Ce se întâmplă cu zirconia în timpul sinterizării?

Ce se întâmplă cu zirconia în timpul sinterizării?

 

 

Dacă ați comparat vreodată o restaurare din zirconiu înainte și după sinterizare, o schimbare este ușor de observat: restaurarea devine mai mică.

Dar schimbarea dimensională este doar o parte a ceea ce se întâmplă în timpul sinterizării.

Înainte de sinterizare, zirconia dentară este de obicei furnizată într-o stare pre-sinterizată. Are suficientă rezistență pentru frezarea CAD/CAM și este mult mai ușor de prelucrat decât zirconia complet sinterizată. În această etapă, totuși, materialul nu a atins încă densitatea, microstructura și caracteristicile finale ale materialului așteptate după sinterizare.

În timpul sinterizării, zirconia este încălzită printr-un ciclu de temperatură controlat. Pe măsură ce temperatura crește, particulele se leagă mai strâns, porii devin mai mici, materialul devine mai dens, iar restaurarea atinge treptat dimensiunile finale.

Pentru cineva care lucrează zilnic cu zirconiu, este util să înțeleagă ce se întâmplă în interiorul materialului, mai degrabă decât să privească sinterizarea ca pur și simplu „încălzirea coroanei”.

Cum este zirconia înainte de sinterizare?

Blocurile de zirconiu dentare utilizate pentru frezarea CAD/CAM sunt, în general, furnizate într-o stare parțial densificată sau pre{0}}sinterizată.

În această etapă, materialul are suficientă rezistență pentru a fi manipulat și măcinat, dar densitatea sa este încă mai mică decât cea a zirconiei complet sinterizate.

Zirconia complet sinterizată este dificil de prelucrat cu echipamente convenționale de frezare dentară. Zirconia pre-sinterizată este mai ușor de tăiat, ceea ce permite mașinii de frezat să producă restaurarea înainte ca materialul să atingă densitatea finală.

Restaurarea este, de asemenea, frezată mai mare decât dimensiunea finală prevăzută, deoarece zirconia se va micșora în timpul sinterizării.

De exemplu, un bloc de zirconiu poate avea o contracție liniară specificată de aproximativ 20% până la 25%, în funcție de material. Software-ul CAD/CAM utilizează factorul de contracție al producătorului pentru a calcula dimensiunile de frezare mărite.

Valoarea reală este specifică-materialului. O valoare de contracție de 20% nu trebuie tratată ca o setare standard pentru fiecare bloc de zirconiu.

Pentru un laborator care trece de la un furnizor de zirconiu la altul, verificarea noului factor de contracție înainte de măcinare este unul dintre primele lucruri de făcut.

Ce se întâmplă când începe încălzirea?

Odată ce restaurarea cu zirconiu este introdusă în cuptor și începe programul, temperatura crește în funcție de curba de încălzire selectată.

La începutul ciclului, materialul este pur și simplu încălzit. Pe măsură ce temperatura se apropie de domeniul de sinterizare, difuzia și legarea particulelor devin din ce în ce mai importante.

Cuptorul nu face zirconia densă într-o singură etapă.

În schimb, particulele formează treptat conexiuni mai puternice, în timp ce spațiile dintre ele devin mai mici.

Rata de densificare este afectată de mai mulți factori, printre care:

Compoziția de zirconiu
Caracteristicile pulberii
Densitatea inițială
Dimensiunea particulelor și distribuția
Rata de incalzire
Temperatura de sinterizare
Timp de retinere
Condiții de răcire

De exemplu, un program convențional de zirconiu poate folosi o viteză de încălzire de aproximativ 5–10 grade/min, în timp ce unele sisteme de sinterizare rapidă-utiliză rate de încălzire mult mai mari. Aceste valori sunt mai degrabă exemple decât setări universale. Ciclul corect depinde de instrucțiunile producătorului de zirconiu.

Acesta este motivul pentru care programul de sinterizare trebuie să fie potrivit cu materialul care este prelucrat.

Zirconia devine mai densă

Una dintre principalele modificări în timpul sinterizării este densificarea.

Înainte de sinterizare, zirconia conține pori și spații între particule. Pe măsură ce materialul este încălzit la temperatura necesară, difuzia permite particulelor să formeze conexiuni mai puternice între ele.

Pe măsură ce aceste spații devin mai mici, densitatea crește.

O modalitate simplă de a imagina procesul este de a imagina o colecție de particule care formează treptat o structură mai continuă și mai compactă.

Densitatea unui bloc de zirconiu dentar se poate modifica substanțial în timpul acestui proces. În funcție de material, zirconia complet sinterizată poate atinge o densitate de aproximativ 6,0 g/cm³ sau mai mult, în timp ce materialul pre-sinterizat are o densitate mai mică.

Valoarea exactă depinde de compoziția zirconiei și de procesul de fabricație.

Această creștere a densității este strâns legată de contracția care are loc în timpul sinterizării.

De ce restaurarea devine mai mică?

Pe măsură ce zirconia devine mai densă, volumul materialului scade.

