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，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)時間縮短。但是常壓燒結(jié)升溫速率較慢，燒結(jié)時間較長，整個燒結(jié)時間大致為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)時間短，高效節(jié)能，同時能改善陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)等優(yōu)點。

也有學(xué)者認為微波燒結(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、強度大，只能用金剛砂刀具進行加工，加工成本高、時間長。為解決上述問題，某些時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械性能好，一次燒結(jié)氧化鋯陶瓷的雙軸彎曲強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到最終燒結(jié)溫度時，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，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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