Επίδραση της πυροσυσσωμάτωσης στις ιδιότητες των κεραμικών ζιρκονίου

Επίδραση της πυροσυσσωμάτωσης στις ιδιότητες των κεραμικών ζιρκονίου

Ως είδος κεραμικού υλικού, το ζιρκόνιο έχει υψηλή αντοχή, υψηλή σκληρότητα, καλή αντοχή στη φθορά, αντοχή σε οξέα και αλκάλια, αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες και άλλες εξαιρετικές ιδιότητες. Εκτός από την ευρεία χρήση του στον βιομηχανικό τομέα, με την έντονη ανάπτυξη της βιομηχανίας οδοντοστοιχιών τα τελευταία χρόνια, τα κεραμικά ζιρκονίου έχουν γίνει τα πιο πιθανά υλικά οδοντοστοιχιών και έχουν προσελκύσει την προσοχή πολλών ερευνητών.

Η απόδοση των κεραμικών ζιρκονίου θα επηρεαστεί από πολλούς παράγοντες, σήμερα μιλάμε για την επίδραση της πυροσυσσωμάτωσης σε ορισμένες ιδιότητες των κεραμικών ζιρκονίου.

Μέθοδος πυροσυσσωμάτωσης

Η παραδοσιακή μέθοδος πυροσυσσωμάτωσης είναι η θέρμανση του σώματος μέσω θερμικής ακτινοβολίας, θερμικής αγωγιμότητας, θερμικής μεταφοράς, έτσι ώστε η θερμότητα να προέρχεται από την επιφάνεια του ζιρκονίου στο εσωτερικό, αλλά η θερμική αγωγιμότητα του ζιρκονίου είναι χειρότερη από αυτή της αλουμίνας και άλλων κεραμικών υλικών. Προκειμένου να αποφευχθεί η ρωγμάτωση που προκαλείται από θερμική καταπόνηση, η παραδοσιακή ταχύτητα θέρμανσης είναι αργή και ο χρόνος μεγάλος, γεγονός που καθιστά τον κύκλο παραγωγής του ζιρκονίου μακρύ και το κόστος παραγωγής υψηλό. Τα τελευταία χρόνια, η βελτίωση της τεχνολογίας επεξεργασίας του ζιρκονίου, η μείωση του χρόνου επεξεργασίας, η μείωση του κόστους παραγωγής και η παροχή κεραμικών υλικών ζιρκονίου υψηλής απόδοσης για οδοντιατρική χρήση έχουν γίνει το επίκεντρο της έρευνας, και η πυροσυσσωμάτωση με μικροκύματα είναι αναμφίβολα μια πολλά υποσχόμενη μέθοδος πυροσυσσωμάτωσης.

Διαπιστώθηκε ότι η πυροσυσσωμάτωση με μικροκύματα και η πυροσυσσωμάτωση με ατμοσφαιρική πίεση δεν έχουν σημαντική διαφορά στην επίδραση της ημιδιαπερατότητας και της αντοχής στη φθορά. Ο λόγος είναι ότι η πυκνότητα του ζιρκονίου που λαμβάνεται με πυροσυσσωμάτωση με μικροκύματα είναι παρόμοια με αυτή της συμβατικής πυροσυσσωμάτωσης και και οι δύο είναι πυκνές πυροσυσσωμάτωσης, αλλά τα πλεονεκτήματα της πυροσυσσωμάτωσης με μικροκύματα είναι η χαμηλή θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης, η γρήγορη ταχύτητα και ο σύντομος χρόνος πυροσυσσωμάτωσης. Ωστόσο, ο ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας της πυροσυσσωμάτωσης με ατμοσφαιρική πίεση είναι αργός, ο χρόνος πυροσυσσωμάτωσης είναι μεγαλύτερος και ο συνολικός χρόνος πυροσυσσωμάτωσης είναι περίπου 6-11 ώρες. Σε σύγκριση με την κανονική πυροσυσσωμάτωση με πίεση, η πυροσυσσωμάτωση με μικροκύματα είναι μια νέα μέθοδος πυροσυσσωμάτωσης, η οποία έχει τα πλεονεκτήματα του σύντομου χρόνου πυροσυσσωμάτωσης, της υψηλής απόδοσης και της εξοικονόμησης ενέργειας, και μπορεί να βελτιώσει τη μικροδομή των κεραμικών.

Μερικοί μελετητές πιστεύουν επίσης ότι η ζιρκονία μετά την πυροσυσσωμάτωση με μικροκύματα μπορεί να διατηρήσει μια πιο μετασταθή φάση tequartet, πιθανώς επειδή η ταχεία θέρμανση με μικροκύματα μπορεί να επιτύχει ταχεία συμπύκνωση του υλικού σε χαμηλότερη θερμοκρασία, το μέγεθος των κόκκων είναι μικρότερο και πιο ομοιόμορφο από αυτό της κανονικής πυροσυσσωμάτωσης υπό πίεση, χαμηλότερο από το κρίσιμο μέγεθος μετασχηματισμού φάσης του t-ZrO2, το οποίο ευνοεί τη διατήρηση όσο το δυνατόν περισσότερου σε μετασταθή κατάσταση σε θερμοκρασία δωματίου, βελτιώνοντας την αντοχή και την ανθεκτικότητα των κεραμικών υλικών.

