RU2592319C2 - Керамический композиционный материал, состоящий из оксида алюминия и оксида циркония в качестве основных компонентов - Google Patents

Керамический композиционный материал, состоящий из оксида алюминия и оксида циркония в качестве основных компонентов Download PDF

Info

Publication number
RU2592319C2
RU2592319C2 RU2012129679/03A RU2012129679A RU2592319C2 RU 2592319 C2 RU2592319 C2 RU 2592319C2 RU 2012129679/03 A RU2012129679/03 A RU 2012129679/03A RU 2012129679 A RU2012129679 A RU 2012129679A RU 2592319 C2 RU2592319 C2 RU 2592319C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
zirconium oxide
composite material
phase
oxide
manufacture
Prior art date
Application number
RU2012129679/03A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012129679A (ru
Inventor
Майнхард КУНЦ
Михаэль КУНТЦ
Лукас ГОТТВИК
Кристина ШИЛЬХЕР
Андреас МОРХАРДТ
Килиан ФРИДЕРИХ
Норберт Шнайдер
Original Assignee
Керамтек Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=43736294&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=RU2592319(C2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Керамтек Гмбх filed Critical Керамтек Гмбх
Publication of RU2012129679A publication Critical patent/RU2012129679A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2592319C2 publication Critical patent/RU2592319C2/ru

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/02—Inorganic materials
    • A61L27/04—Metals or alloys
    • A61L27/047—Other specific metals or alloys not covered by A61L27/042 - A61L27/045 or A61L27/06
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L31/00—Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
    • A61L31/02—Inorganic materials
    • A61L31/026—Ceramic or ceramic-like structures, e.g. glasses
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111—Fine ceramics
    • C04B35/117—Composites
    • C04B35/119—Composites with zirconium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • C04B35/6455—Hot isostatic pressing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3206—Magnesium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3208—Calcium oxide or oxide-forming salts thereof, e.g. lime
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3229—Cerium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3246—Stabilised zirconias, e.g. YSZ or cerium stabilised zirconia
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/661—Multi-step sintering
    • C04B2235/662—Annealing after sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
    • C04B2235/765—Tetragonal symmetry
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/785—Submicron sized grains, i.e. from 0,1 to 1 micron

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

Изобретение относится к керамическим композиционным материалам, состоящим из оксида алюминия в качестве керамической матрицы и диспергированного в ней оксида циркония, и может быть использовано в медицинской промышленности для изготовления искусственных протезов, например ортезов и эндопротезов, или для изготовления имплантатов тазобедренных или коленных суставов. Композиционный материал в качестве первой фазы содержит по меньшей мере 65 об.% оксида алюминия и в качестве второй фазы от 10 до 35 об.% оксида циркония, причем оксид циркония, в пересчете на общее содержание оксида циркония, от 80 до 99%, находится в виде тетрагональной фазы, а общее содержание химических стабилизаторов для стабилизации тетрагональной фазы оксида циркония составляет менее 0,2 мол.%. Технический результат изобретения - повышение прочности и трещиностойкости изделий из композиционного материала. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 табл.

