Vliv slinování na vlastnosti zirkonové keramiky

Vliv slinování na vlastnosti zirkonové keramiky

Jako druh keramického materiálu má zirkonium vysokou pevnost, vysokou tvrdost, dobrou odolnost proti opotřebení, odolnost vůči kyselinám a zásadám, odolnost vůči vysokým teplotám a další vynikající vlastnosti. Kromě širokého použití v průmyslové oblasti se zirkonická keramika s dynamickým rozvojem odvětví zubních protéz v posledních letech stala nejperspektivnějším materiálem pro zubní protézy a přitahuje pozornost mnoha výzkumníků.

Výkon zirkonové keramiky bude ovlivněn mnoha faktory, dnes hovoříme o vlivu slinování na některé vlastnosti zirkonové keramiky.

Metoda spékání

Tradiční metoda spékání spočívá v zahřívání tělesa tepelným zářením, vedením tepla a konvekcí tepla, takže teplo je přenášeno z povrchu zirkonie dovnitř. Tepelná vodivost zirkonie je však horší než u oxidu hlinitého a jiných keramických materiálů. Aby se zabránilo praskání způsobenému tepelným namáháním, je tradiční rychlost ohřevu pomalá a doba trvání dlouhá, což prodlužuje výrobní cyklus zirkonie a zvyšuje výrobní náklady. V posledních letech se výzkum zaměřuje na zdokonalení technologie zpracování zirkonie, zkrácení doby zpracování, snížení výrobních nákladů a zajištění vysoce výkonných dentálních zirkoniových keramických materiálů. Mikrovlnné spékání je nepochybně slibnou metodou spékání.

Bylo zjištěno, že mikrovlnné slinování a slinování za atmosférického tlaku nemají žádný významný rozdíl ve vlivu polopropustnosti a odolnosti proti opotřebení. Důvodem je, že hustota zirkoničitého získaného mikrovlnným slinováním je podobná hustotě konvenčního slinování a obě metody se vyznačují hustým slinováním, ale výhody mikrovlnného slinování zahrnují nízkou teplotu slinování, vysokou rychlost a krátkou dobu slinování. Rychlost nárůstu teploty při slinování za atmosférického tlaku je však pomalá, doba slinování je delší a celková doba slinování je přibližně 6–11 hodin. Ve srovnání se slinováním za normálního tlaku je mikrovlnné slinování novou metodou slinování, která má výhody krátké doby slinování, vysoké účinnosti a úspory energie a může zlepšit mikrostrukturu keramiky.

Někteří vědci se také domnívají, že oxid zirkoničitý si po mikrovlnném slinování může udržet metastabilnější fázi tequartet, pravděpodobně proto, že rychlé mikrovlnné zahřívání může dosáhnout rychlého zhuštění materiálu při nižší teplotě, velikost zrna je menší a rovnoměrnější než při slinování za normálního tlaku, nižší než kritická velikost fázové transformace t-ZrO2, což vede k udržení co největšího množství metastabilního stavu při pokojové teplotě a ke zlepšení pevnosti a houževnatosti keramických materiálů.

Dvojitý slinovací proces

Kompaktní slinutá zirkonová keramika může být zpracovávána pouze brusnými nástroji kvůli vysoké tvrdosti a pevnosti a náklady na zpracování jsou vysoké a doba trvání dlouhá. Aby se vyřešily výše uvedené problémy, zirkonová keramika se někdy používá dvakrát pro slinování: po vytvoření keramického tělesa a počátečním slinování se provede CAD/CAM zesilovací obrábění do požadovaného tvaru a následné slinování na konečnou teplotu slinování, aby se materiál zcela zhustil.

Bylo zjištěno, že dva procesy spékání změní kinetiku spékání zirkonové keramiky a budou mít určitý vliv na hustotu spékání, mechanické vlastnosti a mikrostrukturu zirkonové keramiky. Mechanické vlastnosti obrobitelné zirkonové keramiky slinuté po dosažení hustoty jsou lepší než u dvakrát slinuté. Dvouosá pevnost v ohybu a lomová houževnatost obrobitelné zirkonové keramiky slinuté po dosažení kompaktnosti jsou vyšší než u dvakrát slinuté. Lomový režim primárně slinuté zirkonové keramiky je transgranulární/intergranulární a průběh trhliny je relativně přímý. Lomový režim dvakrát slinuté zirkonové keramiky je převážně intergranulární a trend trhliny je klikatější. Vlastnosti kompozitního lomového režimu jsou lepší než u jednoduchého intergranulárního lomového režimu.

Slinovací vakuum

Zirkon musí být slinován ve vakuovém prostředí. V procesu slinování vzniká velké množství bublin. Ve vakuovém prostředí se bubliny snadno uvolňují z roztaveného stavu porcelánového tělesa, čímž se zlepšuje hustota zirkoničitého, a tím se zvyšuje jeho polopropustnost a mechanické vlastnosti.

Rychlost ohřevu

V procesu spékání zirkoničitého by se pro dosažení dobrého výkonu a očekávaných výsledků měla používat nižší rychlost ohřevu. Vysoká rychlost ohřevu způsobuje nerovnoměrnou vnitřní teplotu zirkoničitého při dosažení konečné teploty spékání, což vede ke vzniku trhlin a tvorbě pórů. Výsledky ukazují, že se zvyšující se rychlostí ohřevu se zkracuje doba krystalizace krystalů zirkoničitého, plyn mezi krystaly se nemůže uvolňovat a pórovitost uvnitř krystalů zirkoničitého se mírně zvyšuje. Se zvyšující se rychlostí ohřevu se v tetragonální fázi zirkoničitého začíná vytvářet malé množství monoklinické krystalické fáze, což ovlivňuje mechanické vlastnosti. Zároveň se zvyšující se rychlostí ohřevu dochází k polarizaci zrn, což znamená, že koexistence větších a menších zrn je snadnější. Pomalejší rychlost ohřevu vede k tvorbě rovnoměrnějších zrn, což zvyšuje semipermeabilitu zirkoničitého.