ცირკონიუმის კერამიკის თვისებებზე შედუღების გავლენა

ცირკონიუმს, როგორც კერამიკული მასალის სახეობას, ახასიათებს მაღალი სიმტკიცე, მაღალი სიმტკიცე, კარგი ცვეთამედეგობა, მჟავასა და ტუტეს მიმართ მდგრადობა, მაღალი ტემპერატურისადმი მდგრადობა და სხვა შესანიშნავი თვისებები. გარდა იმისა, რომ ფართოდ გამოიყენება სამრეწველო სფეროში, ბოლო წლებში პროთეზების ინდუსტრიის ენერგიული განვითარების წყალობით, ცირკონიუმის კერამიკა პროთეზების ყველაზე პოტენციურ მასალად იქცა და მრავალი მკვლევრის ყურადღება მიიპყრო.

სინთეზირების მეთოდი

ტრადიციული შედუღების მეთოდი გულისხმობს სხეულის გაცხელებას თბოიზოლაციის, თბოგამტარობისა და თბოკონვექციის გზით, ისე, რომ სითბო ცირკონიუმის ზედაპირიდან შიგნიდან შიგნიდან გადადის, თუმცა ცირკონიუმის თბოგამტარობა უარესია ალუმინის ოქსიდისა და სხვა კერამიკული მასალების თბოგამტარობასთან შედარებით. თერმული სტრესით გამოწვეული ბზარების წარმოქმნის თავიდან ასაცილებლად, ტრადიციული გათბობის სიჩქარე დაბალია და დრო ხანგრძლივი, რაც ცირკონიუმის წარმოების ციკლს ხანგრძლივს და წარმოების ღირებულებას მაღალს ხდის. ბოლო წლებში, ცირკონიუმის დამუშავების ტექნოლოგიის გაუმჯობესება, დამუშავების დროის შემცირება, წარმოების ღირებულების შემცირება და მაღალი ხარისხის სტომატოლოგიური ცირკონიუმის კერამიკული მასალების უზრუნველყოფა კვლევის საგანი გახდა და მიკროტალღური შედუღება უდავოდ პერსპექტიული შედუღების მეთოდია.

აღმოჩნდა, რომ მიკროტალღური სინთეზირება და ატმოსფერული წნევის სინთეზირება მნიშვნელოვნად არ განსხვავდება ნახევრადგამტარობისა და ცვეთისადმი მდგრადობის გავლენის თვალსაზრისით. მიზეზი ის არის, რომ მიკროტალღური სინთეზირებით მიღებული ცირკონიუმის სიმკვრივე მსგავსია ჩვეულებრივი სინთეზირების სიმკვრივის და ორივე მკვრივი სინთეზირებაა, მაგრამ მიკროტალღური სინთეზირების უპირატესობებია დაბალი სინთეზირების ტემპერატურა, სწრაფი სიჩქარე და მოკლე სინთეზირების დრო. თუმცა, ატმოსფერული წნევის სინთეზირების ტემპერატურის მატების სიჩქარე ნელია, სინთეზირების დრო უფრო ხანგრძლივია და სინთეზირების მთლიანი დრო დაახლოებით 6-11 საათია. ნორმალური წნევის სინთეზირებასთან შედარებით, მიკროტალღური სინთეზირება სინთეზირების ახალი მეთოდია, რომელსაც აქვს მოკლე სინთეზირების დროის, მაღალი ეფექტურობისა და ენერგიის დაზოგვის უპირატესობები და შეუძლია გააუმჯობესოს კერამიკის მიკროსტრუქტურა.

ზოგიერთი მეცნიერი ასევე თვლის, რომ მიკროტალღური სინთეზის შემდეგ ცირკონიუმის ოქსიდს შეუძლია შეინარჩუნოს უფრო მეტასტაბილური ტეკვარტეტის ფაზა, შესაძლოა იმიტომ, რომ მიკროტალღურ ღუმელში სწრაფი გაცხელებით შესაძლებელია მასალის სწრაფი დენსიფიკაცია დაბალ ტემპერატურაზე, მარცვლის ზომა უფრო პატარა და ერთგვაროვანია, ვიდრე ნორმალური წნევის სინთეზის დროს, t-ZrO2-ის კრიტიკულ ფაზურ ტრანსფორმაციის ზომაზე დაბალია, რაც ხელს უწყობს ოთახის ტემპერატურაზე მეტასტაბილურ მდგომარეობაში მაქსიმალურად შენარჩუნებას, რაც აუმჯობესებს კერამიკული მასალების სიმტკიცეს და სიმტკიცეს.