Description

Изобретение относится к композиционному материалу, состоящему из оксида алюминия в качестве керамической матрицы и диспергированного в ней оксида циркония, а также к способу изготовления указанного материала и его применению.
Металлические сплавы и керамические материалы обладают существенно различающимися молекулярными структурами. Электроны металлической связи вращаются вокруг атомных ядер беспорядочно и со сравнительно небольшой силой связи. По причине подобной «рыхлой» структуры, например, в физической среде постоянно высвобождаются ионы, а также оказывается возможным протекание самых разных химических реакций.
Электроны связей в молекулах керамических материалов следуют точно установленным траекториям, так называемым ориентированным электронным орбиталям. Сила подобной связи чрезвычайно высока, и молекулы керамических материалов отличаются чрезвычайно высокой стабильностью. Вследствие этого отсутствует образование ионов, и практически исключено протекание химических реакций.
Экстремально высокая стабильность связей в молекулах керамического материала обусловливает практически полное отсутствие возможности его пластического деформирования. С одной стороны, это придает керамическому материалу необходимую экстремально высокую твердость, однако, с другой стороны, является причиной относительно высокой хрупкости этого материала. Тем не менее надлежащее конструирование керамического материала позволяет одновременно достигать высокой твердости и высокой вязкости.
В материаловедении различают прочность при разрыве и вязкость разрушения. Прочностью при разрыве называют максимальное механическое напряжение, которое способен выдержать материал до разрушения. Вязкость разрушения (или трещиностойкость) служит характеристикой сопротивления материала разрастанию трещин. В настоящее время в медицинской промышленности уже используют керамические материалы, которые обладают чрезвычайно высокой прочностью при разрыве. Некоторым из подобных керамических материалов дополнительно придают экстремально высокую вязкость разрушения. Подобные материалы способны гораздо лучше сопротивляться образованию и распространению трещин по сравнению с другими керамическими материалами.
Указанная особенность керамических материалов основана на двух механизмах усиления. Усиление керамических материалов в соответствии с первым механизмом обусловлено включением тетрагональных наночастиц оксида циркония. Указанные частицы разрозненно распределены в стабильной матрице из оксида алюминия. Они формируют локальные пиковые давления в зоне трещин, а следовательно, противодействуют их распространению.
Второй механизм усиления обусловлен присутствием кристаллов в виде пластинок, которые также разрозненно распределены в смеси оксидов. Подобные пластинки изменяют направление возможных трещин, рассеивают их энергию, а следовательно, ликвидируют их. Оба механизма позволяют конструировать из соответствующих керамических материалов элементы с геометрическими параметрами, достичь которых раньше не удавалось.
В основу настоящего изобретения была положена задача дальнейшего улучшения характеристик известных керамических материалов.
Настоящее изобретение относится к керамическому композиционному материалу, состоящему из оксида алюминия и оксида циркония в качестве основных компонентов, а также одной или нескольких неорганических добавок, посредством которых можно оказывать воздействие на свойства керамического композиционного материала. При этом оксид алюминия образует основной компонент с объемным содержанием более 65%, предпочтительно от 85 до 90%, в то время как оксид циркония образует вторичный компонент с объемным содержанием от 10 до 35%. Кроме того, как оксид алюминия, так и оксид циркония могут содержать растворимые составные части. В качестве растворимых составных частей указанные оксиды могут содержать один или несколько следующих элементов: хром (Cr), железо (Fe), магний (Mg), титан (Ti), иттрий (Y), цезий (Се), кальций (Са), лантаниды и/или ванадий (V). Преимущественная часть оксида циркония, предпочтительно от 80 до 99%, особенно предпочтительно от 90 до 99% в пересчете на общее содержание оксида циркония, в исходном состоянии находится в тетрагональной фазе. С целью благоприятного воздействия на трещиностойкость и прочность предлагаемого в изобретении композиционного материала в качестве механизма усиления используют известный фазовый переход оксида циркония из тетрагональной фазы в моноклинную фазу.
Неожиданно было обнаружено, что стабилизация тетрагональной фазы оксида циркония в предлагаемом в изобретении композиционном материале происходит не химическим, а преимущественно механическим путем. В соответствии с этим содержание неорганических химических стабилизаторов в пересчете на содержание оксида циркония ограничивается гораздо более низкими значениями в сравнении с обычно используемыми согласно уровню техники содержаниями. Химическим стабилизатором, предпочтительно используемым согласно уровню техники, обычно является оксид иттрия Y2O3. Другими известными стабилизаторами являются СеO2, СаО и MgO.
Примерами известных рецептур керамических композиционных материалов являются:
Название Y2O3, % мол. в пересчете на диоксид циркония
Y-TZP(1) 2,8 или 3,2
ZTA(2) 1.3
(1) Упрочненный иттрием цирконий
(2) Упрочненный цирконием алюминий
Содержание стабилизатора в предлагаемом в изобретении композиционном материале гораздо ниже по сравнению с используемыми согласно уровню техники содержаниями. Более низкое содержание стабилизатора в предлагаемом в изобретении композиционном материале способствует внедрению оксида циркония в матрицу из оксида алюминия, благодаря чему стабилизируется метастабильная тетрагональная фаза оксида циркония (механическая стабилизация).
Предпосылкой для механической стабилизации является содержание оксида алюминия по меньшей мере 65% об., предпочтительно от 65 до 90% об., при содержании оксида циркония от 10 до 35% об. Особое значение для неожиданно достигаемой согласно изобретению механической стабилизации имеет размер частиц оксида циркония в предлагаемом в изобретении композиционном материале. Средний размер частиц оксида циркония (измеряемый по методу секущих) не должен превышать 0,5 мкм. Средний размер частиц оксида циркония для механически стабилизируемого согласно изобретению композиционного материала предпочтительно находится в интервале от 0,1 до 0,2 мкм, от 0,2 до 0,3 мкм, от 0,3 до 0,4 мкм или от 0,4 до 0,5 мкм, предпочтительно от 0,1 до 0,3 мкм, особенно предпочтительно от 0,15 до 0,25 мкм.
