Co dzieje się z tlenkiem cyrkonu podczas spiekania?

Co dzieje się z tlenkiem cyrkonu podczas spiekania?

 

 

Jeśli kiedykolwiek porównywałeś uzupełnienie z tlenku cyrkonu przed i po spiekaniu, łatwo zauważyć jedną zmianę: uzupełnienie staje się mniejsze.

Jednak zmiana wymiarów to tylko jedna część tego, co dzieje się podczas spiekania.

Przed spiekaniem tlenek cyrkonu dentystycznego jest zwykle dostarczany-w stanie wstępnie spiekanym. Ma wystarczającą wytrzymałość do frezowania CAD/CAM i jest znacznie łatwiejszy w obróbce niż całkowicie spiekany tlenek cyrkonu. Jednak na tym etapie materiał nie osiągnął jeszcze gęstości, mikrostruktury i końcowych właściwości materiału oczekiwanych po spiekaniu.

Podczas spiekania tlenek cyrkonu jest podgrzewany w kontrolowanym cyklu temperaturowym. Wraz ze wzrostem temperatury cząsteczki łączą się ściślej, pory stają się mniejsze, materiał staje się gęstszy, a uzupełnienie stopniowo osiąga swoje ostateczne wymiary.

Dla kogoś, kto na co dzień pracuje z tlenkiem cyrkonu, przydatne będzie zrozumienie tego, co dzieje się wewnątrz materiału, zamiast postrzegać spiekanie jako zwykłe „podgrzewanie korony”.

Jaki jest tlenek cyrkonu przed spiekaniem?

Bloki dentystyczne z tlenku cyrkonu używane do frezowania CAD/CAM są zazwyczaj dostarczane w stanie częściowo zagęszczonym lub-wstępnie spiekanym.

Na tym etapie materiał ma wystarczającą wytrzymałość, aby można go było obrabiać i frezować, ale jego gęstość jest nadal niższa niż w przypadku całkowicie spiekanego tlenku cyrkonu.

Całkowicie spiekany tlenek cyrkonu jest trudny w obróbce za pomocą konwencjonalnego sprzętu do frezowania dentystycznego. Wstępnie-spiekany tlenek cyrkonu jest łatwiejszy w obróbce, co umożliwia frezarce wykonanie uzupełnienia, zanim materiał osiągnie ostateczną gęstość.

Uzupełnienie jest również frezowane w większym rozmiarze niż zamierzony, ponieważ tlenek cyrkonu skurczy się podczas spiekania.

Na przykład blok tlenku cyrkonu może mieć określony skurcz liniowy wynoszący około 20% do 25%, w zależności od materiału. Oprogramowanie CAD/CAM wykorzystuje współczynnik skurczu producenta do obliczenia powiększonych wymiarów frezowania.

Rzeczywista wartość zależy-od materiału. Wartość skurczu wynosząca 20% nie powinna być traktowana jako ustawienie standardowe dla każdego bloczka cyrkonowego.

W przypadku laboratorium zmieniającego dostawcę tlenku cyrkonu na innego, sprawdzenie nowego współczynnika skurczu przed frezowaniem jest jedną z pierwszych rzeczy do zrobienia.

Co się stanie, gdy rozpocznie się ogrzewanie?

Po umieszczeniu uzupełnienia cyrkonowego w piecu i rozpoczęciu programu temperatura wzrasta zgodnie z wybraną krzywą grzania.

Na początku cyklu materiał jest po prostu podgrzewany. Gdy temperatura zbliża się do zakresu spiekania, dyfuzja i wiązanie cząstek stają się coraz ważniejsze.

Piec nie powoduje zagęszczenia tlenku cyrkonu w jednym etapie.

Zamiast tego cząsteczki stopniowo tworzą silniejsze połączenia, a przestrzenie między nimi stają się mniejsze.

