Wpływ spiekania na właściwości ceramiki cyrkonowej

Wpływ spiekania na właściwości ceramiki cyrkonowej

Jako rodzaj materiału ceramicznego, cyrkon ma wysoką wytrzymałość, wysoką twardość, dobrą odporność na zużycie, odporność na kwasy i zasady, odporność na wysoką temperaturę i inne doskonałe właściwości. Oprócz szerokiego zastosowania w przemyśle, wraz z intensywnym rozwojem przemysłu protetycznego w ostatnich latach, ceramika cyrkonowa stała się najbardziej potencjalnym materiałem protetycznym i przyciągnęła uwagę wielu badaczy.

Na właściwości ceramiki cyrkonowej wpływa wiele czynników. Dzisiaj omówimy wpływ spiekania na niektóre właściwości ceramiki cyrkonowej.

Metoda spiekania

Tradycyjna metoda spiekania polega na ogrzewaniu ciała poprzez promieniowanie cieplne, przewodzenie ciepła, konwekcję ciepła, tak aby ciepło było od powierzchni cyrkonii do wnętrza, ale przewodnictwo cieplne cyrkonii jest gorsze niż tlenku glinu i innych materiałów ceramicznych. Aby zapobiec pękaniu spowodowanemu naprężeniem cieplnym, tradycyjna prędkość nagrzewania jest niska, a czas jest długi, co powoduje, że cykl produkcyjny cyrkonii jest długi, a koszty produkcji są wysokie. W ostatnich latach udoskonalenie technologii przetwarzania cyrkonii, skrócenie czasu przetwarzania, obniżenie kosztów produkcji i zapewnienie wysokiej jakości materiałów ceramicznych cyrkonii dentystycznej stały się przedmiotem badań, a spiekanie mikrofalowe jest niewątpliwie obiecującą metodą spiekania.

Stwierdzono, że spiekanie mikrofalowe i spiekanie pod ciśnieniem atmosferycznym nie mają znaczącej różnicy pod względem wpływu półprzepuszczalności i odporności na zużycie. Powodem jest to, że gęstość cyrkonii uzyskanej przez spiekanie mikrofalowe jest podobna do gęstości spiekania konwencjonalnego, a oba są gęstym spiekaniem, ale zaletami spiekania mikrofalowego są niska temperatura spiekania, duża prędkość i krótki czas spiekania. Jednak szybkość wzrostu temperatury spiekania pod ciśnieniem atmosferycznym jest wolna, czas spiekania jest dłuższy, a cały czas spiekania wynosi około 6-11 godzin. W porównaniu ze spiekaniem pod normalnym ciśnieniem, spiekanie mikrofalowe jest nową metodą spiekania, która ma zalety krótkiego czasu spiekania, wysokiej wydajności i oszczędności energii oraz może poprawić mikrostrukturę ceramiki.

Niektórzy naukowcy uważają również, że cyrkonia po spiekaniu mikrofalowym może zachować bardziej metastabilną fazę tequartetową, prawdopodobnie dlatego, że szybkie nagrzewanie mikrofalowe może osiągnąć szybką gęstość materiału w niższej temperaturze, rozmiar ziarna jest mniejszy i bardziej jednolity niż w przypadku spiekania pod normalnym ciśnieniem, niższy niż krytyczny rozmiar przemiany fazowej t-ZrO2, co sprzyja utrzymaniu jak największej ilości stanu metastabilnego w temperaturze pokojowej, poprawiając wytrzymałość i twardość materiałów ceramicznych.

Proces podwójnego spiekania

Kompaktowa spiekana ceramika cyrkonowa może być przetwarzana tylko za pomocą narzędzi tnących szmerglowych ze względu na wysoką twardość i wytrzymałość, a koszty przetwarzania są wysokie, a czas jest długi. Aby rozwiązać powyższe problemy, czasami ceramika cyrkonowa będzie używana dwukrotnie w procesie spiekania, po uformowaniu korpusu ceramicznego i początkowym spiekaniu, obróbce wzmacniającej CAD/CAM do pożądanego kształtu, a następnie spiekaniu do końcowej temperatury spiekania, aby materiał był całkowicie gęsty.

Stwierdzono, że dwa procesy spiekania zmienią kinetykę spiekania ceramiki cyrkonowej i będą miały pewne skutki dla gęstości spiekania, właściwości mechanicznych i mikrostruktury ceramiki cyrkonowej. Właściwości mechaniczne obrabialnej ceramiki cyrkonowej spiekanej raz w stanie gęstym są lepsze niż te spiekane dwukrotnie. Wytrzymałość na zginanie dwuosiowe i odporność na pękanie obrabialnej ceramiki cyrkonowej spiekanej raz w stanie kompaktowym są wyższe niż te spiekane dwukrotnie. Tryb pękania pierwotnej spiekanej ceramiki cyrkonowej jest transkrystaliczny/międzykrystaliczny, a przebieg pęknięcia jest stosunkowo prosty. Tryb pękania dwukrotnie spiekanej ceramiki cyrkonowej to głównie pękanie międzykrystaliczne, a tendencja pękania jest bardziej kręta. Właściwości trybu pękania kompozytowego są lepsze niż tryb prostego pękania międzykrystalicznego.

Próżnia spiekania

Tlenek cyrkonii musi być spiekany w środowisku próżniowym. W procesie spiekania powstaje duża liczba pęcherzyków, które w środowisku próżniowym łatwo uwalniają się ze stanu stopionego porcelany, co poprawia gęstość tlenku cyrkonii, a tym samym zwiększa półprzepuszczalność i właściwości mechaniczne tlenku cyrkonii.

Szybkość nagrzewania

W procesie spiekania cyrkonii, aby uzyskać dobrą wydajność i oczekiwane rezultaty, należy przyjąć niższą szybkość nagrzewania. Wysoka szybkość nagrzewania powoduje nierównomierną temperaturę wewnętrzną cyrkonii po osiągnięciu końcowej temperatury spiekania, co prowadzi do pojawienia się pęknięć i tworzenia porów. Wyniki pokazują, że wraz ze wzrostem szybkości nagrzewania, czas krystalizacji kryształów cyrkonii ulega skróceniu, gaz między kryształami nie może zostać odprowadzony, a porowatość wewnątrz kryształów cyrkonii nieznacznie wzrasta. Wraz ze wzrostem szybkości nagrzewania, niewielka ilość monoklinicznej fazy krystalicznej zaczyna występować w fazie tetragonalnej cyrkonii, co wpłynie na właściwości mechaniczne. Jednocześnie, wraz ze wzrostem szybkości nagrzewania, ziarna będą spolaryzowane, to znaczy, że współistnienie większych i mniejszych ziaren jest łatwe. Wolniejsza szybkość nagrzewania sprzyja tworzeniu bardziej jednolitych ziaren, co zwiększa półprzepuszczalność cyrkonii.