Απαράμιλλη αντοχή με κεραμικό ζιρκονίας

Η ζιρκονία προσφέρει προηγμένες λύσεις υλικών για ένα ευρύ φάσμα βιομηχανικών εφαρμογών. Από το σύνθετο θαύμα του ZTA έως τις ανθεκτικές ιδιότητες του Ce-TZP, η ποικιλομορφία των συνθέσεών του παρέχει λύσεις υψηλής απόδοσης που καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα βιομηχανικών αναγκών.

Πολλοί παράγοντες μπορούν να επηρεάσουν τη μηχανική απόδοση του κεραμικού ζιρκονίας που κατασκευάζεται με προσθετική μέθοδο, συμπεριλαμβανομένης της αναλογίας αιωρήματος πρώτης ύλης, του πορώδους και των συσσωματωμάτων, της σύνδεσης μεταξύ των στρώσεων και της συρρίκνωσης.

De Corematrix (r) 3D Pro

Τα κεραμικά μπλοκ αποτελούν ολοένα και πιο δημοφιλή επιλογή για οδοντιατρικές αποκαταστάσεις, καθώς είναι ισχυρότερα και ανθεκτικότερα από άλλα υλικά αποκατάστασης. Τα κεραμικά μπλοκ διαθέτουν επίσης χαμηλότερο συντελεστή θερμικής διαστολής - που σημαίνει ότι δεν θα διαστέλλονται ή θα συστέλλονται καθώς η θερμοκρασία αυξομειώνεται, γεγονός που τα καθιστά ιδανικά για χρήση σε περιοχές που υπόκεινται σε διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, όπως οι κορώνες και οι όψεις. Επιπλέον, τα κεραμικά μπλοκ μπορούν να καθαριστούν ευκολότερα από άλλα υλικά - άλλος ένας παράγοντας που καθιστά το κεραμικό μια ελκυστική επιλογή σε οδοντιατρικές εφαρμογές που απαιτούν ανθεκτικότητα.

Οι ολοκεραμικές προσθέσεις που κατασκευάζονται με CAD/CAM μπορούν να προσφέρουν στους ασθενείς μακροχρόνια και όμορφα αποτελέσματα, αλλά δεν είναι όλα τα κεραμικά ίδια. Ορισμένα κεραμικά προσφέρουν καλύτερη βιοσυμβατότητα και αισθητική από άλλα, οπότε η επιλογή του ιδανικού υλικού για τις ατομικές ανάγκες κάθε ασθενούς είναι το κλειδί. Το διπυριτικό λίθιο και η ζιρκονία είναι σήμερα δύο δημοφιλείς επιλογές όταν χρησιμοποιούνται για επανορθωτικές θεραπείες.

Όμως, με τις εξελίξεις στην τεχνολογία CAD/CAM, οι οδοντίατροι έχουν πλέον περισσότερες επιλογές. Το ZrO (σταθεροποιημένη με ύττρια ζιρκονία) είναι ένα εξαιρετικά σκληρό υλικό με μία από τις υψηλότερες μηχανικές ιδιότητες που έχουν καταγραφεί ποτέ για οδοντιατρικά κεραμικά- και έχει αντοχή σε κάμψη έως και 100 MPa, πράγμα που σημαίνει ότι αντιστέκεται αποτελεσματικότερα στη θραύση από τις στεφάνες PFM ή τις στεφάνες με βάση μέταλλο. Επιπλέον, το μονολιθικό ZrO δεν περιέχει ευάλωτα στρώματα που το συγκολλούν με υλικά υποστυλωμάτων όπως ο χρυσός ή τα υλικά υποστυλωμάτων πορσελάνης, επιτρέποντας την κατασκευή μέσω συστημάτων CAD/CAM.

Άξονες ZTA

Το κεραμικό ZTA είναι ένα προηγμένο υβριδικό υλικό ζιρκονίας με σκληρυμένη αλουμίνα, το οποίο διαθέτει τα πλεονεκτήματα και των δύο υλικών. Ενώ εξακολουθεί να διαθέτει εξαιρετική αντοχή στην τριβή και βελτιωμένη σκληρότητα/σκληρότητα για μεγαλύτερη απόδοση και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, η σκληρυμένη δομή της ζιρκονίας προσδίδει στο ZTA ανώτερη αντοχή στη διάβρωση, επιτρέποντάς του να αντέχει σε περιβάλλοντα που θα κατέστρεφαν άλλα κεραμικά.

