تأثير التلبيد على خصائص سيراميك الزركونيا

تأثير التلبيد على خصائص سيراميك الزركونيا

باعتباره مادة سيراميكية، يتميز الزركونيوم بقوة وصلابة عالية ومقاومة ممتازة للتآكل والأحماض والقلويات ودرجات الحرارة العالية، بالإضافة إلى خصائص ممتازة أخرى. بالإضافة إلى استخدامه على نطاق واسع في المجال الصناعي، ومع التطور السريع لصناعة أطقم الأسنان في السنوات الأخيرة، أصبح سيراميك الزركونيا من أكثر مواد أطقم الأسنان واعدةً، وجذب اهتمام العديد من الباحثين.

يتأثر أداء سيراميك الزركونيا بالعديد من العوامل، واليوم نتحدث عن تأثير التلبيد على بعض خصائص سيراميك الزركونيا.

طريقة التلبيد

تعتمد طريقة التلبيد التقليدية على تسخين الجسم من خلال الإشعاع الحراري والتوصيل الحراري والحمل الحراري، مما يسمح بنقل الحرارة من سطح الزركونيا إلى داخلها، إلا أن الموصلية الحرارية للزركونيا أسوأ من موصلية الألومينا والمواد الخزفية الأخرى. ولمنع التشقق الناتج عن الإجهاد الحراري، تتميز طريقة التسخين التقليدية ببطء وطول مدة التسخين، مما يطيل دورة إنتاج الزركونيا ويرفع تكلفتها. في السنوات الأخيرة، أصبح تحسين تكنولوجيا معالجة الزركونيا، وتقصير وقت المعالجة، وخفض تكلفة الإنتاج، وتوفير مواد سيراميك عالية الأداء من الزركونيا السنية، محورًا للبحث، ويُعدّ التلبيد بالميكروويف بلا شك طريقة تلبيد واعدة.

وُجد أن التلبيد بالموجات الدقيقة والتلبيد تحت الضغط الجوي لا يُحدثان فرقًا كبيرًا في تأثير شبه النفاذية ومقاومة التآكل. والسبب هو أن كثافة الزركونيا الناتجة عن التلبيد بالموجات الدقيقة تُشبه كثافة التلبيد التقليدي، وكلاهما تلبيد كثيف، إلا أن مزايا التلبيد بالموجات الدقيقة تتمثل في انخفاض درجة حرارة التلبيد، والسرعة العالية، وقصر وقت التلبيد. ومع ذلك، فإن معدل ارتفاع درجة حرارة التلبيد تحت الضغط الجوي يكون بطيئًا، ووقت التلبيد أطول، ويتراوح إجمالي وقت التلبيد بين 6 و11 ساعة تقريبًا. وبالمقارنة مع التلبيد تحت الضغط العادي، يُعد التلبيد بالموجات الدقيقة طريقة تلبيد جديدة تتميز بقصر وقت التلبيد، والكفاءة العالية، وتوفير الطاقة، ويمكنها تحسين البنية الدقيقة للسيراميك.

يعتقد بعض العلماء أيضًا أن الزركونيا بعد التلبيد بالميكروويف يمكن أن تحافظ على طور رباعي أكثر استقرارًا، ربما لأن التسخين السريع بالميكروويف يمكن أن يحقق تكثيفًا سريعًا للمادة عند درجة حرارة أقل، وحجم الحبيبات أصغر وأكثر تجانسًا من التلبيد بالضغط العادي، وأقل من حجم التحول الطوري الحرج لـ t-ZrO2، مما يساعد على الحفاظ على أكبر قدر ممكن في حالة مستقرة في درجة حرارة الغرفة، وتحسين قوة ومتانة المواد السيراميكية.

عملية التلبيد المزدوجة

نظرًا لصلابتها ومتانتها العالية، لا يمكن معالجة سيراميك الزركونيا المُلبَّد المُدمج إلا باستخدام أدوات القطع بالصنفرة، كما أن تكلفة المعالجة مرتفعة ووقتها طويل. ولحل هذه المشاكل، يُستخدم سيراميك الزركونيا أحيانًا مرتين في عملية التلبيد: بعد تشكيل الجسم الخزفي والتلبيد الأولي، تُشَغَّل آلة التضخيم CAD/CAM للحصول على الشكل المطلوب، ثم تُلَبَّد حتى درجة حرارة التلبيد النهائية للحصول على كثافة كاملة.

وُجد أن عمليتي التلبيد ستغيران حركية التلبيد لسيراميك الزركونيا، وسيكون لهما تأثيرات معينة على كثافة التلبيد والخصائص الميكانيكية والبنية المجهرية لسيراميك الزركونيا. الخصائص الميكانيكية لسيراميك الزركونيا القابل للتشكيل، والمُلبد مرة واحدة كثيفًا، أفضل من تلك المُلبدة مرتين. قوة الانحناء ثنائية المحور ومتانة الكسر لسيراميك الزركونيا القابل للتشكيل، والمُلبد مرة واحدة مضغوطًا، أعلى من تلك المُلبدة مرتين. نمط الكسر لسيراميك الزركونيا المُلبدة الأولية هو عبر حبيبي/بين حبيبي، وضربة الكسر مستقيمة نسبيًا. نمط الكسر لسيراميك الزركونيا المُلبدة مرتين هو في الغالب كسر بين حبيبي، واتجاه الكسر أكثر تعرجًا. خصائص نمط الكسر المركب أفضل من نمط الكسر بين الحبيبي البسيط.

التلبيد الفراغي

يجب أن يتم تلبيد الزركونيا في بيئة فراغية، في عملية التلبيد سوف تنتج عددا كبيرا من الفقاعات، وفي بيئة فراغية، من السهل تفريغ الفقاعات من الحالة المنصهرة لجسم الخزف، وتحسين كثافة الزركونيا، وبالتالي زيادة شبه النفاذية والخصائص الميكانيكية للزركونيا.

معدل التسخين

في عملية تلبيد الزركونيا، وللحصول على أداء جيد ونتائج متوقعة، يجب استخدام معدل تسخين منخفض. يؤدي ارتفاع معدل التسخين إلى عدم توازن درجة الحرارة الداخلية للزركونيا عند الوصول إلى درجة حرارة التلبيد النهائية، مما يؤدي إلى ظهور الشقوق وتكوين المسام. تُظهر النتائج أنه مع زيادة معدل التسخين، يتم تقصير وقت تبلور بلورات الزركونيا، ولا يمكن تفريغ الغاز بين البلورات، وتزداد المسامية داخل بلورات الزركونيا قليلاً. مع زيادة معدل التسخين، تبدأ كمية صغيرة من الطور البلوري أحادي الميل في التواجد في الطور الرباعي للزركونيا، مما سيؤثر على الخصائص الميكانيكية. في الوقت نفسه، مع زيادة معدل التسخين، ستصبح الحبيبات مستقطبة، أي أن التعايش بين الحبيبات الأكبر والأصغر يكون سهلاً. يساعد معدل التسخين البطيء على تكوين حبيبات أكثر اتساقًا، مما يزيد من شبه نفاذية الزركونيا.