Содержание химических стабилизаторов в предлагаемом в изобретении композиционном материале (соответственно в пересчете на содержание оксида циркония) составляет: Y2O3<1,5% мол., предпочтительно <1,3% мол., СеO2<3% мол., MgO<3% мол., СаО<3% мол. Общее содержание стабилизаторов особенно предпочтительно составляет менее 0,2% мол. Согласно изобретению еще более предпочтительным является отсутствие химических стабилизаторов в механически стабилизированном композиционном материале.
Известно, что материалы, стабилизируемые посредством химических стабилизаторов, в особенности Y2O3, склонны к гидротермальному старению. Самопроизвольное фазовое превращение в случае подобных материалов происходит в присутствии молекул воды при повышенных температурах, например уже при температуре тела. Причиной подобной чувствительности по отношению к воде при повышенных температурах является формирование кислородных вакансий в кристаллической решетке оксида циркония, которые могут быть заняты ионами гидроксида. Подобный эффект называют гидротермальным старением.
Предлагаемый в изобретении композиционный материал обладает гораздо меньшей склонностью к гидротермальному старению по сравнению с материалами, стабилизируемыми благодаря использованию химических стабилизаторов, в частности Y2O3.
Вследствие пониженного содержания химических стабилизаторов кристаллическая решетка оксида циркония в предлагаемом в изобретении композиционном материале содержит пропорционально уменьшенное количество кислородных вакансий. В связи с этим предлагаемый в изобретении композиционный материал в отличие от известных из уровня техники материалов обладает гораздо более низкой чувствительностью к присутствию воды при повышенных температурах и, соответственно, гораздо более низкой склонностью к гидротермальному старению.
Для изготовления предлагаемого в изобретении композиционного материала используют известную обычную для керамических материалов технологию. При этом основными являются, например, следующие технологические операции:
a) приготовление порошковой смеси заданного состава в воде при необходимости с использованием разжижителей во избежание седиментации,
b) гомогенизация в диссольвере (быстроходном перемешивающем устройстве),
c) размол в бисерной мельнице, обеспечивающий повышение удельной поверхности порошковой смеси (соответственно измельчение),
d) возможное добавление органических связующих веществ,
e) распылительная сушка, в результате которой образуется сыпучий гранулят с определенными свойствами,
f) смачивание гранулята водой,
g) аксиальное или изостатическое прессование,
h) дообжиговая обработка посредством режущего инструмента, при которой с учетом происходящей при спекании усадки в максимальной степени формируют конфигурацию конечного изделия,
i) предварительный обжиг, который сопровождается усадкой до плотности, составляющей около 98% от теоретического значения; остающиеся поры замкнуты снаружи,
j) горячее изостатическое прессование при высокой температуре и высоком давлении газа с практически полным окончательным уплотнением,
k) так называемый «белый обжиг», в процессе которого устраняют неравновесное состояние ионов кислорода в керамическом изделии, возникающее при горячем изостатическом прессовании,
l) послеобжиговая обработка путем шлифования и полирования,
m) термическая обработка.
Предлагаемый в изобретении композиционный материал может находить применение, например, для изготовления спекаемых формованных изделий, деталей медицинской техники, способных поглощать энергию при динамическом нагружении, ортезов и эндопротезов, например имплантатов тазобедренных или коленных суставов, сверел, например, для медицинского применения, а также конструкционных элементов, подвергающихся трибологическому, химическому и/или термическому воздействию.
Таким образом, настоящее изобретение относится к композиционному материалу, состоящему из оксида алюминия в качестве керамической матрицы, диспергированного в ней оксида циркония и при необходимости дополнительных добавок, причем:
- в качестве первой фазы композиционный материал содержит по меньшей мере 65% об. оксида алюминия и в качестве второй фазы от 10 до 35% об. оксида циркония, а также при необходимости одну или несколько неорганических добавок, причем преимущественная часть оксида циркония в пересчете на общее содержание оксида циркония предпочтительно от 80 до 99%, особенно предпочтительно от 90 до 99%, находится в виде тетрагональной фазы, и причем стабилизацию преимущественной части тетрагональной фазы оксида циркония осуществляют не химически, а механически.
Особенно предпочтительным является предлагаемый в изобретении композиционный материал, причем:
- средний размер частиц оксида циркония составляет от 0,1 до 0,5 мкм, предпочтительно от 0,15 до 0,25 мкм,
- содержание химических стабилизаторов в пересчете на оксид циркония ограничено значениями, гораздо более низкими по сравнению с соответствующими химическими стабилизаторами, используемыми согласно уровню техники,
- содержание химических стабилизаторов в предлагаемом в изобретении композиционном материале составляет: Y2O3<1,5% мол., предпочтительно <1,3% мол., СеO2<3% мол., MgO<3% мол. и СаО<3% мол., соответственно в пересчете на содержание оксида циркония,
- общее содержание химических стабилизаторов составляет менее 0,2% мол.,
- композиционный материал не содержит химических стабилизаторов,
- оксид алюминия и/или оксид циркония содержат растворимые составные части,
- в качестве растворимых составных частей оксид алюминия и/или оксид циркония содержат один или несколько следующих элементов: хром (Cr), железо (Fe), магний (Mg), титан (Ti), иттрий (Y), цезий (Се), кальций (Са), лантаниды и/или ванадий (V).
Кроме того, настоящее изобретение относится к применению предлагаемого в изобретении композиционного материала:
- для изготовления спекаемых формованных изделий,
- для изготовления деталей, способных поглощать энергию при динамическом нагружении,
- в медицинской промышленности,
- для изготовления искусственных протезов в медицинской промышленности, например для изготовления ортезов и эндопротезов,
- для изготовления имплантатов тазобедренных или коленных суставов.

