氧化锆珠
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烧结对氧化锆陶瓷性能的影响

作者:zhimo 时间:2021-03-29 阅读量:

  氧化锆作为一种陶瓷材料,具有强度高、硬度大、耐磨性好、耐酸碱、耐高温等优异性能。除了被广泛应用于工业领域外,随着近年来义齿行业的蓬勃发展,氧化锆陶瓷又成为了最有潜力的义齿材料而受到众多研究者的关注。
  

  
  氧化锆陶瓷的性能会受到很多因素的影响,今天我们来聊一聊烧结对氧化锆陶瓷某些性能的影响。
  
  烧结方式
 
  
  传统的烧结方式是加热体通过热辐射,热传导,热对流的方式,使热量是从氧化锆表面向内部,但氧化锆导热性能比氧化铝和其他陶瓷材料的导热性能差。为防止热应力引起的开裂,传统加热升温速度慢、时间长,使得氧化锆的制作周期较长,制作成本高。改良氧化锆的加工工艺,缩短加工时间,降低制作成本,临床提供高性能的牙科氧化锆全瓷材料逐渐成为近年来研究的热点,而微波烧结无疑是一种有前途的烧结方式。
  
  经研究发现,微波烧结与常压烧结对其半透性以及耐磨损的影响没有较大差别,究其原因微波烧结所得的氧化锆的密度与常规烧结的密度相近,都是致密烧结,但微波烧结的优势在于烧结温度低、速度快、烧结时间缩短。但是常压烧结升温速率较慢,烧结时间较长,整个烧结时间大致为6-11h。与常压烧结相比,微波烧结是一种新型的烧结方法,具有烧结时间短,高效节能,同时能改善陶瓷的微观结构等优点。
  
  也有学者认为微波烧结后氧化锆能较多的维持亚稳定的四方相,可能是由于微波快速加热能实现较低温度下材料的迅速致密化,晶粒比常压烧结的细小均匀,低于t-ZrO2的临界相变尺寸,从而有利于在室温下尽可能多的保持在亚稳态,提高陶瓷材料强度和韧性。
  
  两次烧结工艺
 
  
  致密烧结的氧化锆陶瓷由于硬度高、强度大,只能用金刚砂刀具进行加工,加工成本高、时间长。为解决上述问题,某些时候会采用氧化锆陶瓷的两次烧结工艺,在陶瓷坯体成型及初步烧结后,经CAD/CAM放大切削加工到所需形状,再烧结到最终烧结温度使材料完全致密。
  
  经研究发现,两次烧结工艺会改变氧化锆陶瓷的烧结动力学,对氧化锆陶瓷的烧结密度、机械性能及显微结构均会造成一定的影响。一次致密烧结的可切削氧化锆陶瓷较两次烧结的可切削氧化锆陶瓷机械性能好,一次烧结氧化锆陶瓷的双轴弯曲强度和断裂韧性高于二次烧结性能。一次烧结氧化锆陶瓷的断裂模式为穿晶/沿晶复合型,裂纹走向较直;两次烧结氧化锆陶瓷的断裂模式主要为沿晶断裂,裂纹走向较曲折,复合型断裂模式的材料性能好于单纯的沿晶断裂模式。
  
  烧结真空度
  
  
  氧化锆必须在真空环境下烧结,在烧结过程中会产生大量的气泡,而在真空的环境下,气泡容易从熔融状态的瓷体中排出,提高了氧化锆的致密度,从而增加了氧化锆的半透性和力学性能。
  
  升温速率
  
  
  氧化锆在烧结过程中,为了获得良好性能和预期效果,应采用较低的升温速率。高的升温速率使得氧化锆在达到最终烧结温度时,内部的温度不均匀,导致裂纹出现和气孔形成。经研究证明随着升温速率的升高,氧化锆晶体因结晶时间缩短,晶体间的气体不能排出,内部的气孔率略有增加;随着升温速率的升高,四方相的氧化锆中开始有少量的单斜晶相存在,这均会对力学性能产生影响。同时,随着升温速率的升高,晶粒会出现两极化,即容易出现较大和较小晶粒共存的情况。较慢的升温速率有利于形成较均匀的晶粒,从而使氧化锆的半透性增加。