ज़िरकोनिया सिरेमिक के गुणों पर सिंटरिंग का प्रभाव

एक प्रकार की सिरेमिक सामग्री होने के नाते, ज़िरकोनियम में उच्च शक्ति, उच्च कठोरता, अच्छा घिसाव प्रतिरोध, अम्ल और क्षार प्रतिरोध, उच्च तापमान प्रतिरोध और अन्य उत्कृष्ट गुण होते हैं। औद्योगिक क्षेत्र में व्यापक उपयोग के अलावा, हाल के वर्षों में दंत चिकित्सा उद्योग के तीव्र विकास के साथ, ज़िरकोनिया सिरेमिक सबसे संभावित दंत चिकित्सा सामग्री बन गई है और इसने कई शोधकर्ताओं का ध्यान आकर्षित किया है।

सिंटरिंग विधि

परंपरागत सिंटरिंग विधि में ऊष्मा विकिरण, ऊष्मा चालन और ऊष्मा संवहन के माध्यम से शरीर को गर्म किया जाता है, जिससे ऊष्मा ज़िरकोनिया की सतह से आंतरिक भाग तक पहुँचती है। हालांकि, ज़िरकोनिया की तापीय चालकता एल्यूमिना और अन्य सिरेमिक पदार्थों की तुलना में कम होती है। तापीय तनाव के कारण होने वाली दरारों को रोकने के लिए, परंपरागत तापन की गति धीमी और समय लंबा होता है, जिससे ज़िरकोनिया का उत्पादन चक्र लंबा और उत्पादन लागत अधिक हो जाती है। हाल के वर्षों में, ज़िरकोनिया की प्रसंस्करण तकनीक में सुधार, प्रसंस्करण समय को कम करना, उत्पादन लागत को घटाना और उच्च प्रदर्शन वाले दंत ज़िरकोनिया सिरेमिक पदार्थ उपलब्ध कराना अनुसंधान का केंद्र बिंदु बन गया है, और माइक्रोवेव सिंटरिंग निस्संदेह एक आशाजनक सिंटरिंग विधि है।

यह पाया गया है कि माइक्रोवेव सिंटरिंग और वायुमंडलीय दबाव सिंटरिंग का अर्ध-पारगम्यता और घिसाव प्रतिरोध पर कोई खास प्रभाव नहीं पड़ता। इसका कारण यह है कि माइक्रोवेव सिंटरिंग द्वारा प्राप्त ज़िरकोनिया का घनत्व पारंपरिक सिंटरिंग के समान होता है, और दोनों ही सघन सिंटरिंग विधियाँ हैं। हालांकि, माइक्रोवेव सिंटरिंग के लाभ कम तापमान, तेज़ गति और कम समय में सिंटरिंग होना हैं। वहीं, वायुमंडलीय दबाव सिंटरिंग में तापमान वृद्धि की दर धीमी होती है, सिंटरिंग का समय अधिक लगता है, और पूरी सिंटरिंग प्रक्रिया लगभग 6-11 घंटे की होती है। सामान्य दबाव सिंटरिंग की तुलना में, माइक्रोवेव सिंटरिंग एक नई सिंटरिंग विधि है, जिसके लाभ कम समय में सिंटरिंग, उच्च दक्षता और ऊर्जा बचत हैं, और यह सिरेमिक की सूक्ष्म संरचना में सुधार कर सकती है।

कुछ विद्वानों का यह भी मानना ​​है कि माइक्रोवेव सिंटरिंग के बाद ज़िरकोनिया अधिक मेटास्टेबल टेक्वार्टेट चरण को बनाए रख सकता है, संभवतः इसलिए क्योंकि माइक्रोवेव तीव्र तापन कम तापमान पर सामग्री का तीव्र घनीकरण प्राप्त कर सकता है, कण का आकार सामान्य दबाव सिंटरिंग की तुलना में छोटा और अधिक समान होता है, जो t-ZrO2 के महत्वपूर्ण चरण परिवर्तन आकार से कम होता है, जो कमरे के तापमान पर मेटास्टेबल अवस्था को यथासंभव बनाए रखने के लिए अनुकूल है, जिससे सिरेमिक सामग्री की ताकत और कठोरता में सुधार होता है।

