Vplyv spekania na vlastnosti zirkónovej keramiky
Ako druh keramického materiálu má zirkónium vysokú pevnosť, vysokú tvrdosť, dobrú odolnosť voči opotrebovaniu, odolnosť voči kyselinám a zásadám, odolnosť voči vysokým teplotám a ďalšie vynikajúce vlastnosti. Okrem toho, že sa široko používa v priemyselnej oblasti, s prudkým rozvojom odvetvia zubných protéz v posledných rokoch sa zirkónová keramika stala najperspektívnejším materiálom na zubné protézy a pritiahla pozornosť mnohých výskumníkov.
Výkon zirkónovej keramiky bude ovplyvnený mnohými faktormi, dnes hovoríme o vplyve spekania na niektoré vlastnosti zirkónovej keramiky.
Metóda spekania
Tradičná metóda spekania spočíva v ohrievaní telesa tepelným žiarením, vedením tepla a konvekciou tepla, takže teplo smeruje z povrchu zirkónia dovnútra, ale tepelná vodivosť zirkónia je horšia ako u oxidu hlinitého a iných keramických materiálov. Aby sa zabránilo praskaniu spôsobenému tepelným namáhaním, tradičná rýchlosť ohrevu je pomalá a čas je dlhý, čo predlžuje výrobný cyklus zirkónia a zvyšuje výrobné náklady. V posledných rokoch sa výskum zameral na zlepšenie technológie spracovania zirkónia, skrátenie času spracovania, zníženie výrobných nákladov a zabezpečenie vysokovýkonných dentálnych zirkónových keramických materiálov a mikrovlnné spekanie je nepochybne sľubnou metódou spekania.
Zistilo sa, že mikrovlnné spekanie a spekanie pri atmosférickom tlaku nemajú významný rozdiel vo vplyve polopriepustnosti a odolnosti proti opotrebeniu. Dôvodom je, že hustota zirkónia získaného mikrovlnným spekaním je podobná hustote konvenčného spekania a obe metódy sú husté spekanie, ale výhody mikrovlnného spekania sú nízka teplota spekania, vysoká rýchlosť a krátky čas spekania. Avšak rýchlosť nárastu teploty pri spekaní pri atmosférickom tlaku je pomalá, čas spekania je dlhší a celkový čas spekania je približne 6 – 11 hodín. V porovnaní so spekaním pri normálnom tlaku je mikrovlnné spekanie novou metódou spekania, ktorá má výhody krátkeho času spekania, vysokej účinnosti a úspory energie a môže zlepšiť mikroštruktúru keramiky.
Niektorí vedci sa tiež domnievajú, že zirkónia si po mikrovlnnom spekaní môže udržať metastabilnejšiu fázu tequartet, pravdepodobne preto, že rýchle mikrovlnné zahrievanie môže dosiahnuť rýchle zhustenie materiálu pri nižšej teplote, veľkosť zŕn je menšia a rovnomernejšia ako pri spekaní za normálneho tlaku, nižšia ako kritická veľkosť fázovej transformácie t-ZrO2, čo prispieva k udržaniu čo najväčšej možnej miery v metastabilnom stave pri izbovej teplote, čím sa zlepšuje pevnosť a húževnatosť keramických materiálov.
Proces dvojitého spekania
Kompaktná spekaná zirkónová keramika sa dá spracovať iba brúsnym nástrojom kvôli vysokej tvrdosti a pevnosti a náklady na spracovanie sú vysoké a čas je dlhý. Na vyriešenie vyššie uvedených problémov sa zirkónová keramika niekedy používa dvakrát spekaním: po vytvorení keramického telesa a počiatočnom spekaní sa CAD/CAM zosilňovacie obrábanie upraví na požadovaný tvar a potom sa speká na konečnú teplotu spekania, aby sa materiál úplne zhustil.
Zistilo sa, že dva procesy spekania zmenia kinetiku spekania zirkónovej keramiky a budú mať určitý vplyv na hustotu spekania, mechanické vlastnosti a mikroštruktúru zirkónovej keramiky. Mechanické vlastnosti obrobiteľnej zirkónovej keramiky spekanej po zhutnení sú lepšie ako u dvakrát spekanej. Biaxiálna pevnosť v ohybe a lomová húževnatosť obrobiteľnej zirkónovej keramiky spekanej po zhutnení sú vyššie ako u dvakrát spekanej. Lomový režim primárne spekanej zirkónovej keramiky je transgranulárny/intergranulárny a priebeh trhliny je relatívne rovný. Lomový režim dvakrát spekanej zirkónovej keramiky je prevažne intergranulárny a trend trhliny je kľukatejší. Vlastnosti kompozitného lomového režimu sú lepšie ako jednoduchý intergranulárny lomový režim.
Spekacie vákuum
Oxid zirkoničitý sa musí spekať vo vákuovom prostredí. V procese spekania sa vytvára veľké množstvo bublín. Vo vákuovom prostredí sa bubliny ľahko uvoľňujú z roztaveného stavu porcelánového telesa, čím sa zlepšuje hustota oxidu zirkoničitého, čím sa zvyšuje jeho polopriepustnosť a mechanické vlastnosti.
Rýchlosť ohrevu
V procese spekania zirkónia by sa mala na dosiahnutie dobrého výkonu a očakávaných výsledkov použiť nižšia rýchlosť ohrevu. Vysoká rýchlosť ohrevu spôsobuje nerovnomerné rozloženie vnútornej teploty zirkónia pri dosiahnutí konečnej teploty spekania, čo vedie k vzniku trhlín a tvorbe pórov. Výsledky ukazujú, že so zvyšujúcou sa rýchlosťou ohrevu sa skracuje čas kryštalizácie kryštálov zirkónia, plyn medzi kryštálmi sa nemôže uvoľňovať a pórovitosť vo vnútri kryštálov zirkónia sa mierne zvyšuje. So zvyšujúcou sa rýchlosťou ohrevu sa v tetragonálnej fáze zirkónia začína tvoriť malé množstvo monoklinickej kryštalickej fázy, čo ovplyvňuje mechanické vlastnosti. Zároveň sa so zvyšujúcou sa rýchlosťou ohrevu zrná polarizujú, čo znamená, že koexistencia väčších a menších zŕn je ľahšia. Pomalšia rýchlosť ohrevu prispieva k tvorbe rovnomernejších zŕn, čo zvyšuje semipermeabilitu zirkónia.
Čas uverejnenia: 24. júla 2023