Utjecaj sinteriranja na svojstva cirkonijumske keramike

Utjecaj sinteriranja na svojstva cirkonijumske keramike

Kao vrsta keramičkog materijala, cirkonijum ima visoku čvrstoću, visoku tvrdoću, dobru otpornost na habanje, otpornost na kiseline i alkalije, otpornost na visoke temperature i druga odlična svojstva.Osim što se široko koristi u industrijskom području, uz snažan razvoj industrije proteza posljednjih godina, cirkonijum keramika je postala najpotencijalniji materijal za proteze i privukla je pažnju mnogih istraživača.

Na performanse cirkonijum keramike će uticati mnogo faktora, danas govorimo o uticaju sinterovanja na neka svojstva cirkonijum keramike.

Metoda sinterovanja

Tradicionalna metoda sinterovanja je zagrevanje tela kroz toplotno zračenje, provodljivost toplote, toplotnu konvekciju, tako da toplota prelazi sa površine cirkonija ka unutrašnjosti, ali je toplotna provodljivost cirkonija lošija od one kod glinice i drugih keramičkih materijala.Kako bi se spriječilo pucanje uzrokovano toplinskim naprezanjem, tradicionalna brzina zagrijavanja je mala, a vrijeme je dugo, što čini ciklus proizvodnje cirkonija dugim, a troškovi proizvodnje su visoki.Posljednjih godina, poboljšanje tehnologije obrade cirkonija, skraćivanje vremena obrade, smanjenje troškova proizvodnje i pružanje visokoučinkovitih dentalnih cirkonijum keramičkih materijala postali su fokus istraživanja, a mikrovalno sinteriranje je nesumnjivo obećavajuća metoda sinteriranja.

Utvrđeno je da mikrovalno sinteriranje i sinteriranje pod atmosferskim tlakom nemaju značajnu razliku na utjecaj polupropusnosti i otpornosti na habanje.Razlog je taj što je gustina cirkonija dobijenog mikrotalasnim sinterovanjem slična onoj kod konvencionalnog sinterovanja, i oba su gusto sinterovanje, ali prednosti mikrotalasnog sinterovanja su niska temperatura sinterovanja, velika brzina i kratko vreme sinterovanja.Međutim, brzina porasta temperature sinterovanja pod atmosferskim pritiskom je spora, vrijeme sinteriranja je duže, a cijelo vrijeme sinteriranja je otprilike 6-11 sati.U poređenju sa sinterovanjem pod normalnim pritiskom, mikrotalasno sinterovanje je nova metoda sinterovanja, koja ima prednosti kratkog vremena sinterovanja, visoke efikasnosti i uštede energije, i može poboljšati mikrostrukturu keramike.

Neki naučnici također vjeruju da cirkonij nakon mikrovalnog sinteriranja može održavati metastabilniju tekvartetnu fazu, vjerojatno zato što mikrovalno brzo zagrijavanje može postići brzo zgušnjavanje materijala na nižoj temperaturi, veličina zrna je manja i ujednačenija od one kod sinteriranja normalnog tlaka, niža od kritična veličina fazne transformacije t-ZrO2, koja pogoduje održavanju što je više moguće u metastabilnom stanju na sobnoj temperaturi, poboljšavajući čvrstoću i žilavost keramičkih materijala.

Proces dvostrukog sinterovanja

Kompaktna sinterirana cirkonijum keramika može se obraditi samo šmirglom zbog velike tvrdoće i čvrstoće, a cijena obrade je visoka i vrijeme dugo.Kako bi se riješili gore navedeni problemi, ponekad će se cirkonijum keramika koristiti dva puta proces sinteriranja, nakon formiranja keramičkog tijela i početnog sinteriranja, CAD/CAM pojačanja obrade do željenog oblika, a zatim sinteriranja do konačne temperature sinteriranja kako bi se napravila materijal potpuno gust.

Utvrđeno je da će dva procesa sinteriranja promijeniti kinetiku sinteriranja cirkonijum keramike, te će imati određene efekte na gustoću sinteriranja, mehanička svojstva i mikrostrukturu cirkonijum keramike.Mehanička svojstva cirkonijumske keramike koja se može obraditi sinterovanom jednom gustom su bolja od one sinterovane dvaput.Čvrstoća na biaksijalno savijanje i žilavost loma obradive cirkonijumske keramike sinterirane jednom kompaktne su veće od one sinterirane dvaput.Način loma primarno sinterovane cirkonijeve keramike je transgranularni/intergranularni, a pukotina je relativno ravan.Način loma dvostruko sinterovane cirkonijeve keramike je uglavnom intergranularni lom, a trend pucanja je krivudaviji.Svojstva kompozitnog načina loma su bolja od jednostavnog intergranularnog načina loma.

Vakuum za sinterovanje

Cirkonijum se mora sinterovati u vakuumskom okruženju, u procesu sinterovanja će se proizvesti veliki broj mjehurića, au vakuumskom okruženju mjehurići se lako ispuštaju iz rastaljenog stanja porculanskog tijela, poboljšavaju gustinu cirkonija, čime se povećava polupropusnost i mehanička svojstva cirkonija.

Stopa grijanja

U procesu sinterovanja cirkonija, kako bi se postigle dobre performanse i očekivani rezultati, treba usvojiti nižu brzinu zagrijavanja.Visoka brzina zagrijavanja čini unutrašnju temperaturu cirkonija neujednačenom pri dostizanju konačne temperature sinteriranja, što dovodi do pojave pukotina i stvaranja pora.Rezultati pokazuju da se povećanjem brzine zagrijavanja skraćuje vrijeme kristalizacije cirkonija kristala, gas između kristala ne može biti ispušten, a poroznost unutar kristala cirkonijuma se neznatno povećava.Sa povećanjem brzine zagrevanja, mala količina monoklinske kristalne faze počinje da postoji u tetragonalnoj fazi cirkonija, što će uticati na mehanička svojstva.Istovremeno, sa povećanjem brzine zagrijavanja zrna će se polarizirati, odnosno koegzistencija većih i manjih zrna je laka.Sporija brzina zagrijavanja pogoduje stvaranju ujednačenijih zrna, što povećava polupropusnost cirkonija.