Acesta este motivul pentru care o restaurare care pare supradimensionată după frezare devine mai mică după sinterizare.

De exemplu, dacă un material din zirconiu are o contracție liniară specificată de 20%, sistemul CAD/CAM trebuie să compenseze acea modificare înainte de frezare.

Relația nu este doar o chestiune de reducere a restaurării finite cu 20%. Software-ul CAD/CAM mărește dimensiunile digitale înainte de frezare, astfel încât restaurarea să se poată contracta la dimensiunile dorite în timpul sinterizării.

Factorul real de contracție variază între produse.

Metoda de răcire adecvată depinde de material și de instrucțiunile producătorului cuptorului.

Pentru munca de laborator, este mai bine să permiteți finalizarea ciclului programat, cu excepția cazului în care producătorul de zirconiu sau cuptor oferă o procedură diferită.

Deschiderea cuptorului la o temperatură ridicată poate expune, de asemenea, restaurările la o schimbare rapidă a temperaturii care nu a făcut parte din ciclul programat.

Sinterizarea rapidă schimbă ceea ce se întâmplă cu zirconia?

Sinterizarea rapidă utilizează un ciclu termic mai scurt, de obicei prin creșterea ratei de încălzire și ajustarea altor părți ale programului.

Scopul de bază rămâne același: densificarea zirconiei.

Diferența este istoricul de temperatură-temporal experimentat de material.

De exemplu, un ciclu convențional de zirconiu poate dura 6-10 ore, în timp ce unele programe de sinterizare rapidă-poate finaliza ciclul principal în aproximativ 2 ore sau mai puțin. Anumite materiale și cuptoare sunt proiectate pentru cicluri și mai scurte.

Aceste cifre nu sunt aplicabile pentru fiecare produs din zirconiu.

Un ciclu rapid poate folosi o rată de încălzire de 30–100 de grade/min în unele programe de cuptor, în timp ce ciclurile convenționale pot utiliza rate de încălzire considerabil mai mici.

Viteza de încălzire adecvată depinde de formula de zirconiu și de ciclul validat sau recomandat pentru acel material.

Acesta este motivul pentru care sinterizarea rapidă nu trebuie tratată ca o setare universală a cuptorului.

Unele materiale din zirconiu sunt dezvoltate sau testate special pentru sinterizare rapidă, în timp ce altele au recomandări de sinterizare convențională.

Dacă un laborator dorește să folosească un ciclu rapid, prima întrebare ar trebui să fie dacă producătorul de zirconiu acceptă acel ciclu și specifică programul corespunzător.

Ce poate observa un laborator după sinterizare?

După ce ciclul este complet și restaurarea s-a răcit, pot fi observate mai multe modificări.

Cele mai evidente includ:

Restaurarea este mai mică decât înainte de sinterizare.
Materialul are o structură mult mai densă.
Suprafața și aspectul se pot schimba.
Nuanța finală poate diferi de aspectul pre-sinterizat, în funcție de zirconiu.
Restaurarea atinge dimensiunile prelucrate așteptate din factorul de contracție specificat.

Pentru zirconiu multistrat sau preumbrit, nuanța și transluciditatea după sinterizare pot depinde și de formularea materialului și de condițiile de sinterizare.

Aspectul exact și proprietățile variază între produsele din zirconiu.

Acesta este motivul pentru care judecarea unui zirconiu numai după aspectul său înainte de sinterizare nu oferă o imagine completă a restaurării finale.

Ce ar trebui să verificați când utilizați un nou zirconiu?

Pentru laboratoare și distribuitori, aș verifica instrucțiunile de material înainte de a schimba procedura de sinterizare.

Căutați cel puțin următoarele informații:

1. Factorul de contracție

Verificați valoarea furnizată de producătorul de zirconiu și asigurați-vă că software-ul CAD/CAM utilizează valoarea corectă.

O diferență între, de exemplu, contracția liniară de 20,0% și 21,0% este doar un punct procentual, dar poate afecta totuși dimensiunile finale dacă este utilizată o valoare de compensare greșită pe tot parcursul procesului de frezare.

2. Temperatura de sinterizare recomandată

Nu presupuneți că toate zirconiile utilizează aceeași temperatură.

Un produs poate recomanda aproximativ 1.500 de grade, în timp ce altul poate specifica 1.530 de grade sau un interval de temperatură diferit.

3. Rata de incalzire

Verificați dacă materialul are o recomandare de-sinterizare convențională sau rapidă.

Un ciclu convențional poate utiliza o rată de încălzire de aproximativ 5-10 grade/min, în timp ce un ciclu rapid poate folosi o rată considerabil mai mare.

4. Timp de reținere

Verificați cât timp materialul trebuie să rămână la temperatura țintă.

Timpul de menținere poate fi specificat în minute sau ore, în funcție de material și ciclu.

5. Cerințe de răcire

Verificați dacă producătorul specifică o anumită procedură de răcire.

Etapa de răcire ar trebui să fie considerată parte a ciclului complet de sinterizare, mai degrabă decât o etapă opțională după încălzire.

