Amélioration de la composition des articulations artificielles
L'espérance de vie moyenne des prothèses orthopédiques est limitée à environ 10 ans, principalement en raison de l'ostéolyse, qui est provoquée par l'usure des matériaux. C'est pourquoi la céramique existante, constituée principalement d'alumine et de zircone, devait être améliorée en termes de fiabilité, de dureté, de stabilité hydrothermique et de résistance aux fissures. La combinaison de différents composés produit souvent un composite présentant des propriétés chimiques et physiques bénéfiques, en exploitant les avantages de chacune des espèces de composant. L'ajout d'une fraction de zircone à l'alumine donne de l'alumine durcie à la zircone (ZTA, Zirconia Toughened Alumina), un matériau "composite" présentant une ténacité à la rupture, ainsi qu'une résistance à la flexion et à la fatigue. Les chercheurs se sont efforcés d'améliorer les processus de microstructure afin d'accroître la stabilité et la résistance aux fissures de la céramique. Les méthodes traditionnelles utilisées pour obtenir des composites ZTA se sont avérées incapables d'atteindre une structure fine et homogène. Le développement de nouvelles techniques de traitement dans des supports non aqueux a toutefois permis de préparer des composites présentant une distribution de la taille des particules plus petite et plus étroite que les méthodes traditionnelles de mélange des poudres. Il est ainsi possible d'obtenir des nanocomposites ZTA (NZTA) de haute densité se caractérisant par une microstructure très homogène et des propriétés physiques renforcées. Dans le cadre du projet BIOKER, il a été découvert qu'une petite fraction du volume de nanoparticules de zircone uniformément distribuées était responsable de leur résistance accrue à l'usure, avec, à la clé, une amélioration de leur longévité. Les particules de zircone produisent un champ de contrainte résiduelle compressif sous pression qui protège le nanocomposite contre la propagation lente des fissures. Cette découverte ouvre la voie au développement de composites nanostructurés à base de céramique d'oxyde. Dans ce contexte, les problèmes liés à la production en gros de NZTA doivent être résolus, dans la mesure où leur traitement et leur usinage sont plus faciles que ceux de leurs substituts.