Διπλή διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης

Τα συμπαγή κεραμικά ζιρκονίας από πυροσυσσωματωμένο οξείδιο μπορούν να υποστούν επεξεργασία μόνο με εργαλεία κοπής σμύριδας λόγω της υψηλής σκληρότητας και αντοχής, ενώ το κόστος επεξεργασίας είναι υψηλό και ο χρόνος είναι μεγάλος. Για την επίλυση των παραπάνω προβλημάτων, μερικές φορές τα κεραμικά ζιρκονίας θα χρησιμοποιηθούν σε διπλή διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης, μετά τον σχηματισμό του κεραμικού σώματος και την αρχική πυροσυσσωμάτωση, την κατεργασία ενίσχυσης CAD/CAM στο επιθυμητό σχήμα και στη συνέχεια την πυροσυσσωμάτωση στην τελική θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης για να γίνει το υλικό πλήρως πυκνό.

Διαπιστώθηκε ότι δύο διαδικασίες πυροσυσσωμάτωσης θα αλλάξουν την κινητική πυροσυσσωμάτωσης των κεραμικών ζιρκονίας και θα έχουν ορισμένες επιπτώσεις στην πυκνότητα πυροσυσσωμάτωσης, τις μηχανικές ιδιότητες και τη μικροδομή των κεραμικών ζιρκονίας. Οι μηχανικές ιδιότητες των κατεργάσιμων κεραμικών ζιρκονίας που πυροσυσσωματώνονται όταν πυκνώσουν είναι καλύτερες από εκείνες που πυροσυσσωματώνονται δύο φορές. Η διαξονική αντοχή σε κάμψη και η αντοχή σε θραύση των κατεργάσιμων κεραμικών ζιρκονίας που πυροσυσσωματώνονται όταν συμπυκνωθούν είναι υψηλότερες από εκείνες που πυροσυσσωματώνονται δύο φορές. Ο τρόπος θραύσης των πρωτογενώς πυροσυσσωματωμένων κεραμικών ζιρκονίας είναι διακρυσταλλικός/ενδοκρυσταλλικός και η ρωγμή είναι σχετικά ευθύγραμμη. Ο τρόπος θραύσης των διπλά πυροσυσσωματωμένων κεραμικών ζιρκονίας είναι κυρίως ενδοκρυσταλλικό κάταγμα και η τάση ρωγμής είναι πιο ελικοειδής. Οι ιδιότητες του σύνθετου τρόπου θραύσης είναι καλύτερες από τον απλό διακρυσταλλικό τρόπο θραύσης.

Κενό πυροσυσσωμάτωσης

Η ζιρκονία πρέπει να συντήκεται σε περιβάλλον κενού, κατά τη διαδικασία σύντηξης θα παράγει μεγάλο αριθμό φυσαλίδων και σε περιβάλλον κενού, οι φυσαλίδες είναι εύκολο να αποβληθούν από την τετηγμένη κατάσταση του σώματος πορσελάνης, βελτιώνοντας την πυκνότητα της ζιρκονίας, αυξάνοντας έτσι την ημιδιαπερατότητα και τις μηχανικές ιδιότητες της ζιρκονίας.

Ρυθμός θέρμανσης

Στη διαδικασία σύντηξης ζιρκονίου, για να επιτευχθούν καλές επιδόσεις και αναμενόμενα αποτελέσματα, θα πρέπει να υιοθετηθεί χαμηλότερος ρυθμός θέρμανσης. Ο υψηλός ρυθμός θέρμανσης καθιστά την εσωτερική θερμοκρασία του ζιρκονίου ανομοιόμορφη κατά την επίτευξη της τελικής θερμοκρασίας σύντηξης, οδηγώντας στην εμφάνιση ρωγμών και στο σχηματισμό πόρων. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι με την αύξηση του ρυθμού θέρμανσης, ο χρόνος κρυστάλλωσης των κρυστάλλων ζιρκονίου μειώνεται, το αέριο μεταξύ των κρυστάλλων δεν μπορεί να εκκενωθεί και το πορώδες στο εσωτερικό των κρυστάλλων ζιρκονίου αυξάνεται ελαφρώς. Με την αύξηση του ρυθμού θέρμανσης, αρχίζει να υπάρχει μια μικρή ποσότητα μονοκλινούς κρυσταλλικής φάσης στην τετραγωνική φάση του ζιρκονίου, η οποία θα επηρεάσει τις μηχανικές ιδιότητες. Ταυτόχρονα, με την αύξηση του ρυθμού θέρμανσης, οι κόκκοι θα πολωθούν, δηλαδή η συνύπαρξη μεγαλύτερων και μικρότερων κόκκων είναι εύκολη. Ο βραδύτερος ρυθμός θέρμανσης ευνοεί τον σχηματισμό πιο ομοιόμορφων κόκκων, γεγονός που αυξάνει την ημιδιαπερατότητα του ζιρκονίου.