aurki daiteke; hala ere, aplikazio arrakastatsua izateko, ale-tamaina banaketa estua izan behar du porositate arazorik gabe.

Aluminaren propietate desiragarriak handitzeko hainbat metodo garatu dira. Rutila gehitu daiteke aluminaren apurtze-erresistentzia eta neke-erresistentzia handitzeko. Gainera, lantanoz, boroz edo estaiz dopatzeak material honen egonkortasun termikoa hobetuko du.

Aztertu da estanparekin egindako dopaketak g-aluminaren mesoporos egitura eta egonkortasun kimikoan duen eragina. Laginak hauts-metalurgia bidez prestatu ziren alumina oxidoaren (A/T) erlazio desberdinekin, ondoren 500 °C-tan bi orduz kalzifikatu ziren, eta, hortik aurrera, presio uniaxialaz konpakto berdeak ekoiztu eta 1650 °C-tan bi orduz labe elektriko batean sinteratu ziren.

Ondoren, konpaktoak beren CCS eta MOR indarretan probatu ziren, estanp kopuru handiagoek mekanikako indar balio handiagoak ekarri baitzituzten. Hori sinterizazioan g-alumina ondoan AlBO3 fasea sortzeak azal dezake; estanpez dopatutako alumina mesoporos egitura mantentzen laguntzen du, baita tenperatura altuetan ere g-aluminatik a-aluminara bihurtzea oztopatuz.

Gogortasuna

Termikako eroankortasuna zeramiken ezaugarri funtsezkoa da, izan ere, beroa modu eraginkorrean transmititzeko aukera ematen die azalera zabaletan, hala nola sukaldeko zartaginetan edo osagai elektrikoetan. Bereziki, alumina zeramikek bikain jarduten dute aplikazio honetan, beren eroankortasun termiko handia eta bolumen-dentsitate txikia direla-eta.

Aluminaren bero-eroankortasuna nabarmen alda daiteke purutasun-mailaren, tenperatura-baldintzen, porositate-mailen eta erabilitako prozesatze-metodoen arabera. Aldaera horiek optimizatzeko eta diseinuan zehar zeramikazko osagaiek ahalik eta errendimendu onena izan dezaten, helburu zehatzeko matrize-diseinuak eta prozesatze-metodo espezifikoak erabili behar dira; gainera, fabrikatzaileek erreferentzia-helburuzko datu tekniko egokiak eman behar dituzte, edo material hau erabiliz osagaiak diseinatzean proba zehatzak egin behar dira.

Alumina zeramikaren errendimenduan eragina duen beste faktore bat bere bero-hedapen koefizientea da, tenperatura-aldaketek tamaina nola aldatzen duten neurtzen duena. Koefiziente txikiago batek aldaketetan tentsio gutxiago adierazten du, mediku-gailu eta ortopedia-mugikortasun gainazaletarako egokia bihurtuz.

Alumina zeramikek hedapen termikoaren koefiziente baxua, urtze-puntu altua eta erresistentzia handia dituzte, eta horri esker hainbat industria-erabilerarako egokiak dira, besteak beste, urtze- eta galdaketa-krisoluak, zeramikazko eta metalezko pasabideak, X-izpietako osagaien pasabideak, tentsio handiko isolatzaileak eta tentsio handiko isolatzaileak.

Gainera, alumina zeramikek higadurarekiko erresistentzia bikaina dute, eta aplikazio desberdinak asetzeko forma askotan ekoitzi daitezke. Hala ere, higadura-tasa ekoizpenean erabilitako lehengaiaren kalitatearen araberakoa da; beraz, zeramika hauek ekoizterakoan emaitza optimoak lortzeko ezinbestekoa da fabrikazio-helburuetarako soilik kalitate handiko lehengaiak hautatzea.

Indarra

Indarra alumina zeramikaren abantaila nagusietako bat da, izan ere, hautsi gabe tentsio eta estres muturreko egoerak jasateko aukera ematen dio. Alumina zeramikaren dentsitate handiak konpresio-kargak hautsi gabe jasateko gaitasuna ematen dio, eta aldi berean tolesteko eta tentsio-erresistentzia handiak eskaintzen ditu, hainbat aplikaziotarako egokia bihurtuz.

Korrosioarekiko erresistentzia alumina zeramikaren beste ezaugarri gako bat da. Bere konposizio kimikoari eta mikrostrukturari esker, alumina zeramikaren korrosio-tasak metalezkoenak baino askoz txikiagoak dira; gainera, La2O3 gehitzeak korrosioarekiko erresistentzia handitzen du, kristal-egiturak indartzen dituelako eta aldi berean azidoetan disolbagarritasuna murrizten duelako.

Alumina kobrezko ordezko ekonomiko gisa erabili daiteke ekipamendu elektriko eta instrumentuetan, hala nola huts-ponpak, sputtering helburuak, elektron-hodiak eta laser osagaiak. Alumina ere zabalki erabiltzen da metalurgia eta prozesu kimikoetan, hala nola metalezko piezen arteko pasabideetan (aluminio-metal pasabideak), tentsio-lasaitzeko perlak (soldadura edo bero-tratamenduetan tentsioa arintzeko), soldadura edo bero-tratamenduetan piezak babesten dituzten isolatzaile termikoak, eta aluminaz egindako krisolu berezietan.

Alumina zeramika ortopedia-implantatu eta gailu medikoetarako material bikaina da, izan ere, material biologiko desberdinekin konbinatuta ez baitu erantzun toxikorik edo alergikorik sortzen. Alumina zeramika, gainera, protesi-gailu bihurtu daiteke, hala nola belauneko ordezkapen totalak (TKR), non metalezko kondilak UHMWPE tibial platoen aurka artikulatzen diren – protesi-aplikazioetarako, bereziki belauneko ordezkapen totaletarako (TKR), ezin hobea.

Alumina zeramikak termikoki egonkortasun bikaina du, tenperatura-aldaketen aurrean nabarmen ez delako zabaltzen. Hori dela eta, material bikaina da tenperatura altuko inguruneetan edo eragin termiko bortitzak dituzten aplikazioetan erabiltzeko, hala nola ingurune industrialetako labe-barneko estalkietan eta militar arloan balen aurkako gorputz-armadura-plaketan.