введение в свойства стоматологической циркониевой керамики

с постоянным развитием стоматологических реставрационных технологий количество типов стоматологических реставрационных материалов постепенно увеличивалось. керамика широко используется в различных областях стоматологических реставрационных материалов благодаря своим хорошим механическим свойствам, биосовместимости и структурной стабильности. в зависимости от типа керамики стоматологические цельнокерамические материалы представляют собой фарфор, отлитый под давлением, стеклокерамику и циркониевую керамику. литой фарфор и стеклокерамика, изготовленные методом горячего литья под давлением, имеют относительно низкую прочность. напротив, циркониевая керамика имеет более высокие механические свойства за счет упрочнения моноклинной и тетрагональной фаз и больше подходит для использования в качестве стоматологических материалов. кроме того, диоксид циркония имеет ряд преимуществ: структурную стабильность, инертность в среде полости рта, хорошую биосовместимость и относительно высокое светопропускание. поэтому более 95 процентов цельнокерамических коронок и мостовидных протезов изготавливаются из циркониевой керамики.

i. основные свойства циркониевой керамики

порошок циркония высокой чистоты имеет белый цвет, циркониевая керамика – меловую. относительная молекулярная масса 123,223 г/моль, плотность 5,85 г/см3, температура плавления 2715 ℃. цирконий имеет три кристаллические структуры: моноклинную фазу, тетрагональную фазу и кубическую фазу. эти три кристаллические структуры имеют разную морфологию при разных температурах плавления и трансформируются при определенных температурных условиях. температура перехода моноклинной и тетрагональной фаз друг в друга составляет около 1150°с, а температура перехода друг в друга тетрагональной и кубической фаз — около 2370°с. при превращении тетрагональной фазы диоксида циркония в моноклинную фазу диоксида циркония происходит мартенситное фазовое превращение, сопровождающееся объемным расширением.

ii. упрочнение циркониевой керамики

по сравнению с металлами вязкость разрушения керамических материалов обычно на 1–2 порядка ниже. циркониевую керамику можно упрочнить различными способами для повышения ее вязкости разрушения. основными механизмами упрочнения являются: упрочнение фазового перехода, вызванное напряжением, упрочнение микротрещин, изгиб с микротрещинами, бифуркационное и мостиковое упрочнение, нитевидное упрочнение, диффузное упрочнение, мелкокристаллическое упрочнение, упрочнение волокна. и т.д., на практике, прочность материала циркониевой керамики часто представляет собой различные механизмы повышения ударной вязкости, которые часто являются общим результатом действия. в настоящее время для лабораторных измерений вязкости разрушения циркониевой керамики наиболее широко используются методы: метод одностороннего надреза и метод индентирования.

исследования прочности циркониевой керамики начались еще в 1950-х годах, после того, как в 1975 году было обнаружено явление фазового перехода, некоторые исследователи полагают, что упрочнение циркониевой керамики при фазовом переходе под напряжением из-за внешнего напряжения, возникающего в результате трещины, кончика трещины. напряжение может быть вызвано мартенситным фазовым переходом t → m, объемное расширение, создаваемое зернами фазового перехода, будет подавлять расширение трещины, тем самым улучшая ударную вязкость материала. однако на начальном этапе фазового перехода деформация расширения, существующая в пределах угла 120° вершины трещины, вызовет снижение вязкости диоксида циркония, после чего объемное расширение будет препятствовать расширению трещины, так что вязкость будет быстро улучшается, а вязкость разрушения растет медленно, когда трещина расширяется до 5 ~ 10 часов.

iii.низкотемпературное окисление циркониевой керамики.

в низкотемпературной влажной среде диоксид циркония подвергается фазовому переходному старению, которое по существу является мартенситным фазовым переходом: нетермодинамическим, недиффузионным изменением кристаллической структуры. низкотемпературное старение сначала происходит на поверхности материала, т. е. фазовый переход, фазовый переход сопровождается объемным расширением, в результате чего на поверхности материала образуются неровности и микротрещины, ухудшаются эстетические свойства; впоследствии молекулы воды вдоль микротрещин проникают во внутреннюю часть подложки, что вызвано фазовым переходом материала внутри диоксида циркония, что приводит к образованию макротрещин и, в конечном итоге, к ухудшению механических свойств и даже вызывает внезапное отказ. после большого количества экспериментальных исследований характеристики процесса низкотемпературного старения в основном включают четыре пункта:

1) низкотемпературное старение представляет собой автокаталитический процесс без теплопроводности, причем tm фазопереходное старение протекает по механизму зародышеобразования-роста (нг) м-фазы;
2) изменения условий старения (температура, время, вода или водяной пар) ускоряют старение диоксида циркония;
3) старение приводит к увеличению содержания м-фазы в материале, снижению ударной вязкости и ухудшению эстетических свойств;

4) содержание стабилизатора и размер зерна напрямую влияют на устойчивость диоксида циркония к низкотемпературному старению.

нажмите, чтобы узнать больше: /материалы/циркониевый блок/