Влияние спекания на свойства циркониевой керамики
Как вид керамического материала, цирконий обладает высокой прочностью, высокой твердостью, хорошей износостойкостью, кислото- и щелочестойкостью, устойчивостью к высоким температурам и другими превосходными свойствами. Помимо широкого использования в промышленной сфере, с бурным развитием зубопротезной промышленности в последние годы циркониевая керамика стала наиболее потенциальными материалами для зубных протезов и привлекла внимание многих исследователей.
На эксплуатационные характеристики циркониевой керамики влияет множество факторов. Сегодня мы поговорим о влиянии спекания на некоторые свойства циркониевой керамики.
Метод спекания
Традиционный метод спекания заключается в нагреве тела посредством теплового излучения, теплопроводности, тепловой конвекции, так что тепло идет от поверхности циркония внутрь, но теплопроводность циркония хуже, чем у оксида алюминия и других керамических материалов. Чтобы предотвратить растрескивание, вызванное термическим напряжением, традиционная скорость нагрева низкая, а время длительное, что делает цикл производства циркония долгим, а себестоимость производства высокой. В последние годы совершенствование технологии обработки циркония, сокращение времени обработки, снижение себестоимости производства и обеспечение высокопроизводительных стоматологических циркониевых керамических материалов стали предметом исследований, и микроволновое спекание, несомненно, является перспективным методом спекания.
Установлено, что микроволновое спекание и спекание при атмосферном давлении не имеют существенной разницы в отношении влияния полупроницаемости и износостойкости. Причина в том, что плотность циркония, полученного микроволновым спеканием, аналогична плотности обычного спекания, и оба являются плотным спеканием, но преимуществами микроволнового спекания являются низкая температура спекания, высокая скорость и короткое время спекания. Однако скорость повышения температуры при атмосферном давлении медленная, время спекания больше, а общее время спекания составляет примерно 6-11 часов. По сравнению со спеканием при обычном давлении микроволновое спекание является новым методом спекания, который имеет преимущества короткого времени спекания, высокой эффективности и экономии энергии, а также может улучшить микроструктуру керамики.
Некоторые ученые также полагают, что цирконий после микроволнового спекания может сохранять более метастабильную фазу теквартета, возможно, потому, что быстрый микроволновый нагрев позволяет достичь быстрого уплотнения материала при более низкой температуре; размер зерна меньше и более однороден, чем при спекании под обычным давлением, ниже критического размера фазового превращения t-ZrO2, что способствует сохранению как можно большего количества материала в метастабильном состоянии при комнатной температуре, повышая прочность и ударную вязкость керамических материалов.
Процесс двойного спекания
Компактная спеченная циркониевая керамика может быть обработана только наждачными режущими инструментами из-за высокой твердости и прочности, а стоимость обработки высока, а время продолжительно. Чтобы решить вышеуказанные проблемы, иногда циркониевая керамика будет использоваться дважды в процессе спекания, после формирования керамического тела и начального спекания, CAD/CAM усиливающей обработки до желаемой формы, а затем спекания до конечной температуры спекания, чтобы сделать материал полностью плотным.
Установлено, что два процесса спекания изменят кинетику спекания циркониевой керамики и окажут определенное влияние на плотность спекания, механические свойства и микроструктуру циркониевой керамики. Механические свойства обрабатываемой циркониевой керамики, спеченной один раз до плотного состояния, лучше, чем у спеченной дважды. Прочность на двуосный изгиб и вязкость разрушения обрабатываемой циркониевой керамики, спеченной один раз до компактного состояния, выше, чем у спеченной дважды. Режим разрушения первично спеченной циркониевой керамики является транскристаллитным/межкристаллитным, а распространение трещины относительно прямолинейное. Режим разрушения дважды спеченной циркониевой керамики в основном является межкристаллитным, а тенденция трещины более извилистая. Свойства композитного режима разрушения лучше, чем простой межкристаллитный режим разрушения.
Вакуумное спекание
Цирконий необходимо спекать в вакуумной среде, в процессе спекания образуется большое количество пузырьков, а в вакуумной среде пузырьки легко высвобождаются из расплавленного состояния фарфорового тела, улучшая плотность циркония, тем самым увеличивая полупроницаемость и механические свойства циркония.
Скорость нагрева
В процессе спекания циркония, чтобы получить хорошие характеристики и ожидаемые результаты, следует использовать более низкую скорость нагрева. Высокая скорость нагрева делает внутреннюю температуру циркония неравномерной при достижении конечной температуры спекания, что приводит к появлению трещин и образованию пор. Результаты показывают, что с увеличением скорости нагрева время кристаллизации кристаллов циркония сокращается, газ между кристаллами не может быть разряжен, а пористость внутри кристаллов циркония немного увеличивается. С увеличением скорости нагрева в тетрагональной фазе циркония начинает существовать небольшое количество моноклинной кристаллической фазы, что повлияет на механические свойства. В то же время с увеличением скорости нагрева зерна будут поляризованы, то есть сосуществование более крупных и более мелких зерен становится легким. Более медленная скорость нагрева способствует образованию более однородных зерен, что увеличивает полупроницаемость циркония.
Время публикации: 24 июля 2023 г.