Effet du frittage sur les propriétés des céramiques de zircone

Effet du frittage sur les propriétés des céramiques de zircone

En tant que matériau céramique, le zirconium présente d'excellentes propriétés, notamment une résistance élevée à l'usure, aux acides et aux alcalis, une bonne résistance aux températures élevées et d'autres propriétés remarquables. Outre son utilisation répandue dans le secteur industriel, la céramique de zircone, avec le développement dynamique de l'industrie des prothèses dentaires ces dernières années, est devenue le matériau le plus prometteur pour les prothèses dentaires et a attiré l'attention de nombreux chercheurs.

Les performances des céramiques en zircone seront affectées par de nombreux facteurs, nous parlons aujourd'hui de l'impact du frittage sur certaines propriétés des céramiques en zircone.

Méthode de frittage

La méthode traditionnelle de frittage consiste à chauffer le corps par rayonnement, conduction et convection thermiques, de sorte que la chaleur se propage de la surface de la zircone vers l'intérieur. Cependant, la conductivité thermique de la zircone est inférieure à celle de l'alumine et d'autres matériaux céramiques. Afin d'éviter les fissures dues aux contraintes thermiques, la vitesse et le temps de chauffage traditionnels sont lents, ce qui rallonge le cycle de production et augmente les coûts de production. Ces dernières années, l'amélioration des technologies de traitement de la zircone, la réduction des temps de traitement et des coûts de production, ainsi que la production de matériaux céramiques dentaires en zircone hautes performances, sont devenues des axes de recherche majeurs. Le frittage par micro-ondes est sans conteste une méthode prometteuse.

Il a été constaté que le frittage par micro-ondes et le frittage à pression atmosphérique n'ont pas d'influence significative sur la semi-perméabilité et la résistance à l'usure. En effet, la densité de la zircone obtenue par frittage par micro-ondes est similaire à celle du frittage conventionnel et les deux procédés sont denses. Cependant, le frittage par micro-ondes présente les avantages d'une température de frittage basse, d'une vitesse de frittage élevée et d'un temps de frittage court. Cependant, le frittage à pression atmosphérique augmente lentement la température, le temps de frittage est plus long et la durée totale est d'environ 6 à 11 heures. Comparé au frittage à pression normale, le frittage par micro-ondes est une nouvelle méthode de frittage qui présente les avantages d'un temps de frittage court, d'un rendement élevé et d'économies d'énergie, et qui peut améliorer la microstructure des céramiques.

Certains chercheurs pensent également que la zircone après frittage par micro-ondes peut maintenir une phase tequartet plus métastable, peut-être parce que le chauffage rapide par micro-ondes peut permettre une densification rapide du matériau à une température plus basse, la taille des grains est plus petite et plus uniforme que celle du frittage sous pression normale, inférieure à la taille de transformation de phase critique du t-ZrO2, ce qui est propice au maintien autant que possible dans un état métastable à température ambiante, améliorant la résistance et la ténacité des matériaux céramiques.

Procédé de double frittage

La céramique de zircone frittée compacte ne peut être usinée qu'avec des outils de coupe en émeri en raison de sa dureté et de sa résistance élevées. Son coût et sa durée d'usinage sont élevés. Afin de résoudre ces problèmes, la céramique de zircone est parfois soumise à un double frittage : après la formation du corps céramique et le frittage initial, elle est ensuite usinée par amplification CFAO à la forme souhaitée, puis frittée à la température finale pour obtenir une densité optimale.

Il a été constaté que deux procédés de frittage modifient la cinétique de frittage des céramiques de zircone et ont des effets sur la densité de frittage, les propriétés mécaniques et la microstructure de ces céramiques. Les propriétés mécaniques des céramiques de zircone usinables frittées une fois denses sont supérieures à celles des céramiques frittées deux fois. La résistance à la flexion biaxiale et la ténacité à la rupture des céramiques de zircone usinables frittées une fois compactes sont supérieures à celles des céramiques frittées deux fois. Le mode de fracture des céramiques de zircone frittées primaires est transgranulaire/intergranulaire, et l'orientation des fissures est relativement rectiligne. Le mode de fracture des céramiques de zircone frittées deux fois est principalement intergranulaire, et la tendance des fissures est plus tortueuse. Les propriétés du mode de fracture composite sont supérieures à celles du mode de fracture intergranulaire simple.

Frittage sous vide

La zircone doit être frittée dans un environnement sous vide, dans le processus de frittage produira un grand nombre de bulles, et dans un environnement sous vide, les bulles sont faciles à évacuer de l'état fondu du corps en porcelaine, améliorent la densité de la zircone, augmentant ainsi la semi-perméabilité et les propriétés mécaniques de la zircone.

Taux de chauffage

Lors du frittage de la zircone, pour obtenir de bonnes performances et les résultats escomptés, une vitesse de chauffe plus faible est nécessaire. Une vitesse de chauffe élevée entraîne une température interne irrégulière de la zircone à la température finale de frittage, ce qui favorise l'apparition de fissures et la formation de pores. Les résultats montrent qu'avec l'augmentation de la vitesse de chauffe, le temps de cristallisation des cristaux de zircone est raccourci, le gaz entre les cristaux ne peut pas être évacué et la porosité interne des cristaux de zircone augmente légèrement. Avec l'augmentation de la vitesse de chauffe, une petite quantité de phase cristalline monoclinique commence à se former dans la phase tétragonale de la zircone, ce qui affecte les propriétés mécaniques. Parallèlement, l'augmentation de la vitesse de chauffe entraîne une polarisation des grains, facilitant ainsi la coexistence de grains plus gros et plus petits. Une vitesse de chauffe plus lente favorise la formation de grains plus uniformes, ce qui augmente la semi-perméabilité de la zircone.