Επίδραση της πυροσυσσωμάτωσης στις ιδιότητες των κεραμικών ζιρκονίας

Επίδραση της πυροσυσσωμάτωσης στις ιδιότητες των κεραμικών ζιρκονίας

Ως είδος κεραμικού υλικού, το ζιρκόνιο έχει υψηλή αντοχή, υψηλή σκληρότητα, καλή αντοχή στη φθορά, αντίσταση σε οξύ και αλκάλια, αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία και άλλες εξαιρετικές ιδιότητες. Εκτός από την ευρεία χρήση τους στον βιομηχανικό τομέα, με τη δυναμική ανάπτυξη της βιομηχανίας οδοντοστοιχιών τα τελευταία χρόνια, τα κεραμικά ζιρκονίας έχουν γίνει τα πιο πιθανά υλικά οδοντοστοιχίας και έχουν προσελκύσει την προσοχή πολλών ερευνητών.

Η απόδοση των κεραμικών ζιρκονίας θα επηρεαστεί από πολλούς παράγοντες, σήμερα μιλάμε για την επίδραση της πυροσυσσωμάτωσης σε ορισμένες ιδιότητες των κεραμικών ζιρκονίας.

Μέθοδος πυροσυσσωμάτωσης

Η παραδοσιακή μέθοδος πυροσυσσωμάτωσης είναι η θέρμανση του σώματος μέσω ακτινοβολίας θερμότητας, αγωγιμότητας θερμότητας, μεταφοράς θερμότητας, έτσι ώστε η θερμότητα να είναι από την επιφάνεια της ζιρκονίας προς το εσωτερικό, αλλά η θερμική αγωγιμότητα της ζιρκονίας είναι χειρότερη από αυτή της αλουμίνας και άλλων κεραμικών υλικών. Προκειμένου να αποφευχθεί η ρηγμάτωση που προκαλείται από θερμική καταπόνηση, η παραδοσιακή ταχύτητα θέρμανσης είναι αργή και ο χρόνος είναι μεγάλος, γεγονός που καθιστά τον κύκλο παραγωγής του ζιρκονίου μακρύ και το κόστος παραγωγής είναι υψηλό. Τα τελευταία χρόνια, η βελτίωση της τεχνολογίας επεξεργασίας του ζιρκονίου, η συντόμευση του χρόνου επεξεργασίας, η μείωση του κόστους παραγωγής και η παροχή υψηλής απόδοσης οδοντικών κεραμικών υλικών ζιρκονίας έχουν γίνει το επίκεντρο της έρευνας και η πυροσυσσωμάτωση με μικροκύματα είναι αναμφίβολα μια πολλά υποσχόμενη μέθοδος πυροσυσσωμάτωσης.

Διαπιστώθηκε ότι η πυροσυσσωμάτωση με μικροκύματα και η πυροσυσσωμάτωση με ατμοσφαιρική πίεση δεν έχουν σημαντική διαφορά στην επίδραση της ημιπερατότητας και της αντίστασης στη φθορά. Ο λόγος είναι ότι η πυκνότητα του ζιρκονίου που λαμβάνεται με τη σύντηξη με μικροκύματα είναι παρόμοια με εκείνη της συμβατικής πυροσυσσωμάτωσης, και τα δύο είναι πυκνή πυροσυσσωμάτωση, αλλά τα πλεονεκτήματα της πυροσυσσωμάτωσης μικροκυμάτων είναι η χαμηλή θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης, η γρήγορη ταχύτητα και ο μικρός χρόνος πυροσυσσωμάτωσης. Ωστόσο, ο ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας της πυροσυσσωμάτωσης ατμοσφαιρικής πίεσης είναι αργός, ο χρόνος πυροσυσσωμάτωσης είναι μεγαλύτερος και ολόκληρος ο χρόνος πυροσυσσωμάτωσης είναι περίπου 6-11 ώρες. Σε σύγκριση με την κανονική πυροσυσσωμάτωση υπό πίεση, η πυροσυσσωμάτωση με μικροκύματα είναι μια νέα μέθοδος πυροσυσσωμάτωσης, η οποία έχει τα πλεονεκτήματα του μικρού χρόνου πυροσυσσωμάτωσης, της υψηλής απόδοσης και της εξοικονόμησης ενέργειας και μπορεί να βελτιώσει τη μικροδομή των κεραμικών.

Μερικοί μελετητές πιστεύουν επίσης ότι το ζιρκόνιο μετά την πυροσυσσωμάτωση μικροκυμάτων μπορεί να διατηρήσει πιο μετασταθερή φάση τεκαρτέ, πιθανώς επειδή η ταχεία θέρμανση με μικροκύματα μπορεί να επιτύχει ταχεία πυκνότητα του υλικού σε χαμηλότερη θερμοκρασία, το μέγεθος κόκκου είναι μικρότερο και πιο ομοιόμορφο από αυτό της κανονικής πυροσυσσωμάτωσης υπό πίεση, χαμηλότερο από το κρίσιμο μέγεθος μετασχηματισμού φάσης του t-ZrO2, το οποίο συμβάλλει στη διατήρηση όσο το δυνατόν περισσότερων σε μετασταθερή κατάσταση σε θερμοκρασία δωματίου, βελτίωση της αντοχής και της σκληρότητας των κεραμικών υλικών.