Οι κεραμικοί άξονες ZTA, κατασκευασμένοι από αλουμίνα και ζιρκονία, προσφέρουν το υψηλότερο όριο διαρροής από όλα τα προηγμένα βιομηχανικά κεραμικά, επιτρέποντάς τους να αντέχουν σε υψηλότερες θερμοκρασίες για μεγάλα χρονικά διαστήματα πριν από την εμφάνιση βλάβης. Αυτό το πλεονέκτημα καθιστά τους άξονες ZTA ιδιαίτερα κατάλληλους για εφαρμογές μηχανολογικού εξοπλισμού όπου η πίεση φθοράς και τριβής θα προκαλέσει με την πάροδο του χρόνου βλάβες από κόπωση λόγω τάσης.

Η ζιρκονία με προσθήκη ύττριας γίνεται πολύ ισχυρότερη από την τυπική αλουμίνα και το νιτρίδιο του πυριτίου, παρέχοντάς της δεκαπλάσια αντοχή στην κρούση. Εάν ένα αντικείμενο χτυπήσει έναν κεραμικό άξονα ZTA, τα εγκλείσματα ζιρκονίας λειτουργούν σαν μικροσκοπικά φράγματα που απορροφούν και διαχέουν την ενέργεια πριν σχηματιστούν ρωγμές στη δομή του.

Οι κεραμικοί σωλήνες ZTA έχουν μια σειρά από απαιτητικές εφαρμογές στη μηχανολογία, την πυρίμαχη, τη χημική και τη μεταλλουργική βιομηχανία. Η υψηλή αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, οξέα και αλκάλια σε συνδυασμό με την ανώτερη σκληρότητα και ανθεκτικότητα το καθιστούν ιδανικό μέσο για τη μεταφορά χημικών υγρών ή ως μονωτικά προστατευτικά χιτώνια για τη μεταφορά τους. Επιπλέον, είναι βιοσυμβατά, μη τοξικά και απαλλαγμένα από ρύπους - ιδανικά για ιατρικές και πυρίμαχες χρήσεις!

MSZ

Το κεραμικό υλικό ζιρκονίας είναι ένα από τα πιο ανθεκτικά κεραμικά της αγοράς, παρέχοντας εξαιρετική αντοχή στην τριβή και στη φθορά/σκληρότητα, αποδίδοντας ακόμη και σε περιβάλλοντα λειτουργίας όπου τα πλαστικά, τα μέταλλα και άλλα κεραμικά δεν μπορούν. Η ζιρκονία μπορεί να βρεθεί σε εφαρμογές που περιλαμβάνουν δομικά στοιχεία, δακτυλίους, χιτώνια εμβόλων, μονωτήρες οδηγών.

Οι εικόνες SEM των επιφανειών θραύσης για την αλουμίνα, την MSZ και την YSZ παρουσιάζουν όλες τριμοδικές μικροδομές που επηρεάζουν σημαντικά τον τρόπο θραύσης. Για το YSZ αυτές οι μικροδομές υποδεικνύουν τρόπο αστοχίας ενδοκοκκικής μορφής ενώ στο MSZ και το WO3 αποκαλύπτουν τρόπο αστοχίας διακοκκικής μορφής. τα αποτελέσματα των δοκιμών και των δύο υλικών ήταν κοντά στις πειραματικές τιμές θραύσης και για τα τρία υλικά που εξετάστηκαν.

Τα πορώδη δείγματα μουλίτη που τροποποιήθηκαν με σταθεροποιημένη με μαγνησία ζιρκονία (2,8mol% MgO) και WO3 έχουν το υψηλότερο φαινόμενο πορώδες μεταξύ των πυροσυσσωματωμένων δειγμάτων με μέσο πορώδες 73,2 + 2,2%. Ο διπλασιασμός της ποσότητας WO3 μειώνει το πορώδες σε 66 + 2%.

