一、氧化铝陶瓷的增韧方法

目前，提高氧化铝陶瓷断裂韧性有许多途径，主要可以分成以下三种：

1）引入第二相

在氧化铝陶瓷的基体中引入第二相，使其填充到氧化铝的晶界处，从而有利于阻断裂纹的传播，进而提高陶瓷的断裂韧性。

2）加入Al2O3籽晶

因为籽晶的加入，能促使晶粒的异向生长，异向生长会形成片状以及柱状的晶粒，这种晶粒类似于晶须，从而对陶瓷有裂纹偏移、晶粒拔出、连接增韧的作用。

3）形成缺陷分布

通过粉体的合成过程或陶瓷的制备过程中形成缺陷分布，从而改善氧化铝陶瓷的断裂韧性。

从整体上来看，应用价值最高的方式为氧化锆增韧，将氧化锆(ZrO2)引入到Al2O3陶瓷中，可制得氧化锆增韧氧化铝陶瓷(ZTA)。ZrO2在Al2O3陶瓷中能起到相变增韧和微裂纹增韧的作用，对Al2O3陶瓷进行增韧补强，从而改善Al2O3陶瓷的韧性。将氧化铝的稳定性和氧化锆的强度相结合，一旦出现裂痕扩散，氧化锆颗粒会产生气囊效应，吸收外界应力，板状晶体抑制裂纹扩展，从而增强强度和韧性。ZTA陶瓷由于其硬度高，生物相容性好等优点已经成功被应用于医疗领域。

二、ZTA陶瓷在医疗领域的应用

①陶瓷人工关节

人工关节置换术是治疗晚期关节炎、关节功能丧失等关节类疾病的重要手段之一。第3代氧化铝陶瓷假体应用于临床出现了一些破碎、异响的问题，至2003年，CeramTec 推出第4代用于关节置换的生物陶瓷BIOLOX®delta（粉陶），采用氧化锆增韧氧化铝（ZTA）复合材料。

图 髋关节部件陶瓷材料，来源网络

表 第3、4代陶瓷材料的主要力学性

ZTA陶瓷由于其硬度高、生物相容性好等优点已经被应用于人工关节（髋关节、膝关节）的制造。ZTA陶瓷人工关节耐腐蚀能力强，化学稳定性好，显著降低了骨溶解、假体松动以及感染等并发症的发生率。

图 人工关节陶瓷部件，来源网络

②牙科种植体

牙科陶瓷具有优良的生物相容性、力学性能、较佳的美学修复效果，复相陶瓷相比于单相陶瓷具有较高的韧性、硬度、抗腐蚀性和耐高温等特点，其中以ZTA复相陶瓷研究最为广泛。临床研究显示，ZTA既能显现出氧化铝的优点，又能显现氧化锆的高强度、高韧性的特性，在牙科（牙科植入物、正畸托槽等）中应用价值理想。

图 ZTA牙科种植体，来源：CeramTec

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原文始发于微信公众号（陶瓷科技视野）：氧化锆增韧氧化铝陶瓷（ZTA）在医疗领域的应用