introduzione alle proprietà della ceramica dentale in zirconio

con il continuo sviluppo della tecnologia restaurativa dentale, i tipi di materiali da restauro dentale sono gradualmente aumentati. la ceramica è stata ampiamente utilizzata in vari campi dei materiali da restauro dentale grazie alle sue buone proprietà meccaniche, biocompatibilità e stabilità strutturale. a seconda dei diversi tipi di ceramica, i materiali dentali in ceramica integrale sono porcellana pressofusa a caldo, ceramica di vetro e ceramica di zirconio. la porcellana e la vetroceramica pressofuse a caldo hanno una resistenza relativamente bassa. al contrario, le ceramiche di zirconio hanno proprietà meccaniche più elevate grazie all’indurimento delle fasi monoclina e tetragonale e sono più adatte all’uso come materiali dentali. inoltre, la zirconia presenta numerosi vantaggi: stabilità strutturale, non reattività nell’ambiente orale, buona biocompatibilità e trasmissione della luce relativamente elevata. pertanto, oltre il 95% delle corone e dei ponti in ceramica integrale sono realizzati in ceramica di zirconio.

i. proprietà di base della ceramica all'ossido di zirconio

la polvere di zirconio ad alta purezza è bianca, la ceramica di zirconio è gessosa. massa molecolare relativa 123,223 g/mol, densità 5,85 g/cm3, punto di fusione 2715 ℃. la zirconia ha tre strutture cristalline, fase monoclina, fase tetragonale e fase cubica. queste tre strutture cristalline hanno morfologie diverse a diversi punti di fusione e si trasformano in determinate condizioni di temperatura. la temperatura alla quale le fasi monoclina e tetragonale si trasformano l'una nell'altra è di circa 1150°c, e la temperatura alla quale le fasi tetragonale e cubica si trasformano l'una nell'altra è di circa 2370°c. durante la trasformazione della zirconia in fase tetragonale in zirconia in fase monoclina, avviene la trasformazione della fase martensitica, accompagnata da un'espansione del volume.

ii. indurimento della ceramica di zirconio

rispetto ai metalli, la resistenza alla frattura dei materiali ceramici è solitamente inferiore di 1-2 ordini di grandezza. la ceramica di zirconio può essere temprata in diversi modi per migliorarne la tenacità alla frattura, i principali meccanismi di tenacizzazione sono: tenacizzazione a transizione di fase indotta da stress, tenacizzazione per microfessurazione, flessione per microfessurazione, tenacizzazione di biforcazioni e ponti, tenacizzazione dei whisker, tenacizzazione diffusa, rafforzamento dei cristalli fini, tenacizzazione delle fibre , ecc., in pratica, la tenacità del materiale ceramico di zirconio è spesso una varietà di meccanismi di miglioramento della tenacità che sono spesso un risultato comune dell'azione di. attualmente, i metodi più utilizzati per misurare in laboratorio la tenacità alla frattura della ceramica di zirconio sono: il metodo del fascio di incisione unilaterale e il metodo dell'indentazione.

la ricerca sulla tenacità della ceramica di zirconio è iniziata già negli anni '50, dopo il 1975 con la scoperta del fenomeno della transizione di fase, alcuni ricercatori ritengono che l'indurimento della transizione di fase indotto dallo stress della ceramica di zirconio sia dovuto all'effetto di stress esterno della fessura, la punta della fessura lo stress può essere indotto dalla transizione di fase martensitica t→m, l'espansione di volume generata dai grani di transizione di fase inibirà l'espansione della fessura, migliorando così la tenacità del materiale. tuttavia, nella fase iniziale della transizione di fase, la deformazione di espansione esistente entro l'angolo di 120° dell'apice della fessura causerà una diminuzione della tenacità della zirconia, dopodiché l'espansione del volume inibirà l'espansione della fessura, in modo che la tenacità sia rapidamente migliorato e la tenacità alla frattura cresce lentamente quando la fessura si espande fino a 5 ~ 10 ore.

iii.l'ossidazione a bassa temperatura della ceramica di zirconio

in un ambiente umido a bassa temperatura, l'ossido di zirconio subisce una transizione di fase tm, l'invecchiamento è essenzialmente una transizione di fase martensitica: un cambiamento della struttura cristallina non termodinamica e non diffusiva. l'invecchiamento a bassa temperatura si verifica dapprima sulla superficie della transizione di fase del materiale tm, la transizione di fase è accompagnata dall'espansione del volume in modo che la superficie del materiale produca protuberanze e microfessure, degrado delle proprietà estetiche; successivamente, le molecole d'acqua lungo le micro-fessure si sono infiltrate all'interno del substrato, causate dalla transizione di fase del materiale all'interno della zirconia tm, con conseguente generazione di macro-fessure e, infine, un declino delle proprietà meccaniche, e persino cause improvvise fallimento. dopo un gran numero di studi sperimentali, le caratteristiche del processo di invecchiamento a bassa temperatura comprendono principalmente quattro punti:

1) l'invecchiamento a bassa temperatura è un processo autocatalitico senza conduttività termica e l'invecchiamento con transizione di fase tm procede attraverso un meccanismo di nucleazione-crescita (ng) della fase m;
2) i cambiamenti nelle condizioni di invecchiamento (temperatura, tempo, acqua o vapore acqueo) accelerano il comportamento di invecchiamento della zirconia;
3) l'invecchiamento porta ad un aumento del contenuto di fase m del materiale, una diminuzione della tenacità e un degrado delle proprietà estetiche;

4) il contenuto di stabilizzante e la dimensione dei grani influiscono direttamente sulla resistenza della zirconia all'invecchiamento a bassa temperatura.

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