Come materiale ceramico, lo zirconio presenta elevata resistenza, elevata durezza, buona resistenza all'usura, resistenza agli acidi e agli alcali, resistenza alle alte temperature e altre eccellenti proprietà. Oltre ad essere ampiamente utilizzato in campo industriale, con il vigoroso sviluppo del settore delle protesi dentarie negli ultimi anni, la zirconia ceramica è diventata il materiale più promettente per le protesi dentarie, attirando l'attenzione di numerosi ricercatori.
Metodo di sinterizzazione
Il metodo di sinterizzazione tradizionale consiste nel riscaldare il corpo attraverso radiazione termica, conduzione termica e convezione termica, in modo che il calore si diffonda dalla superficie della zirconia verso l'interno, ma la conduttività termica della zirconia è inferiore a quella dell'allumina e di altri materiali ceramici. Per prevenire le crepe causate da stress termico, la velocità di riscaldamento tradizionale è lenta e il tempo di riscaldamento è lungo, il che allunga il ciclo di produzione della zirconia e ne aumenta i costi. Negli ultimi anni, il miglioramento della tecnologia di lavorazione della zirconia, la riduzione dei tempi di lavorazione, la riduzione dei costi di produzione e la fornitura di materiali ceramici di zirconia dentale ad alte prestazioni sono diventati oggetto di ricerca e la sinterizzazione a microonde è senza dubbio un metodo di sinterizzazione promettente.
Si è riscontrato che la sinterizzazione a microonde e la sinterizzazione a pressione atmosferica non presentano differenze significative nell'influenza della semipermeabilità e della resistenza all'usura. Il motivo è che la densità della zirconia ottenuta con la sinterizzazione a microonde è simile a quella della sinterizzazione convenzionale, ed entrambe sono sinterizzazioni dense, ma i vantaggi della sinterizzazione a microonde sono la bassa temperatura di sinterizzazione, l'elevata velocità e il breve tempo di sinterizzazione. Tuttavia, la velocità di aumento della temperatura della 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 sinterizzazione a pressione tradizionale, 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 più metastabile, probabilmente perché il riscaldamento rapido a microonde può ottenere una rapida densificazione del materiale a una temperatura inferiore, la dimensione del grano è più piccola e più uniforme rispetto a quella della sinterizzazione a pressione normale, inferiore alla dimensione critica di trasformazione di fase di t-ZrO2, il che favorisce il mantenimento del più possibile in uno stato metastabile a temperatura ambiente, migliorando la resistenza e la tenacità dei materiali ceramici.
Doppio processo di sinterizzazione
La zirconia sinterizzata compatta può essere lavorata solo con utensili da taglio a smeriglio a causa dell'elevata durezza e resistenza, ma i costi di lavorazione sono elevati e i tempi lunghi. Per risolvere i problemi sopra descritti, a volte la zirconia viene utilizzata per un doppio processo di sinterizzazione: dopo la formazione del corpo ceramico e la sinterizzazione iniziale, la lavorazione tramite CAD/CAM fino alla forma desiderata e la successiva sinterizzazione fino alla temperatura di sinterizzazione finale per rendere il materiale completamente denso.
Si è scoperto 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 dense sono migliori di quelle di quelle sinterizzate due volte. La resistenza alla flessione biassiale e la tenacità alla frattura delle ceramiche di zirconia lavorabili sinterizzate una volta compatte sono superiori a quelle di quelle sinterizzate due volte. La modalità di frattura delle ceramiche di zirconia sinterizzate primarie è transgranulare/intergranulare e la fessura di propagazione è relativamente dritta. La modalità di frattura delle ceramiche di zirconia sinterizzate due volte è principalmente intergranulare e l'andamento della fessura è più tortuoso. Le proprietà della modalità di frattura composita sono migliori rispetto alla modalità di frattura intergranulare semplice.
Sinterizzazione sotto vuoto
La zirconia deve essere sinterizzata in un ambiente sotto vuoto, nel processo di sinterizzazione si produrranno numerose bolle e, in un ambiente sotto vuoto, le bolle si scaricano facilmente dallo stato fuso del corpo di porcellana, migliorando la densità della zirconia, aumentando così la semipermeabilità e le proprietà meccaniche della zirconia.
Velocità di riscaldamento
Nel processo di sinterizzazione della zirconia, per ottenere buone prestazioni e i risultati attesi, è necessario adottare una velocità di riscaldamento inferiore. L'elevata velocità di riscaldamento rende la temperatura interna della zirconia non uniforme al raggiungimento della temperatura finale di sinterizzazione, causando la comparsa di crepe e la 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 scaricato e la porosità interna dei cristalli di zirconia aumenta leggermente. Con l'aumento della velocità di riscaldamento, una piccola quantità di fase cristallina monoclina inizia a formarsi nella fase tetragonale della zirconia, che ne influenza le proprietà meccaniche. Allo stesso tempo, con l'aumento della velocità di riscaldamento, i grani vengono polarizzati, ovvero la coesistenza di grani più grandi e più piccoli è facilitata. Una velocità di riscaldamento inferiore favorisce la formazione di grani più uniformi, aumentando la semipermeabilità della zirconia.
Data di pubblicazione: 15 agosto 2023