Ceramika wytrzymała na naciski
Ludzie od tysięcy lat wykorzystują ceramikę i metale do wytwarzania różnych przedmiotów – od wazonów i narzędzi po elementy konstrukcyjne. Choć na ogół uważa się, że metale są bardziej wytrzymałe, a ceramika bardziej delikatna, materiały ceramiczne są w rzeczywistości bardzo twarde i wytrzymałe na ściskanie. Są one jednak też kruche, co oznacza, że nie ulegają łatwo odkształceniom i dlatego mogą dość nagle rozpaść się na kawałki. Metale natomiast są plastyczne i ciągliwe – można je formować do różnych kształtów bez ryzyka przerwania ich ciągłości. Finansowany ze środków UE projekt SISCERA(odnośnik otworzy się w nowym oknie) zniwelował różnicę pomiędzy tymi dwoma typami materiałów, wprowadzając na rynek pierwszy na świecie materiał ceramiczny o przewidywalnej plastyczności pod wpływem przekształcania.
Znajomość granic
Krytyczne wady powstałe na etapie produkcji w losowych punktach ceramiki nadają jej kruchość, która sprzyja jej rozbiciu. Korzyści płynące ze stosowania ceramiki są często równoważone potrzebą ograniczenia obecności wad poprzez kosztowne i czasochłonne procedury produkcji i testowania. W przypadku kompozytów ceramicznych SISCERA zminimalizowano występowanie wad i zwiększono możliwości ich przewidywania. Koordynator projektu SISCERA Nicolas Courtois z firmy Anthogyr(odnośnik otworzy się w nowym oknie) wyjaśnia: „Wyjątkowość naszych kompozytów ceramicznych polega na tym, że przy określonym i regulowanym poziomie nacisku mogą poddawać się znacznym odkształceniom, nie ulegając rozbiciu. Ponadto ich rozbicie nie wiąże się z wadami, co pozwala na stosowanie konwencjonalnych metod projektowania i przetwarzania, tym samym upraszczając ich przyjęcie przez projektantów, jednocześnie zwiększając wartość dodaną ceramiki. Nasze innowacyjne kompozyty ceramiczne łączą w sobie zalety metali z zaletami ceramiki(odnośnik otworzy się w nowym oknie), takimi jak stabilność chemiczna, obojętność oraz odporność na ścieranie i zużycie”. Oznacza to, że mogą one stanowić atrakcyjną alternatywę dla metali w wielu zastosowaniach inżynieryjnych.
Od kości po przemysł i wyroby konsumpcyjne
Jérôme Chevalier, zastępca dyrektora ds. badań w instytucie INSA w Lyonie(odnośnik otworzy się w nowym oknie), odpowiedzialny za zdrowie i bioinżynierię, mówi: „Na początku projektu, by sprostać nowym oczekiwaniom projektowym, musieliśmy rozpocząć na nowo prace rozwojowe. Dzięki temu początkowemu wyzwaniu stworzyliśmy portfel materiałów, które można dostosowywać do konkretnego zastosowania, a nie stanowiących pojedyncze rozwiązanie, jak planowaliśmy na początku”. Pierwotnym rynkiem, który obrał za cel zespół projektu SISCERA, był rynek implantów biomedycznych, który wykorzystuje wzrost kości (osteointegrację), np. w przypadku implantów stomatologicznych i stawowych. Zespół zastosował racjonalne podejście „materiału w fazie projektowania”, aby spełnić specyficzne wymagania stawiane implantom stomatologicznym, takie jak wytrzymałość, twardość, stabilność i modyfikacja powierzchni. Ceramika wykazuje zwiększoną osteointegrację. Wyniki wykazały, że połączenie materiału i modyfikacji powierzchni sprawdza się lepiej niż obecnie stosowane powierzchnie implantów tytanowych, co pozwala implantom na szybsze uzyskanie lepszej przyczepności do kości – dwa razy silniejszej w przeciągu czterech tygodni. Implant stomatologiczny wszedł teraz w fazę walidacji przedklinicznej. Według Courtoisa i Chevaliera wciąż jeszcze nie odkryto wielu innych zastosowań tych unikalnych materiałów. „Pod sam koniec projektu wykazaliśmy, że przekształcanie plastyczne jest procesem odwracalnym. Otrzymaliśmy zatem ceramiczny materiał z pamięcią kształtu”, dodają. Jeden kompozyt ceramiczny jest już dostępny do użytku przemysłowego, a obecnie testowane jest jego potencjalne zastosowanie na dużą skalę w wyrobach konsumpcyjnych. Te rewolucyjne kompozyty ceramiczne, które podlegają znacznym odkształceniom, nie ulegając uszkodzeniu, będą przełomowe w zastosowaniach rozciągających się od biomedycyny po inżynierię.
