Effetto della sinterizzazione sulle proprietà della ceramica in zirconio

Effetto della sinterizzazione sulle proprietà della ceramica in zirconio

Essendo un tipo di materiale ceramico, lo zirconio ha elevata resistenza, elevata durezza, buona resistenza all'usura, resistenza agli acidi e agli alcali, resistenza alle alte temperature e altre proprietà eccellenti. Oltre ad essere ampiamente utilizzate in campo industriale, con il vigoroso sviluppo del settore delle protesi negli ultimi anni, le ceramiche di zirconio sono diventate i materiali per protesi con il maggior potenziale e hanno attirato l'attenzione di molti ricercatori.

Le prestazioni della ceramica in zirconio saranno influenzate da molti fattori, oggi parliamo dell'impatto della sinterizzazione su alcune proprietà della ceramica in zirconio.

Metodo di sinterizzazione

Il metodo di sinterizzazione tradizionale consiste nel riscaldare il corpo attraverso l'irraggiamento del calore, la conduzione del calore, la convezione del calore, in modo che il calore provenga dalla superficie della zirconia verso l'interno, ma la conduttività termica della zirconia è peggiore di quella dell'allumina e di altri materiali ceramici. Al fine di prevenire le fessurazioni causate dallo stress termico, la velocità di riscaldamento tradizionale è lenta e il tempo è lungo, il che rende lungo il ciclo di produzione della zirconia e il costo di produzione è elevato. Negli ultimi anni, il miglioramento della tecnologia di lavorazione della zirconia, la riduzione dei tempi di lavorazione, la riduzione dei costi di produzione e la fornitura di materiali ceramici dentali in zirconio ad alte prestazioni sono diventati il ​​fulcro della ricerca e la sinterizzazione a microonde è senza dubbio un metodo di sinterizzazione promettente.

Si è riscontrato che la sinterizzazione a microonde e la sinterizzazione a pressione atmosferica non presentano differenze significative sull'influenza della semipermeabilità e della resistenza all'usura. Il motivo è che la densità della zirconia ottenuta mediante la sinterizzazione a microonde è simile a quella della sinterizzazione convenzionale, ed entrambe sono sinterizzazione densa, ma i vantaggi della sinterizzazione a microonde sono la bassa temperatura di sinterizzazione, l'elevata velocità e il breve tempo di sinterizzazione. Tuttavia, il tasso di aumento della temperatura della sinterizzazione a pressione atmosferica è lento, il tempo di sinterizzazione è più lungo e l'intero tempo di sinterizzazione è di circa 6-11 ore. Rispetto alla normale sinterizzazione a pressione, la sinterizzazione a microonde è un nuovo metodo di sinterizzazione, che presenta i vantaggi di un tempo di sinterizzazione breve, alta efficienza e risparmio energetico e può migliorare la microstruttura della ceramica.

Alcuni studiosi ritengono inoltre che la zirconia dopo la sinterizzazione a microonde possa mantenere una fase tequartet più metastabile, probabilmente perché il riscaldamento rapido a microonde può ottenere una rapida densificazione del materiale a una temperatura inferiore, la dimensione del grano è più piccola e più uniforme di quella della normale sinterizzazione a pressione, inferiore a la dimensione critica della trasformazione di fase di t-ZrO2, che è favorevole a mantenerlo il più possibile in uno stato metastabile a temperatura ambiente, migliorando la resistenza e la tenacità dei materiali ceramici.

Doppio processo di sinterizzazione

La ceramica di zirconio sinterizzata compatta può essere lavorata solo con utensili da taglio a smeriglio a causa dell'elevata durezza e resistenza, e il costo di lavorazione è elevato e il tempo è lungo. Per risolvere i problemi di cui sopra, a volte la ceramica all'ossido di zirconio verrà utilizzata due volte nel processo di sinterizzazione, dopo la formazione del corpo ceramico e la sinterizzazione iniziale, la lavorazione dell'amplificazione CAD/CAM alla forma desiderata e quindi la sinterizzazione alla temperatura di sinterizzazione finale per realizzare il materiale completamente denso.

Si è scoperto che due processi di sinterizzazione cambieranno la cinetica di sinterizzazione della ceramica di zirconio e avranno determinati effetti sulla densità di sinterizzazione, sulle proprietà meccaniche e sulla microstruttura della ceramica di zirconio. Le proprietà meccaniche delle ceramiche di zirconio lavorabili a macchina sinterizzate una volta dense sono migliori di quelle sinterizzate due volte. La resistenza alla flessione biassiale e la tenacia alla frattura delle ceramiche di zirconio lavorabili sinterizzate una volta compatte sono superiori a quelle sinterizzate due volte. La modalità di frattura della ceramica primaria di zirconio sinterizzata è transgranulare/intergranulare e l'attacco della fessura è relativamente diritto. La modalità di frattura delle ceramiche di zirconio due volte sinterizzate è principalmente la frattura intergranulare e l'andamento della fessura è più tortuoso. Le proprietà della modalità di frattura composita sono migliori della semplice modalità di frattura intergranulare.

Vuoto di sinterizzazione

La zirconia deve essere sinterizzata in un ambiente sotto vuoto, nel processo di sinterizzazione produrrà un gran numero di bolle e, in un ambiente sotto vuoto, le bolle sono facili da scaricare dallo stato fuso del corpo in porcellana, migliora la densità della zirconia, aumentando così la semipermeabilità e proprietà meccaniche della zirconia.

Velocità di riscaldamento

Nel processo di sinterizzazione della zirconia, per ottenere buone prestazioni e risultati attesi, è opportuno adottare una velocità di riscaldamento inferiore. L'elevata velocità di riscaldamento rende la temperatura interna della zirconia non uniforme quando si raggiunge la temperatura di sinterizzazione finale, portando alla comparsa di crepe e alla formazione di pori. I risultati mostrano che con l’aumento della velocità di riscaldamento, il tempo di cristallizzazione dei cristalli di zirconio si riduce, il gas tra i cristalli non può essere scaricato e la porosità all’interno dei cristalli di zirconio aumenta leggermente. Con l'aumento della velocità di riscaldamento, una piccola quantità di fase cristallina monoclina inizia ad esistere nella fase tetragonale della zirconia, che influenzerà le proprietà meccaniche. Allo stesso tempo, con l'aumento della velocità di riscaldamento, i grani saranno polarizzati, cioè sarà facile la coesistenza di grani più grandi e più piccoli. La velocità di riscaldamento più lenta favorisce la formazione di grani più uniformi, che aumentano la semipermeabilità della zirconia.