Na szybkość zagęszczania wpływa kilka czynników, w tym:

Skład cyrkonu
Charakterystyka proszku
Gęstość początkowa
Rozmiar i rozkład cząstek
Szybkość ogrzewania
Temperatura spiekania
Czas trzymania
Warunki chłodzenia

Na przykład w konwencjonalnym programie tlenku cyrkonu można zastosować szybkość nagrzewania około 5–10 stopni/min, podczas gdy niektóre systemy szybkiego-spiekania wykorzystują znacznie wyższe szybkości nagrzewania. Wartości te są przykładami, a nie ustawieniami uniwersalnymi. Prawidłowy cykl zależy od instrukcji producenta tlenku cyrkonu.

Dlatego program spiekania musi być dostosowany do obrabianego materiału.

Cyrkonia staje się gęstsza

Jedną z głównych zmian zachodzących podczas spiekania jest zagęszczanie.

Przed spiekaniem tlenek cyrkonu zawiera pory i przestrzenie pomiędzy cząstkami. Gdy materiał jest podgrzewany do wymaganej temperatury, dyfuzja umożliwia cząstkom tworzenie silniejszych połączeń między sobą.

W miarę zmniejszania się tych przestrzeni gęstość wzrasta.

Prostym sposobem zobrazowania tego procesu jest wyobrażenie sobie zbioru cząstek stopniowo tworzących bardziej ciągłą i zwartą strukturę.

Gęstość bloku tlenku cyrkonu może się znacznie zmienić podczas tego procesu. W zależności od materiału w pełni spiekany tlenek cyrkonu może osiągnąć gęstość około 6,0 g/cm3 lub więcej, podczas gdy materiał wstępnie-spiekany ma niższą gęstość.

Dokładna wartość zależy od składu tlenku cyrkonu i procesu produkcyjnego.

Ten wzrost gęstości jest ściśle związany ze skurczem zachodzącym podczas spiekania.

Dlaczego odbudowa staje się mniejsza?

W miarę jak tlenek cyrkonu staje się gęstszy, objętość materiału maleje.

Dlatego też uzupełnienie, które po frezowaniu wygląda na zbyt duże, po spiekaniu staje się mniejsze.

Na przykład, jeśli materiał cyrkonowy ma określony skurcz liniowy wynoszący 20%, system CAD/CAM musi skompensować tę zmianę przed frezowaniem.

Zależność ta nie polega po prostu na zmniejszeniu gotowego uzupełnienia o 20%. Oprogramowanie CAD/CAM powiększa wymiary cyfrowe przed frezowaniem, tak aby uzupełnienie mogło skurczyć się do zamierzonych wymiarów podczas spiekania.

Rzeczywisty współczynnik skurczu różni się w zależności od produktu.

Odpowiedni sposób chłodzenia zależy od materiału i instrukcji producenta pieca.

W przypadku prac laboratoryjnych lepiej jest pozwolić na dokończenie zaprogramowanego cyklu, chyba że producent tlenku cyrkonu lub pieca przewiduje inną procedurę.

Otwarcie pieca w wysokiej temperaturze może również narazić uzupełnienia na szybką zmianę temperatury, która nie była częścią zaprogramowanego cyklu.

Czy szybkie spiekanie zmienia to, co dzieje się z tlenkiem cyrkonu?

Szybkie spiekanie wykorzystuje krótszy cykl termiczny, zwykle poprzez zwiększenie szybkości nagrzewania i dostosowanie innych części programu.

Podstawowy cel pozostaje ten sam: zagęszczenie tlenku cyrkonu.

Różnica polega na historii-czasu i temperatury materiału.

Na przykład konwencjonalny cykl tlenku cyrkonu może trwać 6–10 godzin, podczas gdy niektóre programy szybkiego-spiekania mogą zakończyć cykl główny w około 2 godziny lub mniej. Niektóre materiały i piece są zaprojektowane na jeszcze krótsze cykle.

Liczby te nie dotyczą każdego produktu z tlenku cyrkonu.

