Einfluss des Sinterns auf die Eigenschaften von Zirkonoxidkeramik
Als eine Art Keramikmaterial weist Zirkonium eine hohe Festigkeit, hohe Härte, gute Verschleißfestigkeit, Säure- und Alkalibeständigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit und andere hervorragende Eigenschaften auf. Zirkonoxidkeramik ist nicht nur im industriellen Bereich weit verbreitet, sondern hat sich mit der starken Entwicklung der Prothesenindustrie in den letzten Jahren auch zu den potenziell potenziellsten Prothesenmaterialien entwickelt und die Aufmerksamkeit vieler Forscher auf sich gezogen.
Die Leistung von Zirkonoxidkeramik wird von vielen Faktoren beeinflusst. Heute sprechen wir über die Auswirkungen des Sinterns auf einige Eigenschaften von Zirkonoxidkeramik.
Sinterverfahren
Die traditionelle Sintermethode besteht darin, den Körper durch Wärmestrahlung, Wärmeleitung und Wärmekonvektion zu erhitzen, sodass die Wärme von der Oberfläche des Zirkonoxids ins Innere gelangt, die Wärmeleitfähigkeit von Zirkonoxid jedoch schlechter ist als die von Aluminiumoxid und anderen Keramikmaterialien. Um eine durch thermische Belastung verursachte Rissbildung zu verhindern, ist die herkömmliche Heizgeschwindigkeit langsam und die Zeit lang, was den Produktionszyklus von Zirkonoxid lang und die Produktionskosten hoch macht. In den letzten Jahren sind die Verbesserung der Verarbeitungstechnologie von Zirkonoxid, die Verkürzung der Verarbeitungszeit, die Reduzierung der Produktionskosten und die Bereitstellung leistungsstarker Dentalzirkonoxidkeramikmaterialien in den Mittelpunkt der Forschung gerückt, und Mikrowellensintern ist zweifellos eine vielversprechende Sintermethode.
Es wurde festgestellt, dass Mikrowellensintern und Sintern bei atmosphärischem Druck keinen signifikanten Unterschied hinsichtlich des Einflusses der Semipermeabilität und der Verschleißfestigkeit aufweisen. Der Grund dafür ist, dass die durch Mikrowellensintern erhaltene Dichte von Zirkonoxid der des herkömmlichen Sinterns ähnelt und es sich bei beiden um dichtes Sintern handelt. Die Vorteile des Mikrowellensinterns liegen jedoch in der niedrigen Sintertemperatur, der hohen Geschwindigkeit und der kurzen Sinterzeit. Allerdings ist die Temperaturanstiegsrate beim Sintern bei Atmosphärendruck langsam, die Sinterzeit ist länger und die gesamte Sinterzeit beträgt etwa 6–11 Stunden. Im Vergleich zum Normaldrucksintern ist das Mikrowellensintern ein neues Sinterverfahren, das die Vorteile einer kurzen Sinterzeit, einer hohen Effizienz und Energieeinsparung bietet und die Mikrostruktur von Keramiken verbessern kann.
Einige Wissenschaftler glauben auch, dass Zirkonoxid nach dem Mikrowellensintern eine metastabilere Tequartettphase aufrechterhalten kann, möglicherweise weil durch schnelles Erhitzen durch Mikrowellen eine schnelle Verdichtung des Materials bei einer niedrigeren Temperatur erreicht werden kann und die Korngröße kleiner und gleichmäßiger ist als beim Sintern unter Normaldruck die kritische Phasenumwandlungsgröße von t-ZrO2, die dazu beiträgt, bei Raumtemperatur so weit wie möglich im metastabilen Zustand zu bleiben und so die Festigkeit und Zähigkeit keramischer Materialien zu verbessern.
Doppelsinterverfahren
Kompakt gesinterte Zirkonoxidkeramik kann aufgrund der hohen Härte und Festigkeit nur mit Schmirgelschneidwerkzeugen bearbeitet werden, die Bearbeitungskosten sind hoch und die Zeit lang. Um die oben genannten Probleme zu lösen, werden manchmal Zirkonoxidkeramiken zweimal gesintert, nach der Bildung des Keramikkörpers und dem anfänglichen Sintern, der CAD/CAM-Verstärkungsbearbeitung in die gewünschte Form und anschließendem Sintern auf die endgültige Sintertemperatur das Material völlig dicht.
Es wurde festgestellt, dass zwei Sinterprozesse die Sinterkinetik von Zirkonoxidkeramik verändern und bestimmte Auswirkungen auf die Sinterdichte, die mechanischen Eigenschaften und die Mikrostruktur von Zirkonoxidkeramik haben. Die mechanischen Eigenschaften der bearbeitbaren Zirkonoxidkeramiken, die einmal dicht gesintert wurden, sind besser als diejenigen, die zweimal gesintert wurden. Die biaxiale Biegefestigkeit und Bruchzähigkeit der bearbeitbaren Zirkonoxidkeramiken, die einmal kompakt gesintert wurden, sind höher als die derjenigen, die zweimal gesintert wurden. Der Bruchmodus von primär gesinterter Zirkonoxidkeramik ist transgranular/intergranular und der Risseinschlag ist relativ gerade. Der Bruchmodus von doppelt gesinterten Zirkonoxidkeramiken ist hauptsächlich ein intergranularer Bruch, und die Risstendenz ist gewundener. Die Eigenschaften des zusammengesetzten Bruchmodus sind besser als die des einfachen intergranularen Bruchmodus.
Sintervakuum
Zirkonoxid muss in einer Vakuumumgebung gesintert werden. Beim Sintern entsteht eine große Anzahl von Blasen. In einer Vakuumumgebung können Blasen leicht aus dem geschmolzenen Zustand des Porzellankörpers entfernt werden, wodurch die Dichte von Zirkonoxid verbessert und dadurch erhöht wird Semipermeabilität und mechanische Eigenschaften von Zirkonoxid.
Heizrate
Um beim Sintern von Zirkonoxid eine gute Leistung und die erwarteten Ergebnisse zu erzielen, sollte eine niedrigere Heizrate gewählt werden. Durch die hohe Heizrate wird die Innentemperatur des Zirkonoxids beim Erreichen der endgültigen Sintertemperatur ungleichmäßig, was zum Auftreten von Rissen und zur Bildung von Poren führt. Die Ergebnisse zeigen, dass mit zunehmender Heizrate die Kristallisationszeit der Zirkonoxidkristalle verkürzt wird, das Gas zwischen den Kristallen nicht entweichen kann und die Porosität im Inneren der Zirkonoxidkristalle leicht zunimmt. Mit zunehmender Erwärmungsrate entsteht in der tetragonalen Phase von Zirkonoxid eine kleine Menge monokliner Kristallphase, die sich auf die mechanischen Eigenschaften auswirkt. Gleichzeitig werden die Körner mit zunehmender Heizrate polarisiert, d. h. die Koexistenz größerer und kleinerer Körner ist einfacher. Die langsamere Erwärmungsrate begünstigt die Bildung gleichmäßigerer Körner, was die Semipermeabilität von Zirkonoxid erhöht.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 24. Juli 2023