Claims (7)

1. Композиционный материал из оксида алюминия в качестве керамической матрицы и диспергированного в ней оксида циркония, отличающийся тем, что в качестве первой фазы указанный материал содержит по меньшей мере 65 об.% оксида алюминия и в качестве второй фазы от 10 до 35 об.% оксида циркония, причем оксид циркония, в пересчете на общее содержание оксида циркония, от 80 до 99%, находится в виде тетрагональной фазы, а общее содержание химических стабилизаторов для стабилизации тетрагональной фазы оксида циркония составляет менее 0,2 мол.%.
2. Композиционный материал по п. 1, отличающийся тем, что оксид циркония, в пересчете на общее содержание оксида циркония, от 90 до 99%, находится в виде тетрагональной фазы.
3. Композиционный материал по п. 1, отличающийся тем, что частицы оксида циркония имеют средний размер, составляющий от 0,1 до 0,5 мкм, предпочтительно от 0,15 до 0,25 мкм.
4. Композиционный материал по п. 1, отличающийся тем, что он свободен от химических стабилизаторов.
5. Композиционный материал по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что оксид алюминия и/или оксид циркония дополнительно содержат растворимые компоненты.
6. Композиционный материал по п. 5, отличающийся тем, что в качестве растворимых компонентов оксид алюминия и/или оксид циркония содержат один или несколько следующих элементов: хром (Cr), железо (Fe), магний (Mg), титан (Ti), иттрий (Y), церий (Се), кальций (Са), лантаниды и/или ванадий (V).
7. Применение композиционного материала по одному из пп. 1-6 для изготовления спекаемых формованных изделий, для изготовления деталей, способных поглощать энергию при динамическом нагружении, в медицинской промышленности, для изготовления искусственных протезов в медицинской промышленности, например для изготовления ортезов и эндопротезов или для изготовления имплантатов тазобедренных или коленных суставов.
RU2012129679/03A 2009-12-16 2010-12-16 Керамический композиционный материал, состоящий из оксида алюминия и оксида циркония в качестве основных компонентов RU2592319C2 (ru)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009054797 2009-12-16
DE102009054796 2009-12-16
DE102009054797.5 2009-12-16
DE102009054796.7 2009-12-16
PCT/EP2010/069991 WO2011083022A1 (de) 2009-12-16 2010-12-16 Keramischer verbundwerkstoff, bestehend aus den hauptbestandteilen aluminiumoxid und zirkonoxid