W niektórych programach pieca w cyklu szybkim można stosować szybkość nagrzewania 30–100 stopni/min, podczas gdy w cyklach konwencjonalnych można stosować znacznie niższe szybkości nagrzewania.

Odpowiednia szybkość ogrzewania zależy od składu tlenku cyrkonu i cyklu zatwierdzonego lub zalecanego dla tego materiału.

Dlatego też szybkiego spiekania nie należy traktować jako uniwersalnego ustawienia pieca.

Niektóre materiały tlenku cyrkonu zostały specjalnie opracowane lub przetestowane pod kątem szybkiego spiekania, podczas gdy inne mają konwencjonalne zalecenia dotyczące spiekania.

Jeśli laboratorium chce zastosować szybki cykl, pierwszą kwestią powinno być to, czy producent tlenku cyrkonu obsługuje ten cykl i określa odpowiedni program.

Co laboratorium może zauważyć po spiekaniu?

Po zakończeniu cyklu i ostygnięciu uzupełnienia można zaobserwować kilka zmian.

Do najbardziej oczywistych należą:

Odbudowa jest mniejsza niż przed spiekaniem.
Materiał ma znacznie gęstszą strukturę.
Powierzchnia i wygląd mogą ulec zmianie.
Ostateczny odcień może różnić się od wyglądu-spiekanego wstępnie, w zależności od tlenku cyrkonu.
Uzupełnienie osiąga wymiary po obróbce oczekiwane przy określonym współczynniku skurczu.

W przypadku tlenku cyrkonu wielowarstwowego lub wstępnie cieniowanego odcień i przezroczystość po spiekaniu może również zależeć od składu materiału i warunków spiekania.

Dokładny wygląd i właściwości różnią się w zależności od produktów z tlenku cyrkonu.

Dlatego też ocena tlenku cyrkonu wyłącznie na podstawie jego wyglądu przed spiekaniem nie daje pełnego obrazu ostatecznego uzupełnienia.

Co należy sprawdzić podczas używania nowego tlenku cyrkonu?

W przypadku laboratoriów i dystrybutorów sprawdziłbym instrukcje materiałowe przed zmianą procedury spiekania.

Poszukaj przynajmniej następujących informacji:

1. Współczynnik skurczu

Sprawdź wartość podaną przez producenta tlenku cyrkonu i upewnij się, że oprogramowanie CAD/CAM używa prawidłowej wartości.

Różnica między np. skurczem liniowym 20,0% a 21,0% wynosi tylko jeden punkt procentowy, ale nadal może mieć wpływ na wymiary końcowe, jeśli w całym procesie frezowania zostanie zastosowana niewłaściwa wartość kompensacji.

2. Zalecana temperatura spiekania

Nie zakładaj, że każdy tlenek cyrkonu wykorzystuje tę samą temperaturę.

Jeden produkt może zalecać temperaturę około 1500 stopni, podczas gdy inny może określać temperaturę 1530 stopni lub inny zakres temperatur.

3. Szybkość ogrzewania

Sprawdź, czy materiał ma zalecenia spiekania-konwencjonalnego czy szybkiego.

Konwencjonalny cykl może wykorzystywać szybkość ogrzewania około 5–10 stopni / min, podczas gdy szybki cykl może wykorzystywać znacznie większą szybkość.

4. Czas trzymania

Sprawdź jak długo materiał powinien pozostawać w temperaturze docelowej.

Czas utrzymywania można określić w minutach lub godzinach, w zależności od materiału i cyklu.

5. Wymagania dotyczące chłodzenia

Sprawdź, czy producent określa konkretną procedurę chłodzenia.

Etap chłodzenia należy uważać za część pełnego cyklu spiekania, a nie za opcjonalny etap po podgrzaniu.

6. Kompatybilność pieca

Sprawdź, czy piec może pracować w wymaganym profilu temperaturowym i czy wybrany program jest dostosowany do materiału.

