Vpliv sintranja na lastnosti cirkonijeve keramike

Vpliv sintranja na lastnosti cirkonijeve keramike

Kot nekakšen keramični material ima cirkonij visoko trdnost, visoko trdoto, dobro odpornost proti obrabi, odpornost na kisline in alkalije, odpornost na visoke temperature in druge odlične lastnosti.Poleg tega, da se široko uporablja na industrijskem področju, je z močnim razvojem industrije protez v zadnjih letih cirkonijeva keramika postala najbolj potencialni material za proteze in je pritegnila pozornost številnih raziskovalcev.

Na zmogljivost cirkonijeve keramike bo vplivalo veliko dejavnikov, danes govorimo o vplivu sintranja na nekatere lastnosti cirkonijeve keramike.

Metoda sintranja

Tradicionalna metoda sintranja je segrevanje telesa s toplotnim sevanjem, toplotno prevodnostjo, toplotno konvekcijo, tako da je toplota s površine cirkonijevega oksida v notranjost, vendar je toplotna prevodnost cirkonijevega oksida slabša kot pri aluminijevem oksidu in drugih keramičnih materialih.Da bi preprečili razpoke, ki jih povzroča toplotna obremenitev, je tradicionalna hitrost segrevanja počasna in čas dolg, zaradi česar je proizvodni cikel cirkonijevega oksida dolg, proizvodni stroški pa visoki.V zadnjih letih so izboljšanje tehnologije obdelave cirkonijevega oksida, skrajšanje časa obdelave, zmanjšanje proizvodnih stroškov in zagotavljanje visoko zmogljivih zobnih cirkonijevih keramičnih materialov postali središče raziskav, mikrovalovno sintranje pa je nedvomno obetavna metoda sintranja.

Ugotovljeno je, da mikrovalovno sintranje in sintranje pri atmosferskem tlaku nimata bistvene razlike v vplivu polprepustnosti in odpornosti proti obrabi.Razlog je v tem, da je gostota cirkonijevega oksida, pridobljenega z mikrovalovnim sintranjem, podobna gostoti pri običajnem sintranju, pri obeh gre za gosto sintranje, vendar so prednosti mikrovalovnega sintranja nizka temperatura sintranja, visoka hitrost in kratek čas sintranja.Vendar je hitrost dviga temperature pri sintranju pod atmosferskim tlakom počasna, čas sintranja je daljši in celoten čas sintranja je približno 6-11 ur.V primerjavi z običajnim tlačnim sintranjem je mikrovalovno sintranje nova metoda sintranja, ki ima prednosti kratkega časa sintranja, visoke učinkovitosti in varčevanja z energijo ter lahko izboljša mikrostrukturo keramike.

Nekateri učenjaki prav tako verjamejo, da lahko cirkonij po mikrovalovnem sintranju ohrani bolj metastabilno tekvartetno fazo, verjetno zato, ker lahko hitro segrevanje v mikrovalovni pečici doseže hitro zgoščevanje materiala pri nižji temperaturi, velikost zrn je manjša in bolj enakomerna kot pri običajnem sintranju pod tlakom, nižja od velikost kritične fazne transformacije t-ZrO2, ki vodi do čim večjega ohranjanja v metastabilnem stanju pri sobni temperaturi, kar izboljša trdnost in žilavost keramičnih materialov.

Postopek dvojnega sintranja

Kompaktno sintrano cirkonijevo keramiko je mogoče obdelovati samo s smirkovimi rezalnimi orodji zaradi visoke trdote in trdnosti, stroški obdelave pa so visoki in čas dolg.Da bi rešili zgornje težave, bo včasih cirkonijeva keramika uporabljena dvakratni postopek sintranja, po oblikovanju keramičnega telesa in začetnem sintranju, CAD/CAM ojačana obdelava do želene oblike in nato sintranje do končne temperature sintranja, da se doseže material popolnoma gost.

Ugotovljeno je bilo, da bosta dva postopka sintranja spremenila kinetiko sintranja cirkonijeve keramike in imela določene učinke na gostoto sintranja, mehanske lastnosti in mikrostrukturo cirkonijeve keramike.Mehanske lastnosti obdelovalne cirkonijeve keramike, sintrane enkrat na gostoto, so boljše od dvakrat sintrane.Dvoosna upogibna trdnost in lomna žilavost obdelovalne cirkonijeve keramike, sintrane enkrat kompaktno, sta višji kot dvakrat sintrane.Način loma primarne sintrane cirkonijeve keramike je transgranularen/medgranularen, razpoka pa je relativno ravna.Način loma dvakrat sintrane cirkonijeve keramike je predvsem intergranularni lom, trend razpok pa je bolj vijugast.Lastnosti kompozitnega načina loma so boljše od enostavnega intergranularnega načina loma.

Sintranje v vakuumu

Cirkonij je treba sintrati v vakuumskem okolju, v procesu sintranja bo nastalo veliko število mehurčkov, v vakuumskem okolju pa se mehurčki zlahka izpustijo iz staljenega stanja porcelanskega telesa, izboljšajo gostoto cirkonijevega oksida in s tem povečajo polprepustnost in mehanske lastnosti cirkonijevega oksida.

Stopnja ogrevanja

V procesu sintranja cirkonijevega oksida je treba za doseganje dobre učinkovitosti in pričakovanih rezultatov uporabiti nižjo stopnjo segrevanja.Zaradi visoke stopnje segrevanja je notranja temperatura cirkonijevega oksida neenakomerna, ko doseže končno temperaturo sintranja, kar vodi do pojava razpok in tvorbe por.Rezultati kažejo, da se s povečanjem hitrosti segrevanja čas kristalizacije cirkonijevih kristalov skrajša, plin med kristali se ne more izprazniti in poroznost znotraj cirkonijevih kristalov se rahlo poveča.S povečanjem hitrosti segrevanja začne v tetragonalni fazi cirkonijevega oksida obstajati majhna količina monoklinične kristalne faze, kar bo vplivalo na mehanske lastnosti.Hkrati se bodo z naraščanjem hitrosti segrevanja zrna polarizirala, kar pomeni, da je sobivanje večjih in manjših zrn enostavno.Nižja stopnja segrevanja vodi k nastanku bolj enotnih zrn, kar poveča polprepustnost cirkonijevega dioksida.