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012129679A RU2012129679A (ru) 2014-01-27
RU2592319C2 true RU2592319C2 (ru) 2016-07-20

Family

ID=43736294

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012129679/03A RU2592319C2 (ru) 2009-12-16 2010-12-16 Керамический композиционный материал, состоящий из оксида алюминия и оксида циркония в качестве основных компонентов

Country Status (11)

Country Link
US (1) US9795709B2 (ru)
EP (1) EP2513009B1 (ru)
JP (1) JP2013514104A (ru)
KR (1) KR101869533B1 (ru)
CN (2) CN107021740A (ru)
AU (1) AU2010340892B2 (ru)
BR (1) BR112012014522A2 (ru)
CA (1) CA2784693C (ru)
DE (1) DE102010063286A1 (ru)
RU (1) RU2592319C2 (ru)
WO (1) WO2011083022A1 (ru)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102381882B (zh) * 2011-07-27 2013-09-11 浙江自立股份有限公司 一种均质微晶化结构氧化锆耐火材料及其制备方法
ES2595084T3 (es) * 2014-07-14 2016-12-27 Refractory Intellectual Property Gmbh & Co. Kg Dióxido de zirconio, uso de dióxido de zirconio y procedimiento para la fabricación de un producto refractario
CN107405775B (zh) 2015-05-25 2018-12-18 京瓷株式会社 陶瓷刀具
CN106726012A (zh) * 2016-11-25 2017-05-31 戴闽 一种全陶瓷人工髋关节假体及其制备方法
CN108585808A (zh) * 2018-04-03 2018-09-28 昆明理工大学 一种与钢铁熔体润湿性良好的改性zta复相陶瓷的制备方法
DE102019201097A1 (de) 2019-01-29 2020-07-30 Thyssenkrupp Ag Verschleißschutzelement für eine Zerkleinerungsvorrichtung
DE102019201098A1 (de) 2019-01-29 2020-07-30 Thyssenkrupp Ag Verschleißschutzelement für eine Zerkleinerungsvorrichtung
CN111099884A (zh) * 2019-12-23 2020-05-05 江苏奥能耐火材料有限公司 一种浸入式水口添加金属锆的陶瓷结合抗冲刷材料

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5032555A (en) * 1988-05-16 1991-07-16 Allied-Signal Inc. Process for making zirconia-alumina
RU2164503C2 (ru) * 1999-05-21 2001-03-27 Сибирский химический комбинат Шихта для изготовления керамики
US7148167B2 (en) * 2003-08-28 2006-12-12 Kyocera Corporation Alumina/zirconia ceramics and method of producing the same

