Как контролируется усадка при спекании циркония?

Реставрации из диоксида циркония фрезеруются из предварительно спеченных блоков диоксида циркония, а затем обжигаются при высоких температурах для достижения окончательной плотности и прочности. Во время этого процесса реставрация становится меньше по мере уплотнения материала.

Но как может циркониевая коронка или мост уменьшиться на предсказуемую величину и при этом достичь размеров, рассчитанных в программном обеспечении САПР?

Ответ заключается не только в температуре спекания. Предсказуемая усадка диоксида циркония является результатом совместной работы состава материала, обработки порошка, плотности предварительного спекания, условий спекания, измерения размеров и компенсации CAD/CAM.

Почему цирконий дает усадку во время спекания?

Предварительно спеченный диоксид циркония не является полностью плотным. Его частицы циркония соединены между собой, но между ними остаются микроскопические поры.

Когда материал нагревается, тепловая энергия увеличивает атомную и ионную подвижность. Процессы диффузии позволяют материалу перемещаться к контактам частиц и границам зерен. Связи между частицами, известные как спекающие шейки , постепенно расти.

При этом поры становятся меньше и со временем исчезают по мере того, как материал становится плотнее.

Проще говоря:

Связывание частиц увеличивается → уменьшается объем пор → увеличивается плотность → уменьшаются габаритные размеры.

Таким образом, усадка диоксида циркония при спекании по существу является макроскопическим результатом уплотнение .

Цирконий сначала расширяется, а затем сжимается?

Этот вопрос требует важного различия.

При нагревании диоксид циркония естественным образом подвергается тепловое расширение . При относительно низких температурах повышение температуры может привести к незначительному увеличению его размеров.

Когда температура становится достаточно высокой для того, чтобы произошло значительное спекание, уплотнение начинает оказывать более сильный эффект. Уменьшение объема пор в конечном итоге превышает увеличение размеров, вызванное тепловым расширением.

Таким образом, общий процесс можно упростить следующим образом::

Нагрев → тепловое расширение → начало уплотнения → увеличение усадки → окончательное уплотнение.

Это не означает, что зубная реставрация визуально становится больше, а затем внезапно становится меньше. Эти эффекты перекрываются во время непрерывного процесса нагрева, а точное размерное поведение зависит от материала и условий спекания.

Что определяет величину усадки?

Величина усадки сильно зависит от состояния предварительно спеченного изделия.

Одним из важнейших факторов является предварительно спеченная плотность .

Рассмотрим два блока циркония, изготовленные из порошка одного и того же типа.

Предварительно спеченный блок меньшей плотности содержит больший объем пор. Во время окончательного спекания необходимо удалить больше порового пространства, что приводит к большему уплотнению и потенциально большей линейной усадке.

Блок с более высокой плотностью содержит меньший остаточный объем пор, поэтому остается меньше места для дальнейшего уплотнения.

Это создает важные отношения:

Плотность предварительного спекания → остаточная пористость → уплотнение → размерная усадка

Поэтому для производства стоматологического диоксида циркония контроль однородности плотности так же важен, как и контроль средней плотности.

Почему важна равномерная плотность?

Предположим, что разные области блока циркония имеют разную предварительно спеченную плотность.

Если одна область имеет более низкую плотность, чем другая, она может подвергнуться большему уплотнению во время спекания. В результате в разных областях могут наблюдаться немного разные изменения размеров.

Это может способствовать неточностям размеров в более крупных и сложных реставрациях.

По этой причине производство диоксида циркония фокусируется на достижении последовательной внутренней структуры посредством контролируемого:

• Характеристики порошка

• Смешивание и обработка порошков

• Уплотнение

• Предварительное спекание

• Распределение плотности

Целью является не просто достижение определенного среднего значения усадки, а достижение равномерная и повторяемая усадка по всему материалу .

Как измеряется усадка циркония?

Цирконий не дает усадки на один и тот же процент в каждом материале или каждой производственной партии.

Поэтому производители определяют усадку экспериментальным путем.

Упрощенным примером будет:

Размер предварительного спекания: 100,00 мм

Размер после спекания: 79,20 мм

Линейная усадка:

[
\фракция{100.00-79.20}{100.00}\times100%=20,8%
]

Соответствующий коэффициент удержания размеров равен:

[
\фракция{79.20}{100.00}=0,792
]

Это измеренное значение затем можно использовать для установления соответствующего коэффициента компенсации CAM.

В реальном производстве испытания на усадку должны проводиться по контролируемой процедуре измерения, а поведение размеров можно оценивать в разных направлениях.