दोहरी सिंटरिंग प्रक्रिया

उच्च कठोरता और मजबूती के कारण कॉम्पैक्ट सिंटर्ड ज़िरकोनिया सिरेमिक को केवल एमरी कटिंग टूल्स से ही संसाधित किया जा सकता है, और प्रसंस्करण लागत अधिक होने के साथ-साथ इसमें अधिक समय भी लगता है। उपरोक्त समस्याओं को हल करने के लिए, कभी-कभी ज़िरकोनिया सिरेमिक को दो बार सिंटरिंग प्रक्रिया से गुजारा जाता है। सिरेमिक बॉडी के निर्माण और प्रारंभिक सिंटरिंग के बाद, वांछित आकार में CAD/CAM आवर्धन मशीनिंग की जाती है, और फिर सामग्री को पूर्णतः सघन बनाने के लिए अंतिम सिंटरिंग तापमान तक सिंटरिंग की जाती है।

यह पाया गया है कि दो सिंटरिंग प्रक्रियाएं ज़िरकोनिया सिरेमिक की सिंटरिंग गतिकी को बदल देती हैं, और ज़िरकोनिया सिरेमिक के सिंटरिंग घनत्व, यांत्रिक गुणों और सूक्ष्म संरचना पर कुछ प्रभाव डालती हैं। एक बार सघन रूप से सिंटर किए गए मशीनेबल ज़िरकोनिया सिरेमिक के यांत्रिक गुण दो बार सिंटर किए गए सिरेमिक की तुलना में बेहतर होते हैं। एक बार सघन रूप से सिंटर किए गए मशीनेबल ज़िरकोनिया सिरेमिक की द्विअक्षीय बेंडिंग सामर्थ्य और फ्रैक्चर कठोरता दो बार सिंटर किए गए सिरेमिक की तुलना में अधिक होती है। प्राथमिक रूप से सिंटर किए गए ज़िरकोनिया सिरेमिक का फ्रैक्चर मोड ट्रांसग्रेनुलर/इंटरग्रेनुलर होता है, और दरार की दिशा अपेक्षाकृत सीधी होती है। दो बार सिंटर किए गए ज़िरकोनिया सिरेमिक का फ्रैक्चर मोड मुख्य रूप से इंटरग्रेनुलर फ्रैक्चर होता है, और दरार की दिशा अधिक टेढ़ी-मेढ़ी होती है। मिश्रित फ्रैक्चर मोड के गुण सरल इंटरग्रेनुलर फ्रैक्चर मोड की तुलना में बेहतर होते हैं।

सिंटरिंग वैक्यूम

ज़िरकोनिया को निर्वात वातावरण में सिंटर किया जाना चाहिए, सिंटरिंग प्रक्रिया में बड़ी संख्या में बुलबुले उत्पन्न होंगे, और निर्वात वातावरण में, ये बुलबुले चीनी मिट्टी के पिघले हुए भाग से आसानी से निकल जाते हैं, जिससे ज़िरकोनिया का घनत्व बढ़ता है, और इस प्रकार ज़िरकोनिया की अर्ध-पारगम्यता और यांत्रिक गुण बढ़ते हैं।

तापन दर

ज़िरकोनिया के सिंटरिंग प्रक्रिया में, बेहतर प्रदर्शन और अपेक्षित परिणाम प्राप्त करने के लिए, कम तापन दर अपनाई जानी चाहिए। उच्च तापन दर अंतिम सिंटरिंग तापमान तक पहुँचने पर ज़िरकोनिया के आंतरिक तापमान को असमान बना देती है, जिससे दरारें और छिद्र बन जाते हैं। परिणामों से पता चलता है कि तापन दर बढ़ने के साथ, ज़िरकोनिया क्रिस्टलों का क्रिस्टलीकरण समय कम हो जाता है, क्रिस्टलों के बीच की गैस बाहर नहीं निकल पाती है, और ज़िरकोनिया क्रिस्टलों के भीतर सरंध्रता थोड़ी बढ़ जाती है। तापन दर बढ़ने के साथ, ज़िरकोनिया के चतुर्भुजीय चरण में एकक्लिनिक क्रिस्टलीय चरण की थोड़ी मात्रा बनने लगती है, जो यांत्रिक गुणों को प्रभावित करती है। साथ ही, तापन दर बढ़ने के साथ, कण ध्रुवीकृत हो जाते हैं, यानी बड़े और छोटे कणों का सह-अस्तित्व आसान हो जाता है। धीमी तापन दर अधिक एकसमान कणों के निर्माण के लिए अनुकूल है, जिससे ज़िरकोनिया की अर्धपारगम्यता बढ़ जाती है।