Efectul sinterizării asupra proprietăților ceramicii din zirconiu

Efectul sinterizării asupra proprietăților ceramicii din zirconiu

Ca un fel de material ceramic, zirconiul are rezistență ridicată, duritate ridicată, rezistență bună la uzură, rezistență la acizi și alcali, rezistență la temperaturi ridicate și alte proprietăți excelente. Pe lângă faptul că este utilizată pe scară largă în domeniul industrial, odată cu dezvoltarea viguroasă a industriei protezelor dentare în ultimii ani, ceramica din zirconiu a devenit materialele pentru proteze dentare cu cele mai potențiale și a atras atenția multor cercetători.

Performanța ceramicii din zirconiu va fi afectată de mulți factori, astăzi vorbim despre impactul sinterizării asupra unor proprietăți ale ceramicii din zirconiu.

Metoda de sinterizare

Metoda tradițională de sinterizare este de a încălzi corpul prin radiație termică, conducție termică, convecție a căldurii, astfel încât căldura să fie de la suprafața zirconiei către interior, dar conductivitatea termică a zirconiei este mai slabă decât cea a aluminei și a altor materiale ceramice. Pentru a preveni fisurarea cauzată de stresul termic, viteza tradițională de încălzire este lentă și timpul este lung, ceea ce face ca ciclul de producție al zirconiei să fie lung și costul de producție este ridicat. În ultimii ani, îmbunătățirea tehnologiei de procesare a zirconiei, scurtarea timpului de procesare, reducerea costurilor de producție și furnizarea de materiale ceramice dentare de zirconiu de înaltă performanță au devenit centrul cercetării, iar sinterizarea cu microunde este, fără îndoială, o metodă de sinterizare promițătoare.

S-a constatat că sinterizarea cu microunde și sinterizarea la presiune atmosferică nu au nicio diferență semnificativă asupra influenței semi-permeabilității și rezistenței la uzură. Motivul este că densitatea zirconiei obținute prin sinterizarea cu microunde este similară cu cea a sinterizării convenționale și ambele sunt sinterizarea densă, dar avantajele sinterizării cu microunde sunt temperatura scăzută de sinterizare, viteza rapidă și timpul scurt de sinterizare. Cu toate acestea, rata de creștere a temperaturii sinterizării la presiunea atmosferică este lentă, timpul de sinterizare este mai lung și întregul timp de sinterizare este de aproximativ 6-11 ore. În comparație cu sinterizarea la presiune normală, sinterizarea cu microunde este o nouă metodă de sinterizare, care are avantajele unui timp scurt de sinterizare, eficiență ridicată și economie de energie și poate îmbunătăți microstructura ceramicii.

Unii cercetători cred, de asemenea, că zirconia după sinterizarea cu microunde poate menține faza tequartet mai metastabilă, posibil pentru că încălzirea rapidă cu microunde poate realiza o densificare rapidă a materialului la o temperatură mai scăzută, dimensiunea granulelor este mai mică și mai uniformă decât cea a sinterizării la presiune normală, mai mică decât mărimea transformării fazei critice a t-ZrO2, care este favorabilă menținerii cât mai mult posibil în stare metastabilă la temperatura camerei, îmbunătățind rezistența și tenacitatea materialelor ceramice.

Proces de sinterizare dublu

Ceramica compactă din zirconiu sinterizat poate fi prelucrată numai cu scule de tăiat smirghel datorită durității și rezistenței ridicate, iar costul de prelucrare este mare și timpul este lung. Pentru a rezolva problemele de mai sus, uneori ceramica din zirconiu va fi folosită de două ori proces de sinterizare, după formarea corpului ceramic și sinterizarea inițială, prelucrarea de amplificare CAD/CAM la forma dorită și apoi sinterizarea la temperatura finală de sinterizare pentru a face materialul complet dens.

Se constată că două procese de sinterizare vor modifica cinetica de sinterizare a ceramicii din zirconiu și vor avea anumite efecte asupra densității de sinterizare, proprietăților mecanice și microstructurii ceramicii din zirconiu. Proprietățile mecanice ale ceramicii din zirconiu prelucrabile sinterizate o dată dens sunt mai bune decât cele sinterizate de două ori. Rezistența la încovoiere biaxială și duritatea la rupere a ceramicii din zirconiu prelucrabile sinterizate odată compacte sunt mai mari decât cele sinterizate de două ori. Modul de fractură al ceramicii primare din zirconiu sinterizat este transgranular/intergranular, iar lovitura fisurii este relativ dreaptă. Modul de fractură al ceramicii din zirconiu sinterizat de două ori este în principal fractură intergranulară, iar tendința de fisurare este mai sinuoasă. Proprietățile modului de fractură compozit sunt mai bune decât modul de fractură intergranulară simplu.

Vid de sinterizare

Zirconia trebuie sinterizată într-un mediu de vid, în procesul de sinterizare va produce un număr mare de bule, iar într-un mediu de vid, bulele sunt ușor de descărcat din starea de topire a corpului de porțelan, îmbunătățind densitatea zirconiei, crescând astfel semi-permeabilitatea și proprietățile mecanice ale zirconiei.

Rata de incalzire

În procesul de sinterizare a zirconiei, pentru a obține performanțe bune și rezultate așteptate, trebuie adoptată o viteză de încălzire mai mică. Viteza mare de încălzire face ca temperatura internă a zirconiei să fie neuniformă la atingerea temperaturii finale de sinterizare, ducând la apariția de fisuri și formarea de pori. Rezultatele arată că odată cu creșterea vitezei de încălzire, timpul de cristalizare al cristalelor de zirconiu este scurtat, gazul dintre cristale nu poate fi descărcat, iar porozitatea din interiorul cristalelor de zirconiu crește ușor. Odată cu creșterea vitezei de încălzire, în faza tetragonală a zirconiei începe să existe o cantitate mică de fază de cristal monoclinic, care va afecta proprietățile mecanice. În același timp, odată cu creșterea vitezei de încălzire, boabele vor fi polarizate, adică coexistența boabelor mai mari și mai mici este ușoară. Viteza de încălzire mai lentă este favorabilă formării de boabe mai uniforme, ceea ce crește semipermeabilitatea zirconiei.