Как CAM компенсирует усадку?

Это основная причина, по которой после спекания реставрация может вернуться к своим предполагаемым размерам.

Предположим, что желаемый конечный размер равен:

10,00 мм

а измеренный коэффициент линейной усадки составляет примерно:

0.792

Системе CAM необходимо изготовить предварительно спеченную реставрацию большего размера.:

[
10,00 / 0,792 \приблизительно 12,63\текст{ мм}
]

После спекания:

[
12,63\times0,792\approx10,00\text{ мм}
]

Фактические значения, используемые системой CAM, зависят от конкретного материала диоксида циркония и измеренного им коэффициента усадки.

Следовательно, сам диоксид циркония «не знает», что ему необходимо сжаться до определенного конечного размера.

Вместо:

Материал обеспечивает предсказуемую усадку → ее замеряет производитель → CAM-система ее компенсирует.

Одинакова ли усадка во всех направлениях?

В идеале однородное изделие из диоксида циркония должно иметь одинаковую усадку в разных направлениях. Это часто описывается как относительно изотропная усадка .

Однако реальные материалы могут иметь различия между направлениями X, Y и Z.

Например, гипотетический материал может показать:

Небольшие различия указывают на относительно стабильное поведение размеров.

Если различия больше, материал может быть более выраженным. анизотропная усадка .

Это особенно важно для больших мостов и сложных реставраций, где могут накапливаться даже небольшие отклонения размеров.

Как программа спекания влияет на усадку?

Программа спекания определяет, как материал проходит процесс уплотнения.

Важные параметры включают в себя:

• Скорость нагрева

• Пиковая температура спекания

• Время выдержки

• Скорость охлаждения

• Равномерность температуры печи

• Размер и геометрия реставрации

• Размещение внутри печи

Более высокая температура не означает просто «лучший контроль усадки».”

Если условия спекания неподходящие, чрезмерный рост зерен, недостаточное уплотнение или другие изменения в микроструктуре могут повлиять на конечные свойства и стабильность размеров.

Цель состоит в том, чтобы создать контролируемый и повторяемый процесс спекания что дает ожидаемую конечную плотность и размеры.

Почему разные циркониевые материалы могут иметь разные коэффициенты усадки?

Различные циркониевые материалы могут иметь разные:

• Характеристики порошка

• Распределение частиц по размерам

• Системы стабилизаторов

• Условия уплотнения

• Предварительно спеченные плотности

• Поведение при спекании

Поэтому один универсальный коэффициент усадки не может быть применен к каждому блоку диоксида циркония.

Даже если два материала имеют схожий состав, условия их обработки могут привести к разным предварительно спеченным структурам и, следовательно, к разным характеристикам спекания.

Вот почему коэффициент усадки следует определять для конкретного материала и производственного процесса, а не просто предполагать.

Полный процесс контроля усадки

Точность размеров реставрации из диоксида циркония можно рассматривать как замкнутый процесс.:

Циркониевый порошок

↓

Обработка и уплотнение порошка

↓

Контролируемая плотность предварительно спеченного материала

↓

Предварительное спекание

↓

Измерение усадки

↓

Определение коэффициента усадки

↓

Компенсация CAD/CAM

↓

Фрезерование

↓

Окончательное спекание

↓

Уплотнение и усадка

↓

Окончательная реставрация

Это объясняет, почему диоксид циркония может достигать относительно предсказуемых изменений размеров во время спекания.

Точность зависит не только от печи. Это достигается за счет контроля материала перед спеканием, определения его фактического размерного поведения, поддержания стабильного процесса спекания и применения соответствующей компенсации во время производства CAD/CAM.

Заключение

Усадка циркония при спекании по сути является процесс уплотнения . Во время нагрева атомная и ионная диффузия позволяет частицам диоксида циркония связываться более тесно, а микроскопические поры постепенно уменьшаются. По мере уменьшения объема пор габаритные размеры материала уменьшаются.

В то же время диоксид циркония также подвергается термическому расширению при нагреве. Таким образом, окончательное изменение размеров является результатом нескольких физических процессов, происходящих в течение цикла нагрева и спекания.

Причина, по которой стоматологический диоксид циркония может достигать предсказуемых окончательных размеров, заключается не в том, что он усаживается на совершенно фиксированный процент. Вместо этого производители контролируют порошок, плотность, процесс предварительного спекания и условия окончательного спекания, а затем измеряют фактическую усадку и компенсируют ее с помощью программного обеспечения CAD/CAM.