一、氧化鋁陶瓷的增韌方法

目前，提高氧化鋁陶瓷斷裂韌性有許多途徑，主要可以分成以下三種：

1）引入第二相

在氧化鋁陶瓷的基體中引入第二相，使其填充到氧化鋁的晶界處，從而有利于阻斷裂紋的傳播，進(jìn)而提高陶瓷的斷裂韌性。

2）加入Al2O3籽晶

因為籽晶的加入，能促使晶粒的異向生長，異向生長會形成片狀以及柱狀的晶粒，這種晶粒類似于晶須，從而對陶瓷有裂紋偏移、晶粒拔出、連接增韌的作用。

3）形成缺陷分布

通過粉體的合成過程或陶瓷的制備過程中形成缺陷分布，從而改善氧化鋁陶瓷的斷裂韌性。

從整體上來看，應(yīng)用價值最高的方式為氧化鋯增韌，將氧化鋯(ZrO2)引入到Al2O3陶瓷中，可制得氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷(ZTA)。ZrO2在Al2O3陶瓷中能起到相變增韌和微裂紋增韌的作用，對Al2O3陶瓷進(jìn)行增韌補(bǔ)強(qiáng)，從而改善Al2O3陶瓷的韌性。將氧化鋁的穩(wěn)定性和氧化鋯的強(qiáng)度相結(jié)合，一旦出現(xiàn)裂痕擴(kuò)散，氧化鋯顆粒會產(chǎn)生氣囊效應(yīng)，吸收外界應(yīng)力，板狀晶體抑制裂紋擴(kuò)展，從而增強(qiáng)強(qiáng)度和韌性。ZTA陶瓷由于其硬度高，生物相容性好等優(yōu)點已經(jīng)成功被應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。

二、ZTA陶瓷在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

①陶瓷人工關(guān)節(jié)

人工關(guān)節(jié)置換術(shù)是治療晚期關(guān)節(jié)炎、關(guān)節(jié)功能喪失等關(guān)節(jié)類疾病的重要手段之一。第3代氧化鋁陶瓷假體應(yīng)用于臨床出現(xiàn)了一些破碎、異響的問題，至2003年，CeramTec 推出第4代用于關(guān)節(jié)置換的生物陶瓷BIOLOX?delta（粉陶），采用氧化鋯增韌氧化鋁（ZTA）復(fù)合材料。

圖 髖關(guān)節(jié)部件陶瓷材料，來源網(wǎng)絡(luò)

表 第3、4代陶瓷材料的主要力學(xué)性

ZTA陶瓷由于其硬度高、生物相容性好等優(yōu)點已經(jīng)被應(yīng)用于人工關(guān)節(jié)（髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)）的制造。ZTA陶瓷人工關(guān)節(jié)耐腐蝕能力強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性好，顯著降低了骨溶解、假體松動以及感染等并發(fā)癥的發(fā)生率。

圖 人工關(guān)節(jié)陶瓷部件，來源網(wǎng)絡(luò)

②牙科種植體

牙科陶瓷具有優(yōu)良的生物相容性、力學(xué)性能、較佳的美學(xué)修復(fù)效果，復(fù)相陶瓷相比于單相陶瓷具有較高的韌性、硬度、抗腐蝕性和耐高溫等特點，其中以ZTA復(fù)相陶瓷研究最為廣泛。臨床研究顯示，ZTA既能顯現(xiàn)出氧化鋁的優(yōu)點，又能顯現(xiàn)氧化鋯的高強(qiáng)度、高韌性的特性，在牙科（牙科植入物、正畸托槽等）中應(yīng)用價值理想。

圖 ZTA牙科種植體，來源：CeramTec

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