6. Compatibilitatea cuptorului

Verificați dacă cuptorul poate rula profilul de temperatură necesar și dacă programul selectat se potrivește cu materialul.

Cuptorul trebuie să aibă intervalul de temperatură necesar, controlul încălzirii, capacitatea camerei și ciclul programabil pentru zirconia care este procesată.

Aceste detalii devin deosebit de importante atunci când un laborator schimbă furnizorii de zirconiu.

O modalitate simplă de a înțelege procesul

Dacă sunteți nou în zirconiu, vă puteți gândi la proces în patru etape:

Frezarea

Blocul pre-sinterizat este modelat într-o restaurare care este mai mare decât dimensiunea finală.

Pentru un material cu o contracție liniară de aproximativ 20%, sistemul CAD/CAM compensează modificarea dimensională așteptată în timpul etapei de proiectare și frezare.

↓

Încălzire

Cuptorul crește treptat temperatura în funcție de programul selectat.

Un program convențional poate utiliza o rată de încălzire relativ lentă, în timp ce un program de-sinterizare rapidă poate utiliza o rată mult mai mare.

↓

Densificarea

Particulele de zirconiu devin mai strâns legate și materialul devine mai dens.

Th

Restaurarea se micșorează treptat pe măsură ce spațiile dintre particule scad.

↓

Răcire

Restaurarea se răcește conform ciclului termic programat și ajunge la starea procesată.

Procesul real de sinterizare este mai complex decât această descriere simplificată, dar acest model este util pentru înțelegerea relației dintre măcinare, contracție, densificare, încălzire și răcire.

Ce înseamnă acest lucru atunci când alegeți un cuptor de sinterizare?

Din perspectiva producției și dezvoltării, nu m-aș uita la un cuptor de sinterizare doar întrebând cât de ridicată este temperatura lui maximă.

Întrebările mai utile sunt:

Poate atinge și menține temperatura de sinterizare necesară?

De exemplu, dacă un producător de zirconiu specifică 1.530 de grade, cuptorul trebuie să funcționeze fiabil la acea temperatură pentru perioada de păstrare necesară.

Distribuția temperaturii în interiorul camerei este adecvată pentru sarcina prevăzută?

Acest lucru devine mai relevant atunci când mai multe restaurări sau tăvi sunt plasate în cameră în același timp.

Poate fi controlată viteza de încălzire conform programului zirconiu?

Un cuptor destinat atât aplicațiilor de sinterizare convențională, cât și rapidă-are nevoie de un control adecvat al curbei de încălzire, mai degrabă decât de o temperatură maximă ridicată.

Cuptorul poate rula diferite cicluri de sinterizare?

Un laborator poate folosi mai multe materiale din zirconiu, unul care necesită un ciclu convențional și altul care permite sinterizarea rapidă.

Procesul de răcire este controlabil?

Etapa de răcire face parte din ciclul termic complet și poate fi necesar să urmeze instrucțiunile producătorului materialului.

Programul poate fi ajustat atunci când laboratorul utilizează diferite materiale din zirconiu?

Posibilitatea de a stoca și selecta diferite programe poate fi utilă atunci când laboratorul lucrează cu mai multe produse din zirconiu.

Aceste puncte sunt mai strâns legate de procesarea reală a zirconiei decât temperatura maximă.

Un laborator poate folosi același cuptor timp de mulți ani, în timp ce materialele din zirconiu prelucrate în el se pot schimba. Un cuptor care poate găzdui diferite profile de temperatură și programe de sinterizare poate fi util atunci când laboratorul schimbă materiale sau adaugă noi produse din zirconiu.

Gânduri finale

Sinterizarea este mai mult decât încălzirea unei restaurări din zirconiu măcinat la o temperatură ridicată.

În timpul procesului, zirconia devine mai densă, particulele formează o structură mai compactă, iar restaurarea se micșorează către dimensiunile finale dorite.

Un ciclu de zirconiu dentar tipic poate implica temperaturi de aproximativ 1.450–1.550 de grade, rate convenționale de încălzire în intervalul de câteva grade Celsius pe minut, o perioadă de păstrare specificată și răcire controlată. Materialele de sinterizare rapidă-poate utiliza rate de încălzire considerabil mai mari și cicluri totale mai scurte.

Aceste cifre sunt mai degrabă exemple decât setări universale. Temperatura adecvată, viteza de încălzire, timpul de menținere și procedura de răcire depind de materialul din zirconiu și de instrucțiunile producătorului.

Pentru laboratoare, programul de sinterizare este tratat cel mai bine ca parte a informațiilor de prelucrare a producătorului de zirconiu, mai degrabă decât ca o setare generică a cuptorului.

Atunci când un distribuitor compară diferite materiale din zirconiu sau cuptoare de sinterizare, înțelegerea relației dintre contracție, densificare, temperatură, viteza de încălzire, timpul de menținere, răcire și dimensiunile finale, face, de asemenea, mai ușor de explicat de ce două produse pot necesita condiții de procesare diferite, chiar și atunci când sunt utilizate pentru același tip de restaurare dentară.