A cirkónium három fázisa
A cirkónium vagy cirkónium-dioxid (ZrO2) különböző típusokban létezik, az ittriumtartalom és a kristályrács egyenletes vagy hibrid összetétele alapján.
A cirkónium különböző típusai három különböző "fázisból" épülnek fel, amelyek mindegyike saját kristályszerkezettel vagy ráccsal rendelkezik. A cirkónium szobahőmérsékleten monoklin kristályszerkezetet alkalmaz, magasabb hőmérsékleten pedig tetragonálisra és köbösre vált. A monoklin, a tetragonális és a köbös fázis közötti fázisátmenetek térfogati változásokat indukálnak.
A monoklin cirkónium alacsony szilárdsággal és áttetszőséggel rendelkezik. A tetragonális és köbös cirkónium szobahőmérsékleten más oxidokkal, úgynevezett "adalékanyagokkal" stabilizálva létezik. Az adalékanyagok közé tartozik az ittrium-oxid (Y2O3, ittrium) és a kalcium-oxid (CaO). Gyakran adnak hozzá kis mennyiségű alumínium-oxidot (Al2O3, alumínium-oxid) is.
átalakulás egyedülálló edzési folyamatának
A cirkónium keménysége
A tetragonális cirkónium rendkívül szívós, köszönhetően az átalakulás egyedülálló edzési folyamatának. Amikor repedés kezd kialakulni, a repedés körüli tetragonális cirkónium monoklin szerkezetűvé alakul át, és ezáltal a repedés terjedése során kitágul, és növeli az anyag szívósságát. Bár növeli a törési szilárdságot, az ismétlődő átalakítási ciklusok idővel romláshoz vezethetnek, különösen nedves környezetben. Ez az oka annak, hogy a cirkónium homokfúvását nem szabad nagy nyomáson végezni, és kerülni kell a szinterezés utáni megmunkálást. Ezt a lebomlási folyamatot az alumínium-oxid-tartalom enyhíti.
Szilárdság és fényáteresztő képesség: kompromisszumos megoldás
Körülbelül 3 mol% ittriumot kell hozzáadni, hogy az anyag szobahőmérsékleten stabil maradjon; ezért ezt a változatot néha 3Y cirkóniumnak vagy 3Y-TZP-nek (tetragonális stabilizált cirkónium polikristály; pl. Initial Zirconia Disk HT) nevezik.
Az ittrium megnövekedett szintje (jellemzően 5Y-TZP 5 mol% Y-TZP-vel vagy több) és a cirkóniumban a köbös fázis nagyobb aránya nagyobb áttetszőséget eredményez, de csökkenti a szilárdságot (pl. Initial Zirconia Disk UHT). A köbös cirkónium nem mutat transzformációs keményedést, és törékenyebb, mint a tetragonális cirkónium, de erősebb, mint a monoklin cirkónium. Más adalékanyagok, mint például az Al2O3 nagyon kis mennyiségben tovább befolyásolják a ZrO2 rácsot.
Az alacsonyabb ittriumtartalmú cirkónium (3Y-TZP, 3 mol % Y-TZP) jobb mechanikai tulajdonságokkal és kisebb áttetszőséggel rendelkezik, míg a megnövekedett ittriumtartalom (5Y-TZP és 5 mol% Y-TZP) áttetszőbb, de alacsonyabb mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik. Ennek ellenére még mindig erősebb, mint a lítium-diszilikát!
Ezért a cirkónium hagyományos módon is (pl. FujiCEM Evolve) vagy adhezív módon is ragasztható (pl. MDP-t tartalmazó G-CEM ONE).
| Tetragonális | Tetragonális/köbös | Tetragonális/köbös |
|---|---|---|
|
100% Tetragonális |
~75% Tetragonális ~25% Köbös |
~50% Tetragonális ~50% Köbös |
|
3Y-TZP/0.25 Al2O3 |
4Y-TZP/0.05 Al2O3 “4.generáció” |
5Y-TZP/0.05 Al2O3 “3.generáció” |
|
3Y-TZP/0.05 Al2O3 “2.generáció” |
5Y-TZP/0.02 Al2O3 “5.generáció” |
A cirkónium különböző formái. Megjegyzendő, hogy az "Y" előtti szám az ittriumtartalom moláris százalékát jelzi, nem pedig a generációt.
Míg a cirkónium fő típusait itt röviden elmagyarázzuk, sokféle formában és változatban fordul elő. Fontos megjegyezni, hogy az egyik cirkónium az nem a másik, amit szem előtt kell tartani a kezelési döntések meghozatalakor.
- 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.