تأثیر تف جوشی بر خواص سرامیک های زیرکونیایی

به عنوان نوعی ماده سرامیکی، زیرکونیوم دارای استحکام بالا، سختی بالا، مقاومت در برابر سایش خوب، مقاومت در برابر اسید و قلیایی، مقاومت در برابر درجه حرارت بالا و سایر خواص عالی است. سرامیک های زیرکونیا علاوه بر استفاده گسترده در زمینه صنعتی، با پیشرفت شدید صنعت دندان مصنوعی در سال های اخیر، به بالقوه ترین مواد دندان مصنوعی تبدیل شده اند و توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده اند.

روش پخت

روش پخت سنتی این است که بدن را از طریق تابش گرما، رسانش گرما، همرفت گرما گرم می کنند، به طوری که گرما از سطح زیرکونیا به داخل می رسد، اما رسانایی حرارتی زیرکونیا بدتر از آلومینا و سایر مواد سرامیکی است. به منظور جلوگیری از ترک خوردگی ناشی از تنش حرارتی، سرعت گرمایش سنتی کند و زمان طولانی است که باعث می شود چرخه تولید زیرکونیا طولانی و هزینه تولید بالا باشد. در سال‌های اخیر، بهبود فناوری پردازش زیرکونیا، کوتاه‌تر کردن زمان پردازش، کاهش هزینه تولید و ارائه مواد سرامیکی زیرکونیا دندانی با کارایی بالا مورد توجه تحقیقات قرار گرفته است و بی‌شک زینترینگ مایکروویو یک روش زینترینگ امیدوارکننده است.

مشخص شد که تف جوشی مایکروویو و تف جوشی با فشار اتمسفر تفاوت معنی داری بر تاثیر نیمه نفوذپذیری و مقاومت به سایش ندارند. دلیل آن این است که چگالی زیرکونیایی که توسط مایکروویو تف جوشی به دست می آید مشابه زینترینگ معمولی است و هر دو زینترینگ متراکم هستند، اما از مزایای پخت مایکروویو دمای پخت پایین، سرعت سریع و زمان پخت کوتاه است. با این حال، سرعت افزایش دما در تف جوشی فشار اتمسفر آهسته است، زمان تف جوشی طولانی تر است و کل زمان پخت تقریباً 6-11 ساعت است. در مقایسه با زینترینگ با فشار معمولی، زینترینگ مایکروویو یک روش پخت جدید است که دارای مزایای زمان پخت کوتاه، راندمان بالا و صرفه جویی در انرژی است و می تواند ریزساختار سرامیک ها را بهبود بخشد.

برخی از محققان همچنین بر این باورند که زیرکونیا پس از تف جوشی در مایکروویو می‌تواند فاز تک‌کوارتت متحرک‌تری را حفظ کند، احتمالاً به این دلیل که حرارت دادن سریع مایکروویو می‌تواند به متراکم شدن سریع مواد در دمای پایین‌تر دست یابد، اندازه دانه کوچک‌تر و یکنواخت‌تر از زینترینگ فشار معمولی است، کمتر از اندازه تبدیل فاز بحرانی t-ZrO2، که منجر به حفظ تا حد امکان در حالت بی ثبات در دمای اتاق می شود، بهبود استحکام و چقرمگی مواد سرامیکی.

فرآیند پخت دوگانه

سرامیک های فشرده زیرکونیا زینتر شده به دلیل سختی و استحکام بالا فقط با ابزارهای برش سنباده قابل پردازش هستند و هزینه پردازش بالا و زمان طولانی است. برای حل مشکلات فوق، گاهی اوقات از سرامیک زیرکونیا دو بار فرآیند تف جوشی استفاده می شود، پس از تشکیل بدنه سرامیکی و پخت اولیه، ماشینکاری تقویت کننده CAD/CAM به شکل دلخواه و سپس تف جوشی تا دمای زینترینگ نهایی برای ساخت مواد کاملا متراکم

مشخص شده است که دو فرآیند پخت سینترینگ سرامیک های زیرکونیا را تغییر می دهند و اثرات خاصی بر چگالی تف جوشی، خواص مکانیکی و ریزساختار سرامیک های زیرکونیا خواهند داشت. خواص مکانیکی سرامیک های زیرکونیایی قابل ماشینکاری که یک بار متراکم می شوند بهتر از آنهایی است که دو بار پخته می شوند. استحکام خمشی دو محوره و چقرمگی شکست سرامیک‌های زیرکونیایی قابل ماشینکاری که یک بار فشرده می‌شوند، بالاتر از سرامیک‌هایی است که دوبار پخته شده‌اند. حالت شکست سرامیک های زیرکونیای متخلخل اولیه ترانس دانه ای/بین دانه ای است و ضربه به ترک نسبتا مستقیم است. حالت شکست سرامیک های زیرکونیایی دوبار پخته شده عمدتاً شکستگی بین دانه ای است و روند ترک پرپیچ و خم تر است. خواص حالت شکست کامپوزیتی بهتر از حالت شکست بین دانه ای ساده است.

خلاء تف جوشی

زیرکونیا باید در محیط خلاء زینتر شود، در فرآیند تف جوشی تعداد زیادی حباب تولید می شود و در محیط خلاء، حباب ها به راحتی از حالت مذاب بدنه چینی خارج می شوند، چگالی زیرکونیا را بهبود می بخشد و در نتیجه افزایش می یابد. نیمه نفوذپذیری و خواص مکانیکی زیرکونیا

نرخ گرمایش

در فرآیند تف جوشی زیرکونیا، برای به دست آوردن عملکرد خوب و نتایج مورد انتظار، باید نرخ گرمایش کمتری اتخاذ شود. سرعت گرمایش بالا باعث می شود دمای داخلی زیرکونیا هنگام رسیدن به دمای پخت نهایی ناهموار باشد و منجر به ایجاد ترک و ایجاد منافذ شود. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش سرعت گرمایش، زمان تبلور کریستال‌های زیرکونیا کوتاه می‌شود، گاز بین بلورها تخلیه نمی‌شود و تخلخل درون بلورهای زیرکونیا کمی افزایش می‌یابد. با افزایش سرعت گرمایش، مقدار کمی از فاز کریستال مونوکلینیک در فاز تتراگونال زیرکونیا شروع به وجود می‌کند که بر خواص مکانیکی تأثیر می‌گذارد. در عین حال با افزایش سرعت گرمایش دانه ها پلاریزه می شوند یعنی همزیستی دانه های بزرگتر و کوچکتر آسان می شود. سرعت حرارت کمتر منجر به تشکیل دانه های یکنواخت تر می شود که نیمه تراواپذیری زیرکونیا را افزایش می دهد.