Διεργασία διπλής πυροσυσσωμάτωσης

Τα συμπαγή πυροσυσσωματωμένα κεραμικά ζιρκονίας μπορούν να υποστούν επεξεργασία μόνο με εργαλεία κοπής σμύριδας λόγω της υψηλής σκληρότητας και αντοχής και το κόστος επεξεργασίας είναι υψηλό και ο χρόνος μεγάλος. Προκειμένου να επιλυθούν τα παραπάνω προβλήματα, μερικές φορές τα κεραμικά ζιρκονίας θα χρησιμοποιηθούν δύο φορές η διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης, μετά το σχηματισμό του κεραμικού σώματος και την αρχική πυροσυσσωμάτωση, η κατεργασία ενίσχυσης CAD/CAM στο επιθυμητό σχήμα και στη συνέχεια η πυροσυσσωμάτωση στην τελική θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης για να γίνει το υλικό εντελώς πυκνό.

Διαπιστώθηκε ότι δύο διεργασίες πυροσυσσωμάτωσης θα αλλάξουν την κινητική πυροσυσσωμάτωσης των κεραμικών ζιρκονίας και θα έχουν ορισμένες επιπτώσεις στην πυκνότητα πυροσυσσωμάτωσης, τις μηχανικές ιδιότητες και τη μικροδομή των κεραμικών ζιρκονίας. Οι μηχανικές ιδιότητες των επεξεργάσιμων κεραμικών ζιρκονίας που συντήκονται μία φορά είναι καλύτερες από εκείνες που συντήκονται δύο φορές. Η διαξονική αντοχή κάμψης και η αντοχή σε θραύση των επεξεργάσιμων κεραμικών ζιρκονίας που συντήκονται μόλις συμπυκνωθούν είναι υψηλότερες από εκείνες που συντήκονται δύο φορές. Ο τρόπος θραύσης των πρωτογενών πυροσυσσωματωμένων κεραμικών ζιρκονίας είναι διακοκκώδης/διακοκκώδης και η κρούση ρωγμής είναι σχετικά ευθεία. Ο τρόπος θραύσης των δύο φορές συντηγμένων κεραμικών ζιρκονίας είναι κυρίως διακοκκώδης θραύση και η τάση ρωγμής είναι πιο ελικοειδής. Οι ιδιότητες του σύνθετου τρόπου θραύσης είναι καλύτερες από τον απλό τρόπο διακοκκώδους θραύσης.

Κενό πυροσυσσωμάτωσης

Η ζιρκονία πρέπει να πυροσυσσωματωθεί σε περιβάλλον κενού, στη διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης θα παράγει μεγάλο αριθμό φυσαλίδων και σε περιβάλλον κενού, οι φυσαλίδες είναι εύκολο να εκκενωθούν από τη λιωμένη κατάσταση του σώματος πορσελάνης, βελτιώνοντας την πυκνότητα της ζιρκονίας, αυξάνοντας έτσι την ημιδιαπερατότητα και μηχανικές ιδιότητες της ζιρκονίας.

Ρυθμός θέρμανσης

Στη διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης της ζιρκονίας, για να επιτευχθούν καλές επιδόσεις και αναμενόμενα αποτελέσματα, θα πρέπει να υιοθετηθεί χαμηλότερος ρυθμός θέρμανσης. Ο υψηλός ρυθμός θέρμανσης καθιστά την εσωτερική θερμοκρασία της ζιρκονίας ανομοιόμορφη κατά την επίτευξη της τελικής θερμοκρασίας πυροσυσσωμάτωσης, με αποτέλεσμα την εμφάνιση ρωγμών και το σχηματισμό πόρων. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι με την αύξηση του ρυθμού θέρμανσης, ο χρόνος κρυστάλλωσης των κρυστάλλων ζιρκονίας συντομεύεται, το αέριο μεταξύ των κρυστάλλων δεν μπορεί να εκκενωθεί και το πορώδες μέσα στους κρυστάλλους ζιρκονίας αυξάνεται ελαφρώς. Με την αύξηση του ρυθμού θέρμανσης, μια μικρή ποσότητα μονοκλινικής κρυσταλλικής φάσης αρχίζει να υπάρχει στην τετραγωνική φάση της ζιρκονίας, η οποία θα επηρεάσει τις μηχανικές ιδιότητες. Ταυτόχρονα με την αύξηση του ρυθμού θέρμανσης οι κόκκοι θα πολώνονται, δηλαδή η συνύπαρξη όλο και μικρότερων κόκκων είναι εύκολη. Ο βραδύτερος ρυθμός θέρμανσης ευνοεί τον σχηματισμό πιο ομοιόμορφων κόκκων, γεγονός που αυξάνει την ημιπερατότητα της ζιρκονίας.