燒結(jié)對氧化鋯陶瓷性能的影響
鋯作為一種陶瓷材料,具有強(qiáng)度高、硬度大、耐磨性好、耐酸堿、耐高溫等優(yōu)異性能。除了被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域外,隨著近年來義齒行業(yè)的蓬勃發(fā)展,氧化鋯陶瓷又成了最有潛力的義齒材料而受到眾多研究者的關(guān)注。
氧化鋯陶瓷的性能會受到很多因素的影響,今天我們來聊一聊燒結(jié)對氧化鋯陶瓷某些性能的影響。
燒結(jié)方式
傳統(tǒng)的燒結(jié)方式是加熱體通過熱輻射,熱傳導(dǎo),熱對流的方式,使熱量是從氧化鋯表面向內(nèi)部,但氧化鋯導(dǎo)熱性能比氧化鋁和其他陶瓷材料的導(dǎo)熱性能差。為防止熱應(yīng)力引起的開裂,傳統(tǒng)加熱升溫速度慢、時(shí)間長,使得氧化鋯的制作周期較長,制作成本高。改良氧化鋯的加工工藝,縮短加工時(shí)間,降低制作成本,臨床提供高性能的牙科氧化鋯全瓷材料逐漸成為近年來研究的熱點(diǎn),而微波燒結(jié)無疑是一種有前途的燒結(jié)方式。
經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),微波燒結(jié)與常壓燒結(jié)對其半透性以及耐磨損的影響沒有較大差別,究其原因微波燒結(jié)所得的氧化鋯的密度與常規(guī)燒結(jié)的密度相近,都是致密燒結(jié),但微波燒結(jié)的優(yōu)勢在于燒結(jié)溫度低、速度快、燒結(jié)時(shí)間縮短。但是常壓燒結(jié)升溫速率較慢,燒結(jié)時(shí)間較長,整個燒結(jié)時(shí)間大致為6-11h。與常壓燒結(jié)相比,微波燒結(jié)是一種新型的燒結(jié)方法,具有燒結(jié)時(shí)間短,高效節(jié)能,同時(shí)能改善陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。
也有學(xué)者認(rèn)為微波燒結(jié)后氧化鋯能較多的維持亞穩(wěn)定的四方相,可能是由于微波快速加熱能實(shí)現(xiàn)較低溫度下材料的迅速致密化,晶粒比常壓燒結(jié)的細(xì)小均勻,低于t-ZrO2的臨界相變尺寸,從而有利于在室溫下盡可能多的保持在亞穩(wěn)態(tài),提高陶瓷材料強(qiáng)度和韌性。
兩次燒結(jié)工藝
致密燒結(jié)的氧化鋯陶瓷由于硬度高、強(qiáng)度大,只能用金剛砂刀具進(jìn)行加工,加工成本高、時(shí)間長。為解決上述問題,某些時(shí)候會采用氧化鋯陶瓷的兩次燒結(jié)工藝,在陶瓷坯體成型及初步燒結(jié)后,經(jīng)CAD/CAM放大切削加工到所需形狀,再燒結(jié)到最終燒結(jié)溫度使材料完全致密。
經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),兩次燒結(jié)工藝會改變氧化鋯陶瓷的燒結(jié)動力學(xué),對氧化鋯陶瓷的燒結(jié)密度、機(jī)械性能及顯微結(jié)構(gòu)均會造成一定的影響。一次致密燒結(jié)的可切削氧化鋯陶瓷較兩次燒結(jié)的可切削氧化鋯陶瓷機(jī)械性能好,一次燒結(jié)氧化鋯陶瓷的雙軸彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性高于二次燒結(jié)性能。一次燒結(jié)氧化鋯陶瓷的斷裂模式為穿晶/沿晶復(fù)合型,裂紋走向較直;兩次燒結(jié)氧化鋯陶瓷的斷裂模式主要為沿晶斷裂,裂紋走向較曲折,復(fù)合型斷裂模式的材料性能好于單純的沿晶斷裂模式。
燒結(jié)真空度
氧化鋯必須在真空環(huán)境下燒結(jié),在燒結(jié)過程中會產(chǎn)生大量的氣泡,而在真空的環(huán)境下,氣泡容易從熔融狀態(tài)的瓷體中排出,提高了氧化鋯的致密度,從而增加了氧化鋯的半透性和力學(xué)性能。
升溫速率
氧化鋯在燒結(jié)過程中,為了獲得良好性能和預(yù)期效果,應(yīng)采用較低的升溫速率。高的升溫速率使得氧化鋯在達(dá)到最終燒結(jié)溫度時(shí),內(nèi)部的溫度不均勻,導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)和氣孔形成。經(jīng)研究證明隨著升溫速率的升高,氧化鋯晶體因結(jié)晶時(shí)間縮短,晶體間的氣體不能排出,內(nèi)部的氣孔率略有增加;隨著升溫速率的升高,四方相的氧化鋯中開始有少量的單斜晶相存在,這均會對力學(xué)性能產(chǎn)生影響。同時(shí),隨著升溫速率的升高,晶粒會出現(xiàn)兩極化,即容易出現(xiàn)較大和較小晶粒共存的情況。較慢的升溫速率有利于形成較均勻的晶粒,從而使氧化鋯的半透性增加。
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