Jako materiał ceramiczny, cyrkon charakteryzuje się wysoką wytrzymałością, wysoką twardością, dobrą odpornością na zużycie, kwasy i zasady, wysoką odpornością na temperaturę i innymi doskonałymi właściwościami. Oprócz szerokiego zastosowania w przemyśle, wraz z dynamicznym rozwojem branży protetycznej w ostatnich latach, ceramika cyrkonowa stała się najbardziej potencjalnym materiałem protetycznym i przyciągnęła uwagę wielu badaczy.
Metoda spiekania
Tradycyjna metoda spiekania polega na nagrzewaniu korpusu poprzez promieniowanie cieplne, przewodzenie ciepła i konwekcję, dzięki czemu ciepło jest przenoszone z powierzchni cyrkonu do wnętrza. Jednak przewodność cieplna cyrkonu jest gorsza niż tlenku glinu i innych materiałów ceramicznych. Aby zapobiec pęknięciom spowodowanym naprężeniami termicznymi, tradycyjna prędkość nagrzewania jest niska, a czas – długi, co wydłuża cykl produkcyjny cyrkonu i podnosi jego koszty. W ostatnich latach badania naukowe skupiły się na ulepszaniu technologii przetwarzania cyrkonu, skracaniu czasu obróbki, obniżaniu kosztów produkcji i zapewnianiu wysokiej jakości stomatologicznych materiałów ceramicznych z cyrkonu. Spiekanie mikrofalowe jest niewątpliwie obiecującą metodą.
Stwierdzono, że spiekanie mikrofalowe i spiekanie w ciśnieniu atmosferycznym nie mają istotnych różnic pod względem wpływu na półprzepuszczalność i odporność na zużycie. Wynika to z faktu, że gęstość tlenku cyrkonu uzyskanego w procesie spiekania mikrofalowego jest podobna do gęstości uzyskanej w procesie spiekania konwencjonalnego, a oba procesy charakteryzują się dużą gęstością. Zaletą spiekania mikrofalowego jest jednak niska temperatura, duża prędkość i krótki czas spiekania. Tempo wzrostu temperatury podczas spiekania w ciśnieniu atmosferycznym jest jednak wolne, czas spiekania jest dłuższy, a całkowity czas spiekania wynosi około 6-11 godzin. W porównaniu ze spiekaniem w normalnym ciśnieniu, spiekanie mikrofalowe to nowa metoda spiekania, która charakteryzuje się krótkim czasem spiekania, wysoką wydajnością i oszczędnością energii, a także może poprawić mikrostrukturę ceramiki.
Niektórzy naukowcy uważają również, że tlenek cyrkonu po spiekaniu mikrofalowym może zachować bardziej metastabilną fazę tekwartetu, prawdopodobnie dlatego, że szybkie nagrzewanie mikrofalowe może spowodować 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 materiału w stanie metastabilnym w temperaturze pokojowej, poprawiając wytrzymałość i udarność materiałów ceramicznych.
Proces podwójnego spiekania
Kompaktowa ceramika cyrkonowa spiekana może być przetwarzana wyłącznie za pomocą narzędzi ściernych ze względu na wysoką twardość i wytrzymałość, a koszty i czas obróbki są wysokie. Aby rozwiązać powyższe problemy, ceramika cyrkonowa jest czasami poddawana dwukrotnemu procesowi spiekania. Po uformowaniu bryły ceramicznej i wstępnym spiekaniu, obróbka wspomagana przez CAD/CAM w celu uzyskania pożądanego kształtu, a następnie spiekanie do końcowej temperatury spiekania, aby uzyskać pełną gęstość materiału.
Stwierdzono, że dwa procesy spiekania zmieniają kinetykę spiekania ceramiki cyrkonowej i mają pewien wpływ na gęstość spiekania, właściwości mechaniczne i mikrostrukturę ceramiki cyrkonowej. Właściwości mechaniczne obrabialnej ceramiki cyrkonowej spiekanej jednokrotnie w stanie gęstym są lepsze niż spiekanej dwukrotnie. Wytrzymałość na zginanie dwuosiowe i odporność na pękanie obrabialnej ceramiki cyrkonowej spiekanej jednokrotnie w stanie kompaktowym są wyższe niż spiekanej dwukrotnie. Tryb pękania pierwotnej spiekanej ceramiki cyrkonowej jest transkrystaliczny/międzykrystaliczny, a przebieg pęknięcia jest stosunkowo prosty. Tryb pękania ceramiki cyrkonowej spiekanej dwukrotnie to głównie pękanie międzykrystaliczne, a przebieg pęknięć jest bardziej kręty. Właściwości trybu pękania kompozytu są lepsze niż prostego trybu pękania międzykrystalicznego.
Spiekanie próżniowe
Tlenek cyrkonu musi być spiekany w środowisku próżniowym. W procesie spiekania powstaje duża liczba pęcherzyków, które w środowisku próżniowym łatwo odprowadzane są ze stanu stopionego porcelany, co poprawia gęstość tlenku cyrkonu, a tym samym zwiększa półprzepuszczalność i właściwości mechaniczne tlenku cyrkonu.
Szybkość nagrzewania
W procesie spiekania tlenku cyrkonu, aby uzyskać dobrą wydajność i oczekiwane rezultaty, należy stosować niższą szybkość nagrzewania. Wysoka szybkość nagrzewania powoduje nierównomierny rozkład temperatury wewnętrznej tlenku cyrkonu po osiągnięciu końcowej temperatury spiekania, co prowadzi do powstawania pęknięć i porów. Wyniki pokazują, że wraz ze wzrostem szybkości nagrzewania skraca się czas krystalizacji kryształów tlenku cyrkonu, gaz między kryształami nie może zostać odprowadzony, a porowatość wewnątrz kryształów tlenku cyrkonu nieznacznie wzrasta. Wraz ze wzrostem szybkości nagrzewania w fazie tetragonalnej tlenku cyrkonu zaczyna pojawiać się niewielka ilość jednoskośnej fazy krystalicznej, co wpływa na właściwości mechaniczne. Jednocześnie, wraz ze wzrostem szybkości nagrzewania, ziarna ulegają polaryzacji, co oznacza, że współistnienie większych i mniejszych ziaren jest łatwiejsze. Niższa szybkość nagrzewania sprzyja tworzeniu się bardziej jednorodnych ziaren, co zwiększa półprzepuszczalność tlenku cyrkonu.
Czas publikacji: 15.08.2023