Як керамічний матеріал, цирконій має високу міцність, високу твердість, добру зносостійкість, стійкість до кислот і лугів, стійкість до високих температур та інші чудові властивості. Окрім широкого використання в промисловості, з активним розвитком зуботехнічної промисловості в останні роки, цирконієва кераміка стала найбільш перспективним матеріалом для зубних протезів і привернула увагу багатьох дослідників.
Метод спікання
Традиційний метод спікання полягає в нагріванні тіла за допомогою теплового випромінювання, теплопровідності та теплової конвекції, завдяки чому тепло передається від поверхні діоксиду цирконію всередину, але теплопровідність цирконію гірша, ніж у оксиду алюмінію та інших керамічних матеріалів. Щоб запобігти розтріскуванню, спричиненому термічним напруженням, традиційна швидкість нагрівання є повільною, а час – довгим, що робить виробничий цикл діоксиду цирконію тривалим, а собівартість виробництва високою. В останні роки дослідження спрямовані на вдосконалення технології обробки діоксиду цирконію, скорочення часу обробки, зниження собівартості виробництва та забезпечення високоефективних стоматологічних керамічних матеріалів на основі діоксиду цирконію, і мікрохвильове спікання, безсумнівно, є перспективним методом спікання.
Встановлено, що мікрохвильове спікання та спікання при атмосферному тиску не мають суттєвої різниці у впливі напівпроникності та зносостійкості. Причина полягає в тому, що щільність діоксиду цирконію, отриманого методом мікрохвильового спікання, подібна до щільності звичайного спікання, і обидва методи є щільним спіканням, але перевагами мікрохвильового спікання є низька температура спікання, висока швидкість та короткий час спікання. Однак, швидкість підвищення температури при спіканні при атмосферному тиску повільна, час спікання довший, а загальний час спікання становить приблизно 6-11 годин. Порівняно зі спіканням при звичайному тиску, мікрохвильове спікання є новим методом спікання, який має переваги короткого часу спікання, високої ефективності та енергозбереження, а також може покращити мікроструктуру кераміки.
Деякі вчені також вважають, що діоксид цирконію після мікрохвильового спікання може зберігати більш метастабільну теквартетну фазу, можливо тому, що швидке мікрохвильове нагрівання може досягти швидкого ущільнення матеріалу за нижчої температури, розмір зерна менший і більш однорідний, ніж при спіканні під нормальним тиском, нижчий за критичний розмір фазового перетворення t-ZrO2, що сприяє підтримці якомога більшої кількості метастабільного стану за кімнатної температури, покращуючи міцність і в'язкість керамічних матеріалів.
Процес подвійного спікання
Компактну спечену цирконієву кераміку можна обробляти лише наждачним різаком через високу твердість і міцність, а вартість обробки висока, а час обробки тривалий. Щоб вирішити вищезазначені проблеми, іноді цирконієву кераміку спікають двічі: після формування керамічного тіла та початкового спікання, виконують CAD/CAM-обробку до бажаної форми, а потім спікають до кінцевої температури спікання, щоб зробити матеріал повністю щільним.
Встановлено, що два процеси спікання змінюють кінетику спікання цирконієвої кераміки та матимуть певний вплив на щільність спікання, механічні властивості та мікроструктуру цирконієвої кераміки. Механічні властивості оброблюваної цирконієвої кераміки, спеченої одноразово до ущільнення, кращі, ніж у спеченої двічі. Двоосьова міцність на вигин та в'язкість розтріскування оброблюваної цирконієвої кераміки, спеченої одноразово до ущільнення, вищі, ніж у спеченої двічі. Режим руйнування первинно спеченої цирконієвої кераміки є транскристалічним/міжкристалітним, а траєкторія тріщини відносно прямолінійна. Режим руйнування двічі спеченої цирконієвої кераміки є переважно міжкристалітним, а тенденція до розтріскування більш звивиста. Властивості композитного режиму руйнування кращі, ніж простого міжкристалітного режиму руйнування.
Вакуумне спікання
Цирконій необхідно спікати у вакуумному середовищі, в процесі спікання утворюється велика кількість бульбашок, а у вакуумному середовищі бульбашки легко виділяються з розплавленого стану порцелянового тіла, покращуючи щільність цирконію, тим самим збільшуючи напівпроникність та механічні властивості цирконію.
Швидкість нагріву
У процесі спікання діоксиду цирконію, для отримання хороших характеристик та очікуваних результатів, слід використовувати нижчу швидкість нагрівання. Висока швидкість нагрівання призводить до нерівномірного коливання внутрішньої температури діоксиду цирконію при досягненні кінцевої температури спікання, що призводить до появи тріщин та утворення пор. Результати показують, що зі збільшенням швидкості нагрівання час кристалізації кристалів діоксиду цирконію скорочується, газ між кристалами не може виходити, а пористість всередині кристалів діоксиду цирконію дещо збільшується. Зі збільшенням швидкості нагрівання в тетрагональній фазі діоксиду цирконію починає існувати невелика кількість моноклінної кристалічної фази, що впливає на механічні властивості. Водночас, зі збільшенням швидкості нагрівання, зерна поляризуються, тобто легше співіснування більших та менших зерен. Повільніша швидкість нагрівання сприяє утворенню більш однорідних зерен, що збільшує напівпроникність діоксиду цирконію.
Час публікації: 15 серпня 2023 р.