Sukepinimo poveikis cirkonio oksido keramikos savybėms

Sukepinimo poveikis cirkonio oksido keramikos savybėms

Cirkonis, kaip keramikos medžiaga, pasižymi dideliu stiprumu, dideliu kietumu, geru atsparumu dilimui, atsparumu rūgštims ir šarmams, atsparumu aukštai temperatūrai ir kitomis puikiomis savybėmis. Be to, kad plačiai naudojamas pramonės srityje, pastaraisiais metais sparčiai vystantis dantų protezų pramonei, cirkonio keramika tapo potencialiausia dantų protezų medžiaga ir patraukė daugelio tyrėjų dėmesį.

Cirkonio keramikos eksploatacinėms savybėms įtakos turės daug veiksnių, šiandien kalbame apie sukepinimo poveikį kai kurioms cirkonio keramikos savybėms.

Sukepinimo metodas

Tradicinis sukepinimo metodas yra kūno kaitinimas šilumos spinduliuote, šilumos laidumu ir šilumos konvekcija, todėl šiluma perduodama iš cirkonio oksido paviršiaus į vidų, tačiau cirkonio oksido šilumos laidumas yra blogesnis nei aliuminio oksido ir kitų keraminių medžiagų. Siekiant išvengti įtrūkimų dėl terminio įtempio, tradicinis kaitinimo greitis yra lėtas, o laikas – ilgas, todėl cirkonio oksido gamybos ciklas yra ilgas, o gamybos sąnaudos – didelės. Pastaraisiais metais tyrimų dėmesio centre tapo cirkonio oksido apdorojimo technologijos tobulinimas, apdorojimo laiko sutrumpinimas, gamybos sąnaudų mažinimas ir aukštos kokybės dantų cirkonio oksido keraminių medžiagų tiekimas, o mikrobangų sukepinimas neabejotinai yra perspektyvus sukepinimo metodas.

Nustatyta, kad mikrobangų sukepinimas ir atmosferos slėgio sukepinimas neturi reikšmingo skirtumo pusiau pralaidumo ir atsparumo dilimui įtakos atžvilgiu. Taip yra todėl, kad mikrobangų sukepinimo būdu gauto cirkonio tankis yra panašus į įprasto sukepinimo tankį, ir abu yra tankūs, tačiau mikrobangų sukepinimo privalumai yra žema sukepinimo temperatūra, didelis greitis ir trumpas sukepinimo laikas. Tačiau atmosferos slėgio sukepinimo temperatūros kilimo greitis yra lėtas, sukepinimo laikas ilgesnis, o visas sukepinimo laikas yra maždaug 6–11 val. Palyginti su įprastu slėgio sukepinimu, mikrobangų sukepinimas yra naujas sukepinimo metodas, turintis trumpo sukepinimo laiko, didelio efektyvumo ir energijos taupymo privalumus, taip pat galintis pagerinti keramikos mikrostruktūrą.

Kai kurie mokslininkai taip pat mano, kad cirkonio oksidas po mikrobangų sukepinimo gali išlaikyti metastabilesnę tekvarteto fazę, galbūt todėl, kad greitas kaitinimas mikrobangų krosnelėje gali greitai sutankinti medžiagą žemesnėje temperatūroje, o grūdelių dydis yra mažesnis ir vienodesnis nei įprasto slėgio sukepinimo metu, mažesnis už kritinį t-ZrO2 fazės virsmo dydį, todėl kambario temperatūroje cirkonis gali išlikti kuo labiau metastabilus, o tai pagerina keraminių medžiagų stiprumą ir tvirtumą.

Dvigubo sukepinimo procesas

Dėl didelio kietumo ir stiprumo kompaktišką sukepinto cirkonio oksido keramiką galima apdirbti tik švitriniais pjovimo įrankiais, o apdorojimo sąnaudos yra didelės, o laikas ilgas. Siekiant išspręsti minėtas problemas, kartais cirkonio oksido keramika sukepinama du kartus: po keraminio korpuso suformavimo ir pradinio sukepinimo, CAD/CAM stiprinimu apdirbama iki norimos formos, o tada sukepinama iki galutinės sukepinimo temperatūros, kad medžiaga būtų visiškai tanki.

Nustatyta, kad du sukepinimo procesai pakeis cirkonio oksido keramikos sukepinimo kinetiką ir turės tam tikrą poveikį cirkonio oksido keramikos sukepinimo tankiui, mechaninėms savybėms ir mikrostruktūrai. Vieną kartą sutankintos apdirbamos cirkonio oksido keramikos mechaninės savybės yra geresnės nei du kartus sukepintos. Vieną kartą sutankintos apdirbamos cirkonio oksido keramikos dviašis lenkimo stipris ir lūžio stiprumas yra didesni nei du kartus sukepintos. Pirminio sukepinimo cirkonio oksido keramikos lūžio būdas yra transgranulinis/tarpgranulinis, o įtrūkimo eiga yra gana tiesi. Du kartus sukepintos cirkonio oksido keramikos lūžio būdas daugiausia yra tarpgranulinis, o įtrūkimo tendencija yra labiau vingiuota. Kompozitinio lūžio būdo savybės yra geresnės nei paprasto tarpgranulinio lūžio būdo.

Sukepinimo vakuumas

Cirkonis turi būti sukepinamas vakuuminėje aplinkoje, sukepinimo procese susidarys daug burbuliukų, o vakuuminėje aplinkoje burbuliukai lengvai išsiskiria iš išlydytos porceliano korpuso būsenos, pagerina cirkonio oksido tankį, taip padidindami cirkonio oksido pusiau pralaidumą ir mechanines savybes.

Šildymo greitis

Cirkonio oksido sukepinimo procese, norint gauti gerus rezultatus ir laukiamus rezultatus, reikia naudoti mažesnį kaitinimo greitį. Dėl didelio kaitinimo greičio cirkonio oksido vidinė temperatūra, pasiekus galutinę sukepinimo temperatūrą, tampa nevienoda, todėl atsiranda įtrūkimų ir porų. Rezultatai rodo, kad didėjant kaitinimo greičiui, cirkonio oksido kristalizacijos laikas trumpėja, dujos tarp kristalų negali išeiti, o cirkonio oksido kristalų viduje esantis poringumas šiek tiek padidėja. Didėjant kaitinimo greičiui, cirkonio oksido tetragoninėje fazėje pradeda susidaryti nedidelis kiekis monoklininės kristalinės fazės, kuri turės įtakos mechaninėms savybėms. Tuo pačiu metu, didinant kaitinimo greitį, grūdai bus poliarizuoti, t. y. didesni ir mažesni grūdai lengviau egzistuos kartu. Mažesnis kaitinimo greitis skatina vienodesnių grūdų susidarymą, o tai padidina cirkonio oksido pusiau pralaidumą.