소결이 지르코니아 세라믹의 특성에 미치는 영향

지르코늄은 세라믹 소재의 일종으로, 고강도, 고경도, 우수한 내마모성, 내산성 및 내알칼리성, 내열성 등 우수한 특성을 가지고 있습니다. 산업 분야에서 널리 사용될 뿐만 아니라, 최근 의치 산업의 급속한 발전과 함께 지르코니아 세라믹은 가장 잠재력 있는 의치 재료가 되었으며 많은 연구자들의 관심을 끌고 있습니다.

소결 방법

전통적인 소결 방식은 열 복사, 열 전도, 열 대류를 통해 본체를 가열하여 열이 지르코니아 표면에서 내부로 전달되도록 합니다. 하지만 지르코니아의 열전도도는 알루미나 및 기타 세라믹 재료보다 낮습니다. 열 응력으로 인한 균열을 방지하기 위해 기존 가열 속도는 느리고 시간이 길어 지르코니아의 생산 주기가 길어지고 생산 원가가 높습니다. 최근 지르코니아 가공 기술의 향상, 가공 시간 단축, 생산 원가 절감, 고성능 치과용 지르코니아 세라믹 재료 제공이 연구의 초점이 되고 있으며, 마이크로파 소결은 의심할 여지 없이 유망한 소결 방식입니다.

마이크로파 소결과 상압 소결은 반투과율과 내마모성에 미치는 영향에 유의미한 차이가 없는 것으로 나타났습니다. 그 이유는 마이크로파 소결로 얻은 지르코니아의 밀도가 기존 소결과 유사하고, 둘 다 치밀 소결이지만, 마이크로파 소결의 장점은 소결 온도가 낮고, 속도가 빠르며, 소결 시간이 짧다는 것입니다. 그러나 상압 소결은 온도 상승 속도가 느리고 소결 시간이 길며, 전체 소결 시간은 약 6~11시간입니다. 상압 소결과 비교했을 때, 마이크로파 소결은 새로운 소결 방법으로, 소결 시간이 짧고 효율이 높으며 에너지 절약 효과가 뛰어나며 세라믹의 미세 구조를 개선할 수 있습니다.

일부 학자들은 또한 마이크로파 소결 후 지르코니아가 더 준안정한 테콰르테트 상을 유지할 수 있다고 믿는다. 그 이유는 마이크로파 급속 가열이 더 낮은 온도에서 재료의 빠른 밀도화를 달성할 수 있고, 입자 크기가 정상 압력 소결보다 작고 균일하며, t-ZrO2의 임계 상 변환 크기보다 낮아서 실온에서 가능한 한 준안정 상태를 유지하고 세라믹 재료의 강도와 인성을 개선하는 데 도움이 되기 때문일 수 있다.

이중소결 공정

컴팩트 소결 지르코니아 세라믹은 높은 경도와 강도로 인해 사포 절삭 공구로만 가공할 수 있으며, 가공 비용이 높고 시간이 오래 걸립니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 지르코니아 세라믹은 두 번의 소결 공정을 거치기도 합니다. 세라믹 본체를 형성하고 초기 소결 후, CAD/CAM 증폭 가공을 통해 원하는 형상으로 가공한 후, 최종 소결 온도까지 소결하여 재료를 완전히 치밀하게 만듭니다.

두 가지 소결 공정이 지르코니아 세라믹의 소결 동역학을 변화시키고, 지르코니아 세라믹의 소결 밀도, 기계적 성질 및 미세 구조에 특정 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 치밀하게 소결된 가공 가능한 지르코니아 세라믹의 기계적 성질은 두 번 소결된 지르코니아 세라믹보다 우수합니다. 치밀하게 소결된 가공 가능한 지르코니아 세라믹의 이축 굽힘 강도와 파괴 인성은 두 번 소결된 지르코니아 세라믹보다 높습니다. 1차 소결 지르코니아 세라믹의 파괴 모드는 입계/입계이며, 균열은 비교적 직선적입니다. 두 번 소결 지르코니아 세라믹의 파괴 모드는 주로 입계 파괴이며, 균열 경향은 더 구불구불합니다. 복합 파괴 모드의 특성은 단순 입계 파괴 모드보다 우수합니다.

소결 진공

지르코니아는 진공 환경에서 소결해야 하며, 소결 과정에서 많은 기포가 발생하고 진공 환경에서 기포는 도자기 본체의 용융 상태에서 쉽게 방출되어 지르코니아의 밀도를 향상시키고, 이로써 지르코니아의 반투과성과 기계적 성질을 증가시킵니다.

가열 속도

지르코니아 소결 공정에서 우수한 성능과 기대 결과를 얻으려면 낮은 가열 속도를 사용해야 합니다. 가열 속도가 높으면 최종 소결 온도에 도달했을 때 지르코니아 내부 온도가 불균일해져 균열이 발생하고 기공이 형성됩니다. 실험 결과, 가열 속도가 증가함에 따라 지르코니아 결정의 결정화 시간이 단축되고 결정 사이의 가스가 배출되지 않아 지르코니아 결정 내부의 기공률이 약간 증가하는 것으로 나타났습니다. 가열 속도가 증가함에 따라 지르코니아의 정방정계 상에 소량의 단사정계 결정상이 존재하기 시작하여 기계적 특성에 영향을 미칩니다. 동시에 가열 속도가 증가함에 따라 결정립이 분극되어 크고 작은 결정립이 공존하기 쉽습니다. 가열 속도가 느릴수록 더 균일한 결정립이 형성되어 지르코니아의 반투과성이 향상됩니다.