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陶瓷進行增韌補強，從而改善Al2O3陶瓷的韌性。將氧化鋁的穩定性和氧化鋯的強度相結合，一旦出現裂痕擴散，氧化鋯顆粒會產生氣囊效應，吸收外界應力，板狀晶體抑制裂紋擴展，從而增強強度和韌性。ZTA陶瓷由于其硬度高，生物相容性好等優點已經成功被應用于醫療領域。

二、ZTA陶瓷在醫療領域的應用

①陶瓷人工關節

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

圖 髖關節部件陶瓷材料，來源網絡

表 第3、4代陶瓷材料的主要力學性

ZTA陶瓷由于其硬度高、生物相容性好等優點已經被應用于人工關節（髖關節、膝關節）的制造。ZTA陶瓷人工關節耐腐蝕能力強，化學穩定性好，顯著降低了骨溶解、假體松動以及感染等并發癥的發生率。

圖 人工關節陶瓷部件，來源網絡

②牙科種植體

牙科陶瓷具有優良的生物相容性、力學性能、較佳的美學修復效果，復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復相陶瓷研究最為廣泛。臨床研究顯示，ZTA既能顯現出氧化鋁的優點，又能顯現氧化鋯的高強度、高韌性的特性，在牙科（牙科植入物、正畸托槽等）中應用價值理想。

圖 ZTA牙科種植體，來源：CeramTec

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原文始發于微信公眾號（陶瓷科技視野）：氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷（ZTA）在醫療領域的應用