Zirkonium is een keramisch materiaal met een hoge sterkte, hoge hardheid, goede slijtvastheid, zuur- en alkalibestendigheid, hoge temperatuurbestendigheid en andere uitstekende eigenschappen. Naast het wijdverbreide gebruik in de industrie, is zirkoniumkeramiek, met de sterke ontwikkeling van de gebitsprothese-industrie in de afgelopen jaren, uitgegroeid tot een van de meest veelbelovende materialen voor gebitsprotheses en heeft het de aandacht van veel onderzoekers getrokken.
Sintermethode
De traditionele sintermethode verwarmt het materiaal door middel van warmtestraling, warmtegeleiding en warmteconvectie, waardoor de warmte van het oppervlak van zirkonia naar de binnenkant wordt overgebracht. De thermische geleidbaarheid van zirkonia is echter slechter dan die van aluminiumoxide en andere keramische materialen. Om scheurvorming door thermische spanning te voorkomen, wordt traditioneel langzaam en langdurig verwarmd. Dit resulteert in een lange productiecyclus en hoge productiekosten voor zirkonia. De laatste jaren is het verbeteren van de verwerkingstechnologie van zirkonia, het verkorten van de verwerkingstijd, het verlagen van de productiekosten en het leveren van hoogwaardige tandheelkundige zirkonia-keramische materialen een belangrijk onderzoeksgebied geworden. Magnetronsinteren is ongetwijfeld een veelbelovende sintermethode.
Er is gebleken dat sinteren met microgolven en sinteren onder atmosferische druk geen significant verschil vertonen in de invloed op de semipermeabiliteit en slijtvastheid. De reden hiervoor is dat de dichtheid van zirkonia verkregen door sinteren met microgolven vergelijkbaar is met die van conventioneel sinteren, en beide methoden resulteren in dichte sintering. De voordelen van sinteren met microgolven zijn echter de lage sintertemperatuur, de hoge snelheid en de korte sintertijd. Bij sinteren onder atmosferische druk stijgt de temperatuur echter langzamer, de sintertijd is langer en de totale sintertijd bedraagt ongeveer 6-11 uur. Vergeleken met sinteren onder normale druk is sinteren met microgolven een nieuwe sintermethode met als voordelen een korte sintertijd, een hoge efficiëntie en energiebesparing, en kan het de microstructuur van keramiek verbeteren.
Sommige wetenschappers zijn van mening dat zirkonia na sinteren met microgolven een grotere mate van metastabiele tequartetfase kan behouden. Dit komt mogelijk doordat snelle verhitting met microgolven een snelle verdichting van het materiaal bij een lagere temperatuur mogelijk maakt. De korrelgrootte is kleiner en uniformer dan bij sinteren onder normale druk, en kleiner dan de kritische faseovergangsgrootte van t-ZrO2. Dit draagt bij aan het zoveel mogelijk behouden van de metastabiele toestand bij kamertemperatuur, waardoor de sterkte en taaiheid van keramische materialen verbeteren.
Dubbel sinterproces
Compact gesinterd zirkoniumoxidekeramiek kan vanwege de hoge hardheid en sterkte alleen met schuurpapier worden bewerkt, wat hoge bewerkingskosten en een lange verwerkingstijd met zich meebrengt. Om deze problemen op te lossen, wordt zirkoniumoxidekeramiek soms tweemaal gesinterd. Na de vorming van het keramische lichaam en de eerste sinterstap, wordt het materiaal met behulp van CAD/CAM-software in de gewenste vorm gesinterd en vervolgens gesinterd bij de uiteindelijke sintertemperatuur om een volledig dicht materiaal te verkrijgen.
Uit onderzoek is gebleken dat twee sinterprocessen de sinterkinetiek van zirkoniumoxidekeramiek beïnvloeden en een bepaalde invloed hebben op de sinterdichtheid, mechanische eigenschappen en microstructuur van het zirkoniumoxidekeramiek. De mechanische eigenschappen van het eenmaal gesinterde, verdichte bewerkbare zirkoniumoxidekeramiek zijn beter dan die van het tweemaal gesinterde materiaal. De buigsterkte en breuktaaiheid van het eenmaal gesinterde, verdichte bewerkbare zirkoniumoxidekeramiek zijn hoger dan die van het tweemaal gesinterde materiaal. De breukmodus van primair gesinterd zirkoniumoxidekeramiek is transgranulair/intergranulair, met een relatief rechte scheurrichting. De breukmodus van tweemaal gesinterd zirkoniumoxidekeramiek is voornamelijk intergranulair, met een meer kronkelige scheurrichting. De eigenschappen van de samengestelde breukmodus zijn beter dan die van de enkelvoudige intergranulaire breukmodus.
Sintervacuüm
Zirkonia moet in een vacuümomgeving worden gesinterd. Tijdens het sinterproces ontstaan er veel luchtbellen. In een vacuümomgeving kunnen deze bellen gemakkelijk uit het gesmolten porselein ontsnappen, waardoor de dichtheid van de zirkonia toeneemt en de semipermeabiliteit en mechanische eigenschappen ervan verbeteren.
Opwarmingssnelheid
Om goede prestaties en de gewenste resultaten te behalen tijdens het sinterproces van zirkonia, moet een lagere opwarmingssnelheid worden gehanteerd. Een hoge opwarmingssnelheid zorgt voor een ongelijkmatige interne temperatuur van zirkonia bij het bereiken van de uiteindelijke sintertemperatuur, wat leidt tot het ontstaan van scheuren en poriën. Uit onderzoek blijkt dat met een hogere opwarmingssnelheid de kristallisatietijd van zirkoniakristallen korter wordt, het gas tussen de kristallen niet kan ontsnappen en de porositeit in de zirkoniakristallen licht toeneemt. Bovendien ontstaat er met een hogere opwarmingssnelheid een kleine hoeveelheid monoklinische kristalfase in de tetragonale fase van zirkonia, wat de mechanische eigenschappen beïnvloedt. Tegelijkertijd treedt er bij een hogere opwarmingssnelheid polarisatie van de korrels op, waardoor grotere en kleinere korrels gemakkelijker naast elkaar voorkomen. Een lagere opwarmingssnelheid bevordert de vorming van meer uniforme korrels, wat de semipermeabiliteit van zirkonia verhoogt.
Geplaatst op: 15 augustus 2023