Биоинертные керамические материалы в основном относятся к керамическим материалам со стабильными химическими свойствами и хорошей биосовместимостью. Структура этих керамических материалов относительно стабильна, сила связи в молекулах относительно сильна, они обладают высокой механической прочностью, износостойкостью и химической стабильностью. Биоинертная керамика включает керамику из оксида алюминия, монокристалл оксида алюминия, керамику из диоксида циркония, стеклокерамику и т.д
Керамика из оксида алюминия
(1) Структура и свойства глиноземной керамики
① Кристаллическая структура
В глиноземной керамике корунд считается основной кристаллической фазой (α-Al2O3). α-Al2O3 имеет наиболее стабильную структуру, поскольку кристаллическая форма природного корунда — α-Al2O3, поэтому ее также называют структурой корунда. α-Al2O3 относится к гексагональной кристаллической системе. Ионы кислорода тесно упакованы в гексагональную форму, а октаэдр образован шестью ионами O2. Центр октаэдрического промежутка заполнен ионом Al3+ малого радиуса. Корунд имеет компактную структуру, большую внутреннюю прочность ионной связи и равномерное распределение сил связи. Таким образом, корундовая керамика обладает высокой механической прочностью, отличной электроизоляцией, стойкостью к высоким температурам, стойкостью к химической коррозии и хорошей биосовместимостью.(2) Микроструктура
С точки зрения микроструктуры керамика из оксида алюминия в основном состоит из зерен оксида алюминия с разной ориентацией, собранных через границы зерен. Зерно — это существующая форма и составная единица кристаллической фазы в керамических поликристаллических материалах, то есть зерно представляет собой небольшой монокристалл, не имеющий определенной геометрической формы в поликристаллических материалах. В процессе образования и роста каждый кристалл превращается в правильный геометрический многогранник в соответствии со своей особенностью кристаллизации. Это основа для понимания и идентификации кристаллов. Различия и изменения физико-химических условий и внешней среды во время роста кристаллов серьезно повлияют на морфологию кристаллов. Для керамических материалов микроструктура будет сильно отличаться. Если кристаллы свободно растут в лучших условиях, они могут превратиться в полноценную кристаллическую форму в соответствии со своей собственной особенностью кристаллизации, которая называется автоморфным кристаллом; однако, когда среда для роста плохая или рост подавлен, кристаллическая форма может быть только частично полной или полностью неполной, что называется субэдрическим кристаллом и гетероморфным кристаллом соответственно. Практика доказала, что основной кристаллической фазой одного и того же состава, например глиноземной керамики, является α-Из-за разных размеров зерен механические свойства Al2O3 будут сильно отличаться, а его прочность на изгиб сильно различается. Граница зерен — очень важный компонент керамических поликристаллических материалов. Она оказывает значительное влияние на многие физические свойства материалов, которые обсуждаются здесь в сочетании с механической прочностью. Результаты экспериментов показывают, что разрушение керамических материалов происходит в основном вдоль границы зерен. Для мелкокристаллических материалов доля границы зерен велика. Когда трещина разрушается вдоль границы зерен, распространение трещины должно происходить извилистым путем, и зерно становится мельче. Чем дольше путь. В хрупких материалах, таких как керамика, начальный размер трещин эквивалентен размеру зерен, поэтому чем мельче зерно, тем меньше первоначальный размер трещины и тем выше механическая прочность. Поэтому для получения хороших механических свойств мы должны изучать и контролировать размер зерен. Кроме того, из-за неравномерного расположения и неравномерного распределения частиц на границе зерен образуется граничное напряжение микрозерен. Для однофазных поликристаллических материалов коэффициент теплового расширения и модуль упругости соседних зерен в одном направлении различны из-за разной ориентации зерен; для многофазных поликристаллов Разница в производительности между фазами больше; В твердом растворе колебания химического состава между зернами также вызывают большое пограничное напряжение на границе зерен. Чем больше размер зерен, тем больше граничное напряжение зерен. Это граничное напряжение может даже вызвать трансгранулярное разрушение крупных зерен, что может быть одной из причин низкой механической прочности крупнозернистых керамических материалов. Поэтому в процессе производства глиноземной керамики, чтобы контролировать чрезмерный рост зерен, особенно для предотвращения вторичной перекристаллизации, в процессе обработки сырья часто добавляют небольшое количество MgO. На границе зерен Al2O3 образуется тонкий слой магниево-алюминиевой шпинели. Во-вторых, из-за большого количества примесей в сырье и большого количества добавок вещества второй фазы часто осаждаются на границе зерен, что также очень важно влияет на свойства материала. Короче говоря, управление микроструктурой глиноземной керамики с помощью определенного процесса является важным способом улучшения ее свойств.