Tri faze cirkonij-oksida
Cirkonij ili cirkonij-oksid (ZrO2) postoji u različitim oblicima, ovisno o sadržaju itrija i jednolikom ili hibridnom sastavu kristalne rešetke.
Različiti oblici cirkonija izrađeni su od tri različite 'faze', od kojih svaka ima svoju kristalnu strukturu ili rešetku. Cirkonij poprima monokliničku kristalnu strukturu na sobnoj temperaturi i prelazi u tetragonalnu i kubičnu na višim temperaturama. Prijelaz iz monokliničke u tetragonalnu i kubičnu fazu potiče volumenske promjene.
Monoklinički cirkonij ima nisku čvrstoću i prozirnost. Tetragonalni i kubični cirkonij postoje na sobnoj temperaturi i stabilizovani su drugim oksidima, koji se nazivaju "dopanti". Dopanti uključuju itrij-oksid (Y2O3, itrij) i kalcij-oksid (CaO). Često se dodaju i manje količine aluminij-oksida (Al2O3, glinica).
Transformacijsko ojačavanje
Čvrstoća cirkonija
Tetragonalni cirkonij je izuzetno čvrst, zahvaljujući jedinstvenom procesu transformacijskog očvršćivanja. Kada se pukotina počne stvarati, tetragonalni se cirkonij oko pukotine pretvara u monokliničku strukturu te se time širi i povećava čvrstoću materijala. Iako povećava otpornost na pucanje, ponovljeni ciklusi transformacije mogu uzrokovati degradaciju s vremenom, posebno u vlažnom okruženju. To je razlog zašto se pjeskarenje cirkonij-oksida ne smije provoditi pod visokim pritiskom te zašto treba izbjegavati njegovo brušenje nakon sinterizovanja. Sadržaj glinice ublažava proces degradacije.
Čvrstoća i prozirnost: kompromis
Treba dodati oko 3 mol% itrija kako bi materijal bio stabilan na sobnoj temperaturi; ova se vrsta zbog toga ponekad naziva 3Y cirkonij ili 3Y-TZP (tetragonalni stabilizovani cirkonij polikristal; npr. Initial Zirconia Disk HT).
Povećani nivoi itrija (obično 5Y-TZP s 5 mol % Y-TZP ili više) i veći udio kubične faze u cirkonij-dioksidu rezultiraju većom translucencijom, ali smanjuju čvrstoću (npr. Initial Zirconia Disk UHT). Kubični cirkonij ne pokazuje transformacijsku čvrstoću i lomljiviji je od tetragonalnog cirkonija, no čvršći je od monokliničnog cirkonija. Ostali dopanti, kao što je Al2O3, u vrlo malim količinama dodatno utiču na ZrO2 rešetku.
Cirkonij s nižim sadržajem itrija (3Y-TZP, 3 mol % Y-TZP) ima bolje mehaničke osobine i manju translucenciju, dok povećani sadržaj itrija (5Y-TZP s 5 mol % Y-TZP) ima veću translucenciju, ali slabije mehaničke osobine. Pa ipak, još uvijek je čvršći od litij-disilikata!
Zbog toga se cirkonij-oksidna keramika može cementirati konvencionalno (npr. FujiCEM Evolve) ili adhezivno (npr. G-CEM ONE, koji sadrži MDP).
* Saznajte više na našim drugim blogovima:
| Tetragonalna | Tetragonalna / kubična | Tetragonalna / kubična |
|---|---|---|
|
100% tetragonalna |
~75% tetragonalna ~25% kubična |
~50% tetragonalna ~50% kubična |
|
3Y-TZP/0.25 Al2O3 “1. generacija” |
4Y-TZP/0.05 Al2O3 “4. generacija” |
5Y-TZP/0.05 Al2O3 “3. generacija” |
|
3Y-TZP/0.05 Al2O3 “2. generacija” |
5Y-TZP/0.02 Al2O3 “5. generacija” |
Različiti oblici cirkonij-oksidne keramike. Broj ispred “Y” označava molarni udio sadržaja itrija, ne generaciju.
Iako su ovdje ukratko objašnjene glavne vrste cirkonij-oksidne keramike, ona postoji u više različitih oblika i varijanti. Važno je zapamtiti da niti jedna cirkonij-oksidna keramika nije kao druga, što treba imati na umu pri donošenju odluka o terapiji.
- Chevalier J, Gremillard L, Virkar AV, Clarke DR. The Tetragonal-Monoclinic Transformation in Zirconia: Lessons Learned and Future Trends. J Am Ceram Soc. 2009;92(9):1901–1920.
- Belichko DR, Konstantinova TE, Volkova GK, Mirzayev MN, A.V. Maletsky AV, V.V. Burkhovetskiy VV, ADoroskevich AS, Mita C, Mardare DM, Janiska B, Nabiyev AA, Lyubchyk AI, Tatarinova AA, Popov E. Effects of YSZ ceramics doping with silica and alumina on its structure and properties. Mater Chem Phys. 2022;287:126237.