ジルコニアセラミックスの特性に対する焼結の影響

ジルコニウムはセラミック材料の一種で、高強度、高硬度、優れた耐摩耗性、耐酸性、耐アルカリ性、耐高温性などの優れた特性を持っています。ジルコニアセラミックスは産業分野で広く使用されているほか、近年の義歯産業の活発な発展に伴い、最も有力な義歯材料として多くの研究者の注目を集めています。

焼結法

従来の焼結法は、熱放射、熱伝導、熱対流によって本体を加熱し、ジルコニアの表面から内部に熱を伝えますが、ジルコニアの熱伝導率はアルミナなどのセラミック材料に比べて悪くなります。熱応力によるクラックを防ぐため、従来の加熱速度は遅く、加熱時間が長いため、ジルコニアの製造サイクルが長くなり、製造コストが高くなってしまいます。近年、ジルコニアの加工技術の向上、加工時間の短縮、製造コストの低減、高性能な歯科用ジルコニアセラミックス材料の提供が研究されており、マイクロ波焼結は間違いなく有望な焼結方法である。

マイクロ波焼結と常圧焼結では、半透性と耐摩耗性の影響に大きな違いがないことがわかります。その理由は、マイクロ波焼結で得られるジルコニアの密度は従来の焼結と同様であり、どちらも緻密な焼結であるが、マイクロ波焼結の利点は、焼結温度が低く、焼結速度が速く、焼結時間が短いことである。ただし、常圧焼結は昇温速度が遅く、焼結時間が長くなり、全体の焼結時間はおよそ6～11時間となります。常圧焼結と比較して、マイクロ波焼結は新しい焼結方法であり、短い焼結時間、高効率、省エネルギーの利点があり、セラミックスの微細構造を改善することができます。

一部の学者はまた、マイクロ波焼結後のジルコニアはより準安定なテカルテット相を維持できると信じています。これはおそらく、マイクロ波急速加熱により低温で材料の急速な緻密化が達成でき、粒径が常圧焼結よりも小さく均一であり、常圧焼結よりも低いためです。 t-ZrO2 の臨界相変態サイズは、室温で可能な限り準安定状態を維持するのに役立ち、セラミック材料の強度と靱性を向上させます。

二重焼結プロセス

緻密なジルコニア焼結セラミックスは、硬度と強度が高いため、エメリー刃物でしか加工できず、加工コストと時間がかかります。上記の問題を解決するために、ジルコニアセラミックは2回の焼結プロセスを使用することがあります。セラミック本体の形成と初期焼結の後、CAD/CAM増幅加工で目的の形状に加工し、その後最終焼結温度で焼結して製品を製造します。材料は完全に緻密です。

2 つの焼結プロセスによりジルコニア セラミックの焼結速度が変化し、ジルコニア セラミックの焼結密度、機械的特性、微細構造に一定の影響を与えることがわかりました。一度焼結して緻密にしたマシナブルジルコニアセラミックの機械的特性は、二度焼結したものよりも優れています。マシナブルジルコニアセラミックスは、１回焼結したものは２回焼結したものよりも二軸曲げ強度や破壊靱性が高くなる。一次焼結ジルコニアセラミックスの破壊モードは粒内/粒界であり、亀裂の発生は比較的直線的です。二度焼結したジルコニアセラミックスの破壊モードは主に粒界破壊であり、亀裂の傾向はより曲がりくねっています。複合破壊モードの特性は、単純な粒界破壊モードよりも優れています。

焼結真空

ジルコニアは真空環境で焼結する必要があり、焼結プロセスでは多数の気泡が発生します。真空環境では、磁器本体の溶融状態から気泡が排出されやすくなり、ジルコニアの密度が向上し、それによって密度が増加します。ジルコニアの半透性と機械的特性。

加熱速度

ジルコニアの焼結プロセスでは、良好な性能と期待される結果を得るには、より低い加熱速度を採用する必要があります。加熱速度が高いと、最終焼結温度に達する際にジルコニアの内部温度が不均一になり、亀裂の発生や細孔の形成につながります。結果は、加熱速度の増加に伴い、ジルコニア結晶の結晶化時間が短縮され、結晶間のガスが排出できなくなり、ジルコニア結晶内部の多孔率がわずかに増加することを示した。加熱速度の増加に伴い、ジルコニアの正方晶相中に少量の単斜晶相が存在し始め、機械的特性に影響を及ぼします。同時に、加熱速度の増加に伴い粒子は分極され、より大きな粒子とより小さな粒子が共存しやすくなります。加熱速度が遅いと、より均一な粒子の形成が促進され、ジルコニアの半透性が増加します。