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2549652B2 (de) * 1975-11-05 1980-05-29 Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V., 3400 Goettingen Keramikformkörper hoher Bruchzähigkeit
JPS60251171A (ja) * 1984-03-29 1985-12-11 日立金属株式会社 ＡｌｚＯ↓３系高強度焼結材料
JPS6259565A (ja) * 1985-09-06 1987-03-16 第一稀元素化学工業株式会社 高密度アルミナ・ジルコニア焼結体およびその製造方法
US4771022A (en) * 1986-02-26 1988-09-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce High pressure process for producing transformation toughened ceramics
CA1262813A (en) * 1986-06-26 1989-11-14 Corning Glass Works Preparation of high purity, homogeneous zirconia mixtures
US4820667A (en) * 1986-08-18 1989-04-11 Ngk Insulators, Ltd. High strength zirconia ceramic
DD263703A1 (de) 1987-06-11 1989-01-11 Akad Wissenschaften Ddr Keramisches humanimplantat als knochenersatz
US5082809A (en) * 1987-12-21 1992-01-21 Kyocera Corporation High-strength alumina sintered body and process for preparation thereof
US5002911A (en) * 1989-04-07 1991-03-26 Cerametec, Inc. Ceramics with high toughness, strength and hardness
JP3198507B2 (ja) * 1989-12-28 2001-08-13 東ソー株式会社 アルミナ―ジルコニア複合焼結体
US5830816A (en) * 1990-08-06 1998-11-03 Cerasiv Gmbh Innovatives Keramik-Engineering Sintered molding
JPH04275977A (ja) * 1991-02-28 1992-10-01 Osaka Cement Co Ltd 高強度アルミナージルコニア系セラミックス刃物
JP4009339B2 (ja) * 1996-01-29 2007-11-14 関西マテック株式会社 アルミナ−ジルコニア系焼結体、その製造法及びアルミナ−ジルコニア系焼結体を用いた衝撃式粉砕機
DE19850366B4 (de) * 1997-10-31 2016-12-15 Ceramtec Gmbh Plateletverstärkter Sinterformkörper, dessen Verwendung und Verfahren zu seiner Herstellung
JP4331825B2 (ja) * 1999-05-31 2009-09-16 京セラ株式会社 高強度アルミナ質焼結体の製造方法
JP2001240460A (ja) * 1999-12-24 2001-09-04 Sumitomo Chem Co Ltd アルミナ・ジルコニア複合焼結体およびその製造方法
US20020010070A1 (en) * 2000-04-25 2002-01-24 Bernard Cales Zirconia-toughened alumina biocomponent having high resistance to low temperature degradation and method for preparing same
AU2003213529B2 (en) * 2002-07-19 2005-01-20 Panasonic Healthcare Holdings Co., Ltd. ZrO2-AI2O3 composite ceramic material and production method thereof
DE10244439A1 (de) * 2002-09-24 2004-03-25 Mathys Orthopädie GmbH Keramische Endoprothesenkomponenten und Verfahren zu ihrer Herstellung
AU2004203889B2 (en) * 2003-08-22 2006-02-23 Panasonic Healthcare Holdings Co., Ltd. ZrO2-Al2O3 composite ceramic material
JP4465173B2 (ja) * 2003-09-10 2010-05-19 京セラ株式会社 複合セラミックスおよびその製法
JP4883885B2 (ja) * 2004-01-28 2012-02-22 京セラ株式会社 生体部材及びその製造方法並びに人工関節
EP1679089A4 (en) * 2003-10-30 2009-11-04 Kyocera Corp BIOLOGICAL ELEMENT AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE
IL164054A (en) * 2004-09-13 2010-06-16 Cohen Michael Alumina ceramic products
JP4761749B2 (ja) * 2004-09-29 2011-08-31 京セラ株式会社 生体部材およびそれを用いた人工関節
DE102005020781A1 (de) * 2005-05-04 2006-11-09 Degussa Ag Zirkondioxid und Aluminiumoxid enthaltender Schlicker und daraus erhältlicher Formkörper
DE102007020471A1 (de) 2007-04-27 2008-11-06 Ceramtec Ag Innovative Ceramic Engineering Sinterformkörper
WO2008132157A2 (de) 2007-04-27 2008-11-06 Ceramtec Ag Keramischer werkstoff
DE102007020473B4 (de) 2007-04-27 2016-03-03 Ceramtec Gmbh Keramischer Werkstoff, seine Verwendung und Sinterformkörper
DE102008044906A1 (de) * 2008-08-29 2010-03-04 Ibu-Tec Advanced Materials Ag Verfahren zur Herstellung eines feinteiligen Pulverwerkstoffs sowie ein solcher Pulverwerkstoff