ორმაგი შედუღების პროცესი

კომპაქტური შედუღებული ცირკონიუმის კერამიკის დამუშავება მაღალი სიმტკიცისა და სიმტკიცის გამო მხოლოდ ზუმფარის საჭრელი ხელსაწყოებით არის შესაძლებელი, ხოლო დამუშავების ღირებულება მაღალია და დიდ დროს მოითხოვს. ზემოაღნიშნული პრობლემების გადასაჭრელად, ზოგჯერ ცირკონიუმის კერამიკაში გამოიყენება ორმაგი შედუღების პროცესი, კერამიკული კორპუსის ფორმირებისა და საწყისი შედუღების შემდეგ, სასურველი ფორმის CAD/CAM გაძლიერების დამუშავება და შემდეგ საბოლოო შედუღების ტემპერატურამდე შედუღება მასალის სრულად მკვრივი მისაღებად.

აღმოჩნდა, რომ ორი შედუღების პროცესი შეცვლის ცირკონიუმის კერამიკის შედუღების კინეტიკას და გარკვეულ გავლენას მოახდენს შედუღების სიმკვრივეზე, მექანიკურ თვისებებსა და მიკროსტრუქტურაზე. მკვრივად შედუღებული დამუშავებადი ცირკონიუმის კერამიკის მექანიკური თვისებები უკეთესია, ვიდრე ორჯერ შედუღებულის. კომპაქტურად შედუღებული დამუშავებადი ცირკონიუმის კერამიკის ორღერძიანი მოხრის სიმტკიცე და მსხვრევისადმი სიმტკიცე უფრო მაღალია, ვიდრე ორჯერ შედუღებულის. პირველადი შედუღებული ცირკონიუმის კერამიკის მსხვრევის რეჟიმი ტრანსმარცვლოვანი/მარცვლოვანთაშორისია და ბზარის გაჩენა შედარებით სწორია. ორჯერ შედუღებული ცირკონიუმის კერამიკის მსხვრევის რეჟიმი ძირითადად მარცვლოვანთაშორისი მსხვრევაა და ბზარის ტენდენცია უფრო დაკლაკნილია. კომპოზიტური მსხვრევის რეჟიმის თვისებები უკეთესია, ვიდრე მარტივი მარცვლოვანთაშორისი მსხვრევის რეჟიმის.

სინთეზირების ვაკუუმი

ცირკონიუმის ოქსიდი უნდა შედუღდეს ვაკუუმურ გარემოში, შედუღების პროცესში წარმოიქმნება დიდი რაოდენობით ბუშტები და ვაკუუმურ გარემოში ბუშტები ადვილად გამოიდევნება ფაიფურის კორპუსის გამდნარი მდგომარეობიდან, რაც აუმჯობესებს ცირკონიუმის სიმკვრივეს, რითაც იზრდება ცირკონიუმის ნახევრადგამტარობა და მექანიკური თვისებები.

გათბობის სიჩქარე

ცირკონიუმის სინთეზის პროცესში, კარგი მუშაობისა და მოსალოდნელი შედეგების მისაღწევად, უნდა იქნას გამოყენებული უფრო დაბალი გაცხელების სიჩქარე. მაღალი გაცხელების სიჩქარე ცირკონიუმის შიდა ტემპერატურას არათანაბარს ხდის საბოლოო შესინთეზის ტემპერატურის მიღწევისას, რაც იწვევს ბზარების გაჩენას და ფორების წარმოქმნას. შედეგები აჩვენებს, რომ გაცხელების სიჩქარის ზრდასთან ერთად, ცირკონიუმის კრისტალების კრისტალიზაციის დრო მცირდება, კრისტალებს შორის გაზი ვერ გამოიდევნება და ცირკონიუმის კრისტალებში ფორიანობა ოდნავ იზრდება. გაცხელების სიჩქარის ზრდასთან ერთად, ცირკონიუმის ტეტრაგონალურ ფაზაში იწყება მონოკლინიკური კრისტალური ფაზის მცირე რაოდენობის არსებობა, რაც გავლენას ახდენს მექანიკურ თვისებებზე. ამავდროულად, გაცხელების სიჩქარის ზრდასთან ერთად, მარცვლები პოლარიზებული ხდება, ანუ უფრო დიდი და პატარა მარცვლების თანაარსებობა ადვილია. უფრო დაბალი გაცხელების სიჩქარე ხელს უწყობს უფრო ერთგვაროვანი მარცვლების წარმოქმნას, რაც ზრდის ცირკონიუმის ნახევრად გამტარიანობას.