Utjecaj sinteriranja na svojstva cirkonijeve keramike

Utjecaj sinteriranja na svojstva cirkonijeve keramike

Kao vrsta keramičkog materijala, cirkonijum ima visoku čvrstoću, visoku tvrdoću, dobru otpornost na habanje, otpornost na kiseline i alkalije, otpornost na visoke temperature i druga odlična svojstva. Pored široke upotrebe u industrijskoj oblasti, sa snažnim razvojem industrije proteza posljednjih godina, cirkonijeva keramika postala je najperspektivniji materijal za proteze i privukla je pažnju mnogih istraživača.

Na performanse cirkonijeve keramike utjecat će mnogi faktori, a danas govorimo o utjecaju sinteriranja na neka svojstva cirkonijeve keramike.

Metoda sinterovanja

Tradicionalna metoda sinterovanja je zagrijavanje tijela putem toplotnog zračenja, toplotne provodljivosti i toplotne konvekcije, tako da se toplota prenosi sa površine cirkonija prema unutrašnjosti, ali toplotna provodljivost cirkonija je lošija od aluminijumskog oksida i drugih keramičkih materijala. Kako bi se spriječilo pucanje uzrokovano termičkim naprezanjem, tradicionalna brzina zagrijavanja je spora, a vrijeme dugo, što produžava proizvodni ciklus cirkonija i povećava troškove proizvodnje. Posljednjih godina, istraživanje je usmjereno na poboljšanje tehnologije obrade cirkonija, skraćivanje vremena obrade, smanjenje troškova proizvodnje i obezbjeđivanje visokokvalitetnih zubnih keramičkih materijala od cirkonija, a sinterovanje mikrotalasima je nesumnjivo obećavajuća metoda sinterovanja.

Utvrđeno je da mikrovalno sinterovanje i sinterovanje pod atmosferskim pritiskom nemaju značajne razlike u uticaju polupropusnosti i otpornosti na habanje. Razlog tome je što je gustina cirkonija dobijenog mikrovalnim sinterovanjem slična onoj kod konvencionalnog sinterovanja, i oba su gusta sinterovanja, ali prednosti mikrovalnog sinterovanja su niska temperatura sinterovanja, velika brzina i kratko vrijeme sinterovanja. Međutim, brzina porasta temperature kod sinterovanja pod atmosferskim pritiskom je spora, vrijeme sinterovanja je duže, a ukupno vrijeme sinterovanja je otprilike 6-11 sati. U poređenju sa sinterovanjem pod normalnim pritiskom, mikrovalno sinterovanje je nova metoda sinterovanja, koja ima prednosti kratkog vremena sinterovanja, visoke efikasnosti i uštede energije, te može poboljšati mikrostrukturu keramike.

Neki naučnici također vjeruju da cirkonijev dioksid nakon mikrovalnog sinterovanja može održati metastabilniju tekvartetnu fazu, moguće zato što brzo zagrijavanje mikrovalovima može postići brzo zgušnjavanje materijala na nižoj temperaturi, veličina zrna je manja i ujednačenija nego kod sinterovanja pod normalnim pritiskom, niža od kritične veličine fazne transformacije t-ZrO2, što pogoduje održavanju što većeg broja metastabilnih stanja na sobnoj temperaturi, poboljšavajući čvrstoću i žilavost keramičkih materijala.

Proces dvostrukog sinterovanja

Kompaktna sinterovana cirkonijeva keramika može se obrađivati ​​samo brusnim alatima zbog visoke tvrdoće i čvrstoće, a troškovi obrade su visoki i vrijeme dugo. Kako bi se riješili gore navedeni problemi, cirkonijeva keramika se ponekad sinteruje dva puta: nakon formiranja keramičkog tijela i početnog sinterovanja, CAD/CAM obrada se vrši do željenog oblika, a zatim sinterovanje do konačne temperature sinterovanja kako bi se materijal potpuno zgusnuo.

Utvrđeno je da dva procesa sinterovanja mijenjaju kinetiku sinterovanja cirkonijeve keramike i imaju određene efekte na gustinu sinterovanja, mehanička svojstva i mikrostrukturu cirkonijeve keramike. Mehanička svojstva obradive cirkonijeve keramike sinterovane jednom gusto su bolja od onih sinterovanih dva puta. Dvoosna čvrstoća na savijanje i žilavost loma obradive cirkonijeve keramike sinterovane jednom kompaktno su veće od onih sinterovanih dva puta. Način loma primarne sinterovane cirkonijeve keramike je transgranularni/intergranularni, a pravac pukotine je relativno ravan. Način loma dvostruko sinterovane cirkonijeve keramike je uglavnom intergranularni, a trend pukotine je vijugaviji. Svojstva kompozitnog načina loma su bolja od jednostavnog intergranularnog načina loma.

Vakuumsko sinterovanje

Cirkonijum se mora sinterovati u vakuumskom okruženju, u procesu sinterovanja će se proizvesti veliki broj mjehurića, a u vakuumskom okruženju, mjehurići se lako ispuštaju iz rastopljenog stanja porculanskog tijela, poboljšavajući gustoću cirkonija, čime se povećava polupropusnost i mehanička svojstva cirkonija.

Brzina zagrijavanja

U procesu sinterovanja cirkonija, kako bi se postigle dobre performanse i očekivani rezultati, treba usvojiti nižu brzinu zagrijavanja. Visoka brzina zagrijavanja uzrokuje neravnomjernu unutrašnju temperaturu cirkonija pri dostizanju konačne temperature sinterovanja, što dovodi do pojave pukotina i stvaranja pora. Rezultati pokazuju da se s povećanjem brzine zagrijavanja skraćuje vrijeme kristalizacije kristala cirkonija, plin između kristala se ne može ispustiti, a poroznost unutar kristala cirkonija se blago povećava. S povećanjem brzine zagrijavanja, mala količina monoklinske kristalne faze počinje postojati u tetragonalnoj fazi cirkonija, što će utjecati na mehanička svojstva. Istovremeno, s povećanjem brzine zagrijavanja, zrna će biti polarizirana, odnosno koegzistencija većih i manjih zrna je lakša. Spora brzina zagrijavanja pogoduje stvaranju ujednačenijih zrna, što povećava polupropusnost cirkonija.