Влияние спекания на свойства циркониевой керамики
Как вид керамического материала, цирконий обладает высокой прочностью, высокой твердостью, хорошей износостойкостью, устойчивостью к кислотам и щелочам, устойчивостью к высоким температурам и другими превосходными свойствами. Помимо широкого использования в промышленной сфере, благодаря бурному развитию индустрии зубных протезов в последние годы, циркониевая керамика стала наиболее потенциальным материалом для зубных протезов и привлекла внимание многих исследователей.
На характеристики циркониевой керамики будет влиять множество факторов, сегодня мы говорим о влиянии спекания на некоторые свойства циркониевой керамики.
Метод спекания
Традиционный метод спекания заключается в нагреве тела за счет теплового излучения, теплопроводности, тепловой конвекции, так что тепло передается от поверхности диоксида циркония внутрь, но теплопроводность диоксида циркония хуже, чем у оксида алюминия и других керамических материалов. Чтобы предотвратить растрескивание, вызванное термическим напряжением, традиционная скорость нагрева низкая, а время длительное, что делает цикл производства диоксида циркония продолжительным, а себестоимость производства высокой. В последние годы совершенствование технологии обработки диоксида циркония, сокращение времени обработки, снижение производственных затрат и создание высокоэффективных стоматологических циркониевых керамических материалов стали предметом исследований, а микроволновое спекание, несомненно, является многообещающим методом спекания.
Установлено, что микроволновое спекание и спекание при атмосферном давлении не имеют существенной разницы по влиянию полупроницаемости и износостойкости. Причина в том, что плотность диоксида циркония, полученного микроволновым спеканием, аналогична плотности обычного спекания, и оба являются плотным спеканием, но преимуществами микроволнового спекания являются низкая температура спекания, высокая скорость и короткое время спекания. Однако скорость повышения температуры при спекании при атмосферном давлении медленная, время спекания больше, а общее время спекания составляет примерно 6-11 часов. По сравнению со спеканием под обычным давлением микроволновое спекание представляет собой новый метод спекания, который имеет преимущества короткого времени спекания, высокой эффективности и энергосбережения, а также может улучшить микроструктуру керамики.
Некоторые ученые также полагают, что диоксид циркония после микроволнового спекания может сохранять более метастабильную теквартетную фазу, возможно, потому, что быстрый микроволновый нагрев может обеспечить быстрое уплотнение материала при более низкой температуре, размер зерна меньше и более однороден, чем при спекании при нормальном давлении, ниже, чем критический размер фазового превращения t-ZrO2, который способствует поддержанию максимально возможного метастабильного состояния при комнатной температуре, улучшая прочность и ударную вязкость керамических материалов.
Двойной процесс спекания
Компактную спеченную циркониевую керамику можно обрабатывать только наждачными режущими инструментами из-за высокой твердости и прочности, а стоимость обработки высока и время продолжительно. Чтобы решить вышеупомянутые проблемы, иногда циркониевая керамика будет использоваться дважды в процессе спекания, после формирования керамического тела и первоначального спекания, обработки с усилением CAD / CAM до желаемой формы, а затем спекания до конечной температуры спекания, чтобы сделать материал абсолютно плотный.
Установлено, что два процесса спекания изменят кинетику спекания циркониевой керамики и окажут определенное влияние на плотность спекания, механические свойства и микроструктуру циркониевой керамики. Механические свойства обрабатываемой циркониевой керамики, спеченной один раз до плотного состояния, лучше, чем у керамики, спеченной дважды. Прочность на двухосный изгиб и вязкость разрушения обрабатываемой циркониевой керамики, спеченной один раз, выше, чем у керамики, спеченной дважды. Режим разрушения первично спеченной циркониевой керамики является трансгранулярным/межзеренным, а распространение трещины относительно прямолинейное. Режим разрушения дважды спеченной циркониевой керамики представляет собой в основном межкристаллитное разрушение, а тенденция растрескивания более извилистая. Свойства сложного режима разрушения лучше, чем простого межзеренного режима разрушения.
Спекание в вакууме
Цирконий необходимо спекать в вакуумной среде, в процессе спекания образуется большое количество пузырьков, а в вакуумной среде пузырьки легко отделяются от расплавленного состояния фарфорового тела, улучшая плотность диоксида циркония, тем самым увеличивая полупроницаемость и механические свойства диоксида циркония.
Скорость нагрева
В процессе спекания диоксида циркония, чтобы получить хорошие характеристики и ожидаемые результаты, следует использовать более низкую скорость нагрева. Высокая скорость нагрева делает внутреннюю температуру диоксида циркония неравномерной при достижении конечной температуры спекания, что приводит к появлению трещин и образованию пор. Результаты показывают, что с увеличением скорости нагрева время кристаллизации кристаллов диоксида циркония сокращается, газ между кристаллами не может выделяться, а пористость внутри кристаллов диоксида циркония несколько увеличивается. С увеличением скорости нагрева в тетрагональной фазе диоксида циркония начинает существовать небольшое количество моноклинной кристаллической фазы, что будет влиять на механические свойства. В то же время с увеличением скорости нагрева зерна будут поляризоваться, то есть легко сосуществовать более крупным и более мелким зернам. Более медленная скорость нагрева способствует образованию более однородных зерен, что увеличивает полупроницаемость диоксида циркония.
Время публикации: 24 июля 2023 г.