Sintrauksen vaikutus zirkoniumoksidikeraamien ominaisuuksiin

Sintrauksen vaikutus zirkoniumoksidikeraamien ominaisuuksiin

Keraamisena materiaalina zirkoniumilla on korkea lujuus, korkea kovuus, hyvä kulutuskestävyys, happojen ja emästen kestävyys, korkean lämpötilan kestävyys ja muita erinomaisia ​​ominaisuuksia. Sen lisäksi, että zirkoniumkeramiikkaa on käytetty laajalti teollisuudessa, proteesiteollisuuden voimakkaan kehityksen myötä viime vuosina siitä on tullut potentiaalisin proteesimateriaali, joka on herättänyt monien tutkijoiden huomion.

Zirkoniumoksidikeraamien suorituskykyyn vaikuttavat monet tekijät, tänään puhumme sintrauksen vaikutuksesta joihinkin zirkoniumoksidikeraamien ominaisuuksiin.

Sintrausmenetelmä

Perinteinen sintrausmenetelmä perustuu kehon lämmittämiseen lämpösäteilyn, lämmönjohtavuuden ja lämmön konvektion avulla, jolloin lämpö siirtyy zirkoniumoksidin pinnalta sisäpuolelle, mutta zirkoniumoksidin lämmönjohtavuus on huonompi kuin alumiinioksidilla ja muilla keraamisilla materiaaleilla. Lämpöjännityksen aiheuttaman halkeilun estämiseksi perinteinen lämmitysnopeus on hidas ja aika pitkä, mikä tekee zirkoniumoksidin tuotantosyklistä pitkän ja tuotantokustannukset korkeat. Viime vuosina zirkoniumoksidin prosessointitekniikan parantaminen, prosessointiajan lyhentäminen, tuotantokustannusten alentaminen ja korkean suorituskyvyn omaavien hammaslääketieteellisten zirkoniumoksidikeraamisten materiaalien tarjoaminen on tullut tutkimuksen keskipisteeksi, ja mikroaaltosintraus on epäilemättä lupaava sintrausmenetelmä.

Mikroaaltosintrauksen ja ilmakehän paineessa tapahtuvan sintrauksen välillä ei havaittu olevan merkittävää eroa puoliläpäisevyyden ja kulutuskestävyyden vaikutuksessa. Syynä tähän on se, että mikroaaltosintrauksella saadun zirkoniumoksidin tiheys on samanlainen kuin perinteisellä sintrauksella, ja molemmat ovat tiheää sintrausta, mutta mikroaaltosintrauksen etuja ovat alhainen sintrauslämpötila, nopea nopeus ja lyhyt sintrausaika. Ilmanpaineessa tapahtuvan sintrauksen lämpötilan nousunopeus on kuitenkin hidas, sintrausaika on pidempi ja koko sintrausaika on noin 6–11 tuntia. Normaaliin painesintraukseen verrattuna mikroaaltosintraus on uusi sintrausmenetelmä, jolla on lyhyen sintrausajan, korkean hyötysuhteen ja energiansäästön edut, ja se voi parantaa keraamien mikrorakennetta.

Jotkut tutkijat uskovat myös, että zirkoniumoksidi voi säilyttää metastabiilimman tekvartettifaasin mikroaaltosintrauksen jälkeen. Tämä johtuu mahdollisesti siitä, että mikroaaltosintraus voi tiivistää materiaalin nopeasti alhaisemmassa lämpötilassa. Rakekoko on pienempi ja tasaisempi kuin normaalissa painesintrauksessa, ja se on pienempi kuin t-ZrO2:n kriittinen faasimuutoskoko. Tämä edistää zirkoniumoksidin säilyttämistä mahdollisimman metastabiilissa tilassa huoneenlämmössä, mikä parantaa keraamisten materiaalien lujuutta ja sitkeyttä.

Kaksinkertainen sintrausprosessi

Tiiviitä sintrattuja zirkoniumoksidikeraamisia kappaleita voidaan käsitellä vain hiomakoneilla niiden suuren kovuuden ja lujuuden vuoksi, ja niiden käsittelykustannukset ovat korkeat ja työaika pitkä. Edellä mainittujen ongelmien ratkaisemiseksi zirkoniumoksidikeraamit sintrataan joskus kahdesti: keraamisen kappaleen muodostamisen ja alkusintrauksen jälkeen CAD/CAM-vahvistuskoneistuksen haluttuun muotoon ja sitten sintrauksen lopulliseen sintrauslämpötilaan, jotta materiaalista tulee täysin tiivis.

Kaksi sintrausprosessia muuttaa zirkoniumoksidikeraamien sintrauskinetiikkaa ja vaikuttaa tiettyjä vaikutuksia zirkoniumoksidikeraamien sintraustiheyteen, mekaanisiin ominaisuuksiin ja mikrorakenteeseen. Kerran tiiviisti sintrattujen työstettävien zirkoniumoksidikeraamien mekaaniset ominaisuudet ovat paremmat kuin kahdesti sintrattujen. Kerran kompaktoitujen työstettävien zirkoniumoksidikeraamien kaksiaksiaalinen taivutuslujuus ja murtumissitkeys ovat korkeammat kuin kahdesti sintrattujen. Ensisijaisesti sintrattujen zirkoniumoksidikeraamien murtumistapa on transgranularinen/raeiden välinen, ja halkeaman isku on suhteellisen suora. Kahdesti sintrattujen zirkoniumoksidikeraamien murtumistapa on pääasiassa rakeiden välinen murtuma, ja halkeaman suunta on mutkittelevampi. Komposiittimurtumistavan ominaisuudet ovat paremmat kuin yksinkertaisen rakeiden välisen murtuman.

Sintrausvakuumi

Zirkoniumoksidi on sintrattava tyhjiöympäristössä, sintrausprosessissa syntyy suuri määrä kuplia, ja tyhjiöympäristössä kuplat poistuvat helposti posliinikappaleen sulasta tilasta, mikä parantaa zirkoniumoksidin tiheyttä ja lisää siten zirkoniumoksidin puoliläpäisevyyttä ja mekaanisia ominaisuuksia.

Lämmitysnopeus

Zirkoniumoksidin sintrausprosessissa tulisi hyvän suorituskyvyn ja odotettujen tulosten saavuttamiseksi käyttää alhaisempaa lämmitysnopeutta. Korkea lämmitysnopeus tekee zirkoniumoksidin sisäisestä lämpötilasta epätasaisen lopullisen sintrauslämpötilan saavuttamisessa, mikä johtaa halkeamien esiintymiseen ja huokosten muodostumiseen. Tulokset osoittavat, että lämmitysnopeuden kasvaessa zirkoniumoksidikiteiden kiteytymisaika lyhenee, kiteiden välinen kaasu ei pääse purkautumaan ja zirkoniumoksidikiteiden sisäinen huokoisuus kasvaa hieman. Lämmitysnopeuden kasvaessa zirkoniumoksidin tetragonaaliseen faasiin alkaa muodostua pieni määrä monokliinistä kidefaasia, mikä vaikuttaa mekaanisiin ominaisuuksiin. Samalla lämmitysnopeuden kasvaessa rakeet polarisoituvat, eli suurempien ja pienempien rakeiden rinnakkaiselo on helpompaa. Hitaampi lämmitysnopeus edistää tasaisempien rakeiden muodostumista, mikä lisää zirkoniumoksidin puoliläpäisevyyttä.