Χαρακτηριστικά Ζιρκονίας

Τα πιο δημοφιλή οδοντιατρικά κεραμικά συστήματα είναι υλικά με βάση πυρίτιο, λευκίτη, διπυριτικό λίθιο, αλουμίνα και ζιρκόνιο. Επί του παρόντος, τα κεραμικά με βάση τη ζιρκονία είναι οι πιο μελετημένες, απαιτητικές έρευνες για διαφορετικούς λόγους.

Ζιρκονία (διοξείδιο του ζιρκονίου, ZrO2), που ονομάζεται επίσης "κεραμικός χάλυβας", έχει τις βέλτιστες ιδιότητες για οδοντιατρική χρήση: ανώτερη σκληρότητα, αντοχή και αντοχή στην κόπωση, εκτός από εξαιρετικές ιδιότητες φθοράς και βιοσυμβατότητα.

Το ζιρκόνιο (Zr) είναι ένα πολύ ισχυρό μέταλλο με παρόμοιες χημικές και φυσικές ιδιότητες με το τιτάνιο (Ti). Παρεμπιπτόντως, το Zr και το Ti είναι δύο μέταλλα που χρησιμοποιούνται συνήθως στην οδοντιατρική εμφυτευμάτων, κυρίως επειδή δεν αναστέλλουν τα κύτταρα που σχηματίζουν οστό (οστεοβλάστες), τα οποία είναι απαραίτητα για την οστεοενσωμάτωση.

Η οδοντική ζιρκονία είναι, τις περισσότερες φορές, μια τροποποιημένη ύττρια (Υ2O3) τετραγωνικός πολυκρυστάλλος ζιρκονίας (Y-TZP). Προστίθεται ύττρια για να σταθεροποιήσει τον μετασχηματισμό της κρυσταλλικής δομής κατά τη διάρκεια της πυροδότησης σε υψηλή θερμοκρασία και να βελτιώσει τις φυσικές ιδιότητες της ζιρκονίας. Κατά τη θέρμανση, η μονοκλινική φάση της ζιρκονίας αρχίζει να μετατρέπεται στην τετραγωνική φάση στους 1187 °C, κορυφώνεται στους 1197 °C και τελειώνει στους 1206 °C. Κατά την ψύξη, ο μετασχηματισμός από την τετραγωνική στη μονοκλινική φάση ξεκινά στους 1052 °C, κορυφώνεται στους 1048 °C και τελειώνει στους 1020 °C, παρουσιάζοντας μια συμπεριφορά υστέρησης. Ο μετασχηματισμός της τετραγωνικής σε μονοκλινική φάση της ζιρκονίας είναι γνωστό ότι είναι ένας μαρτενσιτικός μετασχηματισμός. Κατά τη διάρκεια αυτού του μετασχηματισμού φάσης ζιρκονίας, το κελί μονάδας της μονοκλινικής διαμόρφωσης καταλαμβάνει περίπου 4% περισσότερο όγκο από την τετραγωνική διαμόρφωση, η οποία είναι μια σχετικά μεγάλη αλλαγή όγκου. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει στο σχηματισμό κεραμικών ρωγμών εάν δεν χρησιμοποιήθηκαν σταθεροποιητικά οξείδια. Ceria (CeO2), ύττρια (Υ2O3), αλουμίνα (Αλ2O3), η μαγνησία (MgO) και το ασβέστιο (CaO) έχουν χρησιμοποιηθεί ως σταθεροποιητικά οξείδια. Έτσι, καθώς η μονοκλινική φάση δεν σχηματίζεται υπό κανονικές συνθήκες ψύξης, η κυβική και η τετραγωνική φάση διατηρούνται και ο σχηματισμός ρωγμών, λόγω μετασχηματισμού φάσης, αποφεύγεται. Είναι επίσης σημαντικό να ληφθεί υπόψη ότι η σταθεροποίηση των τετραγωνικών και κυβικών δομών απαιτεί διαφορετικές ποσότητες προσμείξεων (σταθεροποιητές). Η τετραγωνική φάση σταθεροποιείται σε χαμηλότερες συγκεντρώσεις προσμίξεων από την κυβική φάση. Ωστόσο, ένας άλλος τρόπος σταθεροποίησης της τετραγωνικής φάσης σε θερμοκρασία δωματίου είναι η μείωση του μεγέθους των κρυστάλλων (το κρίσιμο μέσο μέγεθος κόκκου είναι<0,3 μm).="" αυτή="" η="" επίδραση="" έχει="" αποδοθεί="" σε="" μια="" διαφορά="" επιφανειακής="" ενέργειας.="" κατά="" συνέπεια,="" τα="" κεραμικά="" με="" βάση="" το="" ζιρκόνιο="" που="" χρησιμοποιούνται="" για="" βιοϊατρικούς="" σκοπούς="" υπάρχουν="" συνήθως="" ως="" μετασταθερή="" τετραγωνική="" μερικώς="" σταθεροποιημένη="" ζιρκονία="" (psz)="" σε="" θερμοκρασία="" δωματίου.="" μετασταθερό="" σημαίνει="" ότι="" η="" παγιδευμένη="" ενέργεια="" εξακολουθεί="" να="" υπάρχει="" μέσα="" στο="" υλικό="" για="" να="" το="" οδηγήσει="" πίσω="" στη="" μονοκλινική="" φάση.="" αποδείχθηκε="" ότι="" η="" εξαιρετικά="" εντοπισμένη="" τάση="" πριν="" από="" μια="" πολλαπλασιαζόμενη="" ρωγμή="" είναι="" επαρκής="" για="" να="" ενεργοποιήσει="" τους="" κόκκους="" ζιρκονίας="" να="" μετασχηματιστούν="" κοντά="" στο="" άκρο="" της="" ρωγμής.="" σε="" αυτήν="" την="" περίπτωση,="" η="" αύξηση="" όγκου="" κατά="" 4%="" γίνεται="" ωφέλιμη,="" ουσιαστικά="" συμπιέζοντας="" τη="" ρωγμή="" για="" να="" κλείσει="" και="" αυξάνοντας="" τη="" σκληρότητα,="" γνωστή="" ως="" σκλήρυνση="">