Lo zirconio, in quanto materiale ceramico, possiede eccellenti proprietà quali elevata resistenza, elevata durezza, buona resistenza all'usura, resistenza agli acidi e alle basi, resistenza alle alte temperature e altro ancora. Oltre al suo ampio utilizzo in ambito industriale, con il rapido sviluppo del settore protesico negli ultimi anni, la ceramica di zirconio è diventata uno dei materiali più promettenti per le protesi dentarie, attirando l'attenzione di numerosi ricercatori.
Metodo di sinterizzazione
Il metodo di sinterizzazione tradizionale prevede il riscaldamento del materiale tramite irraggiamento, conduzione e convezione termica, in modo che il calore si propaghi dalla superficie della zirconia verso l'interno. Tuttavia, la conducibilità termica della zirconia è inferiore a quella dell'allumina e di altri materiali ceramici. Per prevenire le fessurazioni causate dallo stress termico, il riscaldamento tradizionale è lento e prolungato, il che allunga i tempi di produzione della zirconia e ne aumenta i costi. Negli ultimi anni, il miglioramento della tecnologia di lavorazione della zirconia, la riduzione dei tempi e dei costi di produzione, nonché la fornitura di materiali ceramici dentali in zirconia ad alte prestazioni, sono diventati obiettivi prioritari della ricerca. La sinterizzazione a microonde rappresenta senza dubbio un metodo promettente.
È stato riscontrato che la sinterizzazione a microonde e la sinterizzazione a pressione atmosferica non presentano differenze significative in termini di influenza sulla semipermeabilità e sulla resistenza all'usura. Ciò è dovuto al fatto che la densità della zirconia ottenuta con la sinterizzazione a microonde è simile a quella ottenuta con la sinterizzazione convenzionale, ed entrambe sono sinterizzate ad alta densità. Tuttavia, i vantaggi della sinterizzazione a microonde sono la bassa temperatura di sinterizzazione, la velocità elevata e il breve tempo di sinterizzazione. Al contrario, la velocità di aumento della temperatura nella sinterizzazione a pressione atmosferica è lenta, il tempo di sinterizzazione è più lungo e il tempo totale di sinterizzazione è di circa 6-11 ore. Rispetto alla normale sinterizzazione a pressione, la sinterizzazione a microonde è un nuovo metodo di sinterizzazione che presenta i vantaggi di un breve tempo di sinterizzazione, un'elevata efficienza e un risparmio energetico, e può migliorare la microstruttura della ceramica.
Alcuni studiosi ritengono inoltre che la zirconia dopo la sinterizzazione a microonde possa mantenere una fase tequartet metastabile più elevata, probabilmente perché il riscaldamento rapido a microonde consente una rapida densificazione del materiale a una temperatura inferiore, con conseguente riduzione e uniformità della dimensione dei grani rispetto alla sinterizzazione a pressione normale, inferiore alla dimensione critica di trasformazione di fase della t-ZrO2, il che favorisce il mantenimento, per quanto possibile, dello stato metastabile a temperatura ambiente, migliorando la resistenza e la tenacità dei materiali ceramici.
Processo di doppia sinterizzazione
A causa dell'elevata durezza e resistenza, le ceramiche di zirconia sinterizzata compatta possono essere lavorate solo con utensili da taglio in smeriglio, con conseguenti costi elevati e tempi di lavorazione lunghi. Per ovviare a questi problemi, a volte le ceramiche di zirconia vengono sottoposte a un doppio processo di sinterizzazione: dopo la formazione del corpo ceramico e la sinterizzazione iniziale, si procede alla lavorazione con macchine CAD/CAM per ottenere la forma desiderata, e infine alla sinterizzazione finale per rendere il materiale completamente denso.
È stato riscontrato che due processi di sinterizzazione modificano la cinetica di sinterizzazione delle ceramiche di zirconia e hanno determinati effetti sulla densità di sinterizzazione, sulle proprietà meccaniche e sulla microstruttura delle ceramiche di zirconia. Le proprietà meccaniche delle ceramiche di zirconia lavorabili sinterizzate una volta in modo denso sono migliori di quelle sinterizzate due volte. La resistenza alla flessione biassiale e la tenacità alla frattura delle ceramiche di zirconia lavorabili sinterizzate una volta in modo compatto sono superiori a quelle sinterizzate due volte. La modalità di frattura delle ceramiche di zirconia sinterizzate una volta è transgranulare/intergranulare e l'andamento della frattura è relativamente rettilineo. La modalità di frattura delle ceramiche di zirconia sinterizzate due volte è principalmente una frattura intergranulare e l'andamento della frattura è più tortuoso. Le proprietà della modalità di frattura composita sono migliori della semplice modalità di frattura intergranulare.
vuoto di sinterizzazione
La zirconia deve essere sinterizzata in un ambiente sottovuoto. Durante il processo di sinterizzazione si formano numerose bolle d'aria e, in un ambiente sottovuoto, queste bolle vengono facilmente espulse dallo stato fuso del corpo in porcellana, migliorando la densità della zirconia e, di conseguenza, aumentandone la semipermeabilità e le proprietà meccaniche.
Tasso di riscaldamento
Nel processo di sinterizzazione della zirconia, per ottenere buone prestazioni e i risultati attesi, è necessario adottare una velocità di riscaldamento inferiore. Un'elevata velocità di riscaldamento rende la temperatura interna della zirconia non uniforme al raggiungimento della temperatura finale di sinterizzazione, portando alla comparsa di crepe e alla formazione di pori. I risultati mostrano che con l'aumento della velocità di riscaldamento, il tempo di cristallizzazione dei cristalli di zirconia si riduce, il gas tra i cristalli non può essere espulso e la porosità all'interno dei cristalli di zirconia aumenta leggermente. Con l'aumento della velocità di riscaldamento, una piccola quantità di fase cristallina monoclina inizia a esistere nella fase tetragonale della zirconia, il che influisce sulle proprietà meccaniche. Allo stesso tempo, con l'aumento della velocità di riscaldamento, i grani si polarizzano, ovvero la coesistenza di grani più grandi e più piccoli è facilitata. Una velocità di riscaldamento più lenta favorisce la formazione di grani più uniformi, il che aumenta la semipermeabilità della zirconia.
Data di pubblicazione: 15 agosto 2023