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5032555A (en) * 1988-05-16 1991-07-16 Allied-Signal Inc. Process for making zirconia-alumina
RU2164503C2 (ru) * 1999-05-21 2001-03-27 Сибирский химический комбинат Шихта для изготовления керамики
US7148167B2 (en) * 2003-08-28 2006-12-12 Kyocera Corporation Alumina/zirconia ceramics and method of producing the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RAHAMAN M.N. et al "Ceramic for Prosthetic Hip and Knee Joint Replacement", Journal of American Ceramic Society, 90(7), 2007, p.1977, 1979(столб.2)-1980(столб.1). *

Also Published As

Publication number Publication date
US9795709B2 (en) 2017-10-24
RU2012129679A (ru) 2014-01-27
DE102010063286A1 (de) 2011-06-22
BR112012014522A2 (pt) 2016-08-16
WO2011083022A1 (de) 2011-07-14
CA2784693A1 (en) 2011-07-14
AU2010340892B2 (en) 2014-10-09
CN102858714A (zh) 2013-01-02
EP2513009A1 (de) 2012-10-24
US20120252655A1 (en) 2012-10-04
EP2513009B1 (de) 2017-03-22
CN107021740A (zh) 2017-08-08
AU2010340892A1 (en) 2012-08-02
KR101869533B1 (ko) 2018-06-22
KR20120104335A (ko) 2012-09-20
JP2013514104A (ja) 2013-04-25
CA2784693C (en) 2018-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2569525C2 (ru) Керамический композиционный материал, состоящий из оксида алюминия и оксида циркония в качестве основных компонентов, а также из диспергированной фазы
RU2592319C2 (ru) Керамический композиционный материал, состоящий из оксида алюминия и оксида циркония в качестве основных компонентов
JP5641928B2 (ja) セラミック材料
JP2017516741A (ja) 焼結されたセラミック材料、焼結されたセラミック材料を得るための粉末組成物、その製造方法及びセラミック部品
Vasanthavel et al. Stabilization of at-ZrO 2 polymorph in a glassy SiO 2 matrix at elevated temperatures accomplished by ceria additions
JP2010524834A (ja) 焼結成形体
Zadorozhnaya et al. Effects of sintering curves on microstructure, physical and mechanical properties and on low temperature degradation of zirconia-toughened alumina
JP4398840B2 (ja) ジルコニア複合焼結体およびそれを用いた生体材料
Ganesh et al. Influence of chemical composition on sintering ability of ZTA ceramics consolidated from freeze dried granules
JP2005075659A (ja) セラミックス焼結体とその製法および生体用材料
Alves et al. Development of dense Al2O3–TiO2 ceramic composites by the glass-infiltration of porous substrates prepared from mechanical alloyed powders
US20140265065A1 (en) Charge-compensating dopant stabilized alumina-zirconia ceramic materials and related materials, apparatus, and methods
US20100035747A1 (en) Partially stabilized zirconia materials
JPH03223159A (ja) アルミナ―ジルコニア複合焼結体
Sivakumar et al. The Effect of Copper Oxide on the Mechanical Properties of Y-TZP Ceramics
RU2341494C2 (ru) Композиционный керамический материал
RU189195U1 (ru) Керамический композиционный материал
Ai et al. Effect of nano-Al2O3 on the microstructure and properties of ZrO2 dental materials prepared by microwave sintering
dos Santos et al. Effect of Al2O3 addition on the mechanical properties of biocompatible ZrO2-Al2O3 composites
JP2006104023A (ja) ジルコニア複合焼結体およびそれを用いた生体材料
Goyos et al. Alumina-Ceria-TZP nanocomposites obtained in an alcohol medium by two differente processing routes
CN116514543A (zh) 一种氧化锆复合陶瓷
Arin et al. Effect of different stabilizer addition on preparation and hydrothermal stability of ZrO2-TiN composites with varying TiN content

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181217