Τα κεραμικά δείγματα MSZ και WO3 διαθέτουν υψηλές ειδικές θερμοχωρητικότητες σε συνδυασμό με χαμηλές θερμικές διαχυτότητες που ενισχύουν σημαντικά την αντοχή σε θερμικό σοκ σε σύγκριση με τη σταθεροποιημένη με ύττρια ζιρκονία (8mol% Y2O3) και το WO3. Οι δοκιμές TRS με μπάλα επί δακτυλίου της αλουμίνας, της MSZ και της YSZ έδειξαν χαρακτηριστικές αντοχές εντός των αποδεκτών τιμών που αναμένονται από τα τεχνικά κεραμικά, ενώ τα διαμορφωτικά τους στοιχεία Weibull εμπίπτουν σε αποδεκτά εύρη για τα προηγμένα τεχνικά κεραμικά.

CSZ

Η μερικώς σταθεροποιημένη με ύττρια ζιρκονία (Y-PSZ) είναι εδώ και πολύ καιρό το κεραμικό υλικό που χρησιμοποιείται για επικαλύψεις θερμικού φραγμού (TBC). Παρέχει σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες, εξαιρετική ανθεκτικότητα και χαμηλή θερμική αγωγιμότητα - καθώς και γήρανση σε υψηλές θερμοκρασίες λόγω έλλειψης μεταφοράς ιόντων μεταφοράς οξυγόνου- ωστόσο η ανθεκτικότητά του διακυβεύεται από τη γήρανση και τη συμπύκνωση σε υψηλές θερμοκρασίες- η περιορισμένη μεταφορά οξυγόνου μειώνει ακόμη περισσότερο την ανθεκτικότητα. Για να αντιμετωπιστούν αυτές οι ελλείψεις, το κεραμικό Ceria-stabilized Zirconia (CSZ) προσφέρει ανώτερη αντοχή σε θερμικό σοκ μέσω της χρήσης του Ceria-stabilized Zirconia ως προωθητή οξείδωσης καθώς και της κατασκευής διπλού στρώματος που προσφέρει μεγαλύτερη αντοχή σε θερμικό σοκ.

Συγκριτικά με το υτρίτιο % βάρους 8, το CSZ προσφέρει ανώτερα χαρακτηριστικά ανθεκτικότητας και σκληρότητας. Επιπλέον, δεν υφίσταται μετάβαση φάσης σε υψηλές θερμοκρασίες και προσφέρει ανώτερη αντοχή στη συσσωμάτωση. Επιπλέον, οι συντελεστές μεταφοράς θερμότητας και η ικανότητα διάχυσης ιόντων οξυγόνου του επιτρέπουν να αποτρέπει καλύτερα την οξείδωση της συγκολλητικής επικάλυψης και του υποστρώματος.

Τα προηγμένα υλικά, όπως το ζιρκονικό γαδολίνιο (GZO), το αργιλικό εξαλουμινικό λανθάνιο (LaAlO3), το ζιρκονικό ασβέστιο (CaZrO3) και η σταθεροποιημένη με κεραία ζιρκονία (CSZ), χρησιμοποιούνται σε πρωτοποριακά θερμομηχανικά καλύμματα ρουλεμάν (TBC) για να προστατεύουν τα μέταλλα και τα κεραμικά από τη θερμική υποβάθμιση, παρέχοντας μεγαλύτερη προστασία από τη φθορά καθώς και αντοχή στη διάβρωση σε υψηλές θερμοκρασίες σε εφαρμογές αεριοστροβίλων.

Οι ερευνητές διεξήγαγαν δοκιμές θερμής διάβρωσης σε παχιά πολυστρωματικά συστήματα CYSZ για να κατανοήσουν καλύτερα τη συμπεριφορά τους σε υψηλές θερμοκρασίες. Μετά τη διεξαγωγή εκτεταμένης ανάλυσης σε κάθε ζώνη, δεν παρατηρήθηκε καμία ζημιά που να προκαλείται από επιθετικά άλατα που περιέχουν S και Na. Επιπλέον, οι μορφολογίες των ζωνών TGO παρέμειναν συνεπείς με αυτές των επικαλύψεων ακόμη και μετά την ολοκλήρωση των δοκιμών θερμής διάβρωσης.