ویژگی های زیرکونیا

محبوب ترین سیستم های سرامیکی دندانی مواد مبتنی بر سیلیس، لوسیت، لیتیوم دی سیلیکات، آلومینا و زیرکونیا هستند. در حال حاضر، سرامیک‌های مبتنی بر زیرکونیا به دلایل مختلف، چالش‌برانگیزترین پژوهش‌ها هستند.

زیرکونیا (زیرکونیوم دی اکسید، ZrO2) که به عنوان "فولاد سرامیکی" نیز نامیده می شود، دارای خواص بهینه برای استفاده دندانپزشکی است: چقرمگی، استحکام و مقاومت در برابر خستگی، علاوه بر خواص سایش عالی و زیست سازگاری.

زیرکونیوم (Zr) یک فلز بسیار قوی با خواص شیمیایی و فیزیکی مشابه تیتانیوم (Ti) است. اتفاقاً، Zr و Ti دو فلزی هستند که معمولاً در دندانپزشکی ایمپلنت استفاده می‌شوند، بیشتر به این دلیل که سلول‌های استخوان‌ساز (استئوبلاست‌ها) را که برای استئواینتگراسیون ضروری هستند، مهار نمی‌کنند.

زیرکونیای دندانی اغلب یک ایتریای اصلاح شده است (Y2O3) پلی کریستال زیرکونیا چهارضلعی (Y-TZP). ایتریا برای تثبیت دگرگونی ساختار کریستالی در حین پخت در دمای بالا و بهبود خواص فیزیکی زیرکونیا اضافه می شود. با گرم شدن، فاز مونوکلینیک زیرکونیا در دمای 1187 درجه سانتیگراد به فاز چهار ضلعی تبدیل می شود، در دمای 1197 درجه سانتیگراد به اوج خود می رسد و در دمای 1206 درجه سانتیگراد به پایان می رسد. در هنگام خنک شدن، تبدیل از فاز تتراگونال به فاز مونوکلینیک در دمای 1052 درجه سانتیگراد شروع می شود، در دمای 1048 درجه سانتیگراد به اوج می رسد و در دمای 1020 درجه سانتیگراد به پایان می رسد و رفتار پسماند از خود نشان می دهد. تبدیل فاز زیرکونیا تتراگونال به تک کلینیک به عنوان یک تبدیل مارتنزیتی شناخته شده است. در طول این تبدیل فاز زیرکونیا، سلول واحد پیکربندی مونوکلینیک حدود 4 درصد حجم بیشتری نسبت به پیکربندی چهار ضلعی اشغال می کند که یک تغییر حجم نسبتاً بزرگ است. اگر از اکسیدهای تثبیت کننده استفاده نشود، این می تواند منجر به ایجاد ترک های سرامیکی شود. سریا (CEO2)، ایتریا (Y2O3آلومینا (Al2O3منیزیم (MgO) و کلسیا (CaO) به عنوان اکسیدهای تثبیت کننده استفاده شده است. بنابراین، از آنجایی که فاز مونوکلینیک در شرایط خنک کاری معمولی تشکیل نمی‌شود، فازهای مکعبی و تتراگونال حفظ می‌شوند و از ایجاد ترک به دلیل تبدیل فاز اجتناب می‌شود. همچنین توجه به این نکته مهم است که تثبیت ساختارهای چهار ضلعی و مکعبی به مقادیر متفاوتی از مواد ناخالص (تثبیت کننده) نیاز دارد. فاز تتراگونال در غلظت‌های ناخالص کمتر از فاز مکعبی تثبیت می‌شود. با این حال، راه دیگری برای تثبیت فاز تتراگونال در دمای اتاق، کاهش اندازه کریستال است (متوسط ​​اندازه دانه بحرانی<؛ 0.3 میکرومتر است). این اثر به اختلاف انرژی سطح نسبت داده شده است. در نتیجه، سرامیک‌های مبتنی بر زیرکونیا که برای اهداف زیست‌پزشکی استفاده می‌شوند، معمولاً به‌عنوان یک زیرکونیای تتراگونال تا حدی تثبیت‌شده (PSZ) در دمای اتاق وجود دارند. فراپایدار به این معنی است که انرژی محبوس شده هنوز در ماده وجود دارد تا آن را به فاز مونوکلینیک برگرداند. مشخص شد که تنش بسیار موضعی قبل از یک ترک در حال انتشار برای تحریک دانه‌های زیرکونیا برای تبدیل شدن در مجاورت نوک ترک کافی است. در این حالت، افزایش 4 درصدی حجم سودمند می شود، که اساساً ترک را فشرده می کند تا بسته شود و چقرمگی را افزایش می دهد که به عنوان سخت شدن تبدیل شناخته می شود.