Piec powinien posiadać wymagany zakres temperatur, sterowanie ogrzewaniem, pojemność komory i programowalny cykl dla przetwarzanego tlenku cyrkonu.

Szczegóły te stają się szczególnie ważne, gdy laboratorium zmienia dostawców tlenku cyrkonu.

Prosty sposób na zrozumienie procesu

Jeśli dopiero zaczynasz przygodę z tlenkiem cyrkonu, możesz rozważyć ten proces w czterech etapach:

Przemiał

Wstępnie-zespiekany bloczek jest formowany w uzupełnienie o rozmiarze większym niż ostateczny.

W przypadku materiału o skurczu liniowym około 20% system CAD/CAM kompensuje oczekiwaną zmianę wymiarów na etapie projektowania i frezowania.

↓

Ogrzewanie

Piec stopniowo podnosi temperaturę zgodnie z wybranym programem.

Konwencjonalny program może wykorzystywać stosunkowo małą szybkość nagrzewania, podczas gdy szybki-program spiekania może wykorzystywać znacznie większą szybkość.

↓

Zagęszczenie

Cząsteczki tlenku cyrkonu stają się ściślej powiązane, a materiał staje się gęstszy.

Cz

Wypełnienie stopniowo się kurczy w miarę zmniejszania się przestrzeni między cząsteczkami.

↓

Chłodzenie

Uzupełnienie schładza się zgodnie z zaprogramowanym cyklem termicznym i osiąga stan obrobiony.

Rzeczywisty proces spiekania jest bardziej złożony niż ten uproszczony opis, ale model ten jest przydatny do zrozumienia zależności pomiędzy mieleniem, skurczem, zagęszczaniem, ogrzewaniem i chłodzeniem.

Co to oznacza przy wyborze pieca do spiekania?

Z punktu widzenia produkcji i rozwoju nie patrzyłbym na piec do spiekania jedynie poprzez pytanie, jak wysoka jest jego maksymalna temperatura.

Bardziej przydatne pytania to:

Czy może osiągnąć i utrzymać wymaganą temperaturę spiekania?

Na przykład, jeśli producent tlenku cyrkonu określa temperaturę 1530 stopni, piec musi niezawodnie działać w tej temperaturze przez wymagany okres przetrzymywania.

Czy rozkład temperatur wewnątrz komory jest odpowiedni do zamierzonego wsadu?

Staje się to bardziej istotne w przypadku jednoczesnego umieszczenia w komorze kilku uzupełnień lub łyżek.

Czy można regulować szybkość nagrzewania zgodnie z programem tlenku cyrkonu?

Piec przeznaczony zarówno do spiekania konwencjonalnego, jak i do szybkiego-wymaga odpowiedniej kontroli krzywej nagrzewania, a nie tylko wysokiej temperatury maksymalnej.

Czy piec może pracować w różnych cyklach spiekania?

Laboratorium może używać kilku materiałów tlenku cyrkonu, z których jeden wymaga konwencjonalnego cyklu, a drugi umożliwia szybkie spiekanie.

Czy proces chłodzenia jest kontrolowany?

Etap chłodzenia stanowi część pełnego cyklu termicznego i może wymagać przestrzegania instrukcji producenta materiału.

Czy program można dostosować, jeśli laboratorium używa różnych materiałów tlenku cyrkonu?

Możliwość przechowywania i wybierania różnych programów może być przydatna, gdy laboratorium pracuje z kilkoma produktami z tlenku cyrkonu.

Punkty te są bardziej związane z rzeczywistą obróbką tlenku cyrkonu niż z samą maksymalną temperaturą.

Laboratorium może używać tego samego pieca przez wiele lat, natomiast przetwarzane w nim materiały cyrkonowe mogą się zmieniać. Piec, który może dostosować się do różnych profili temperatur i programów spiekania, może być przydatny, gdy laboratorium zmienia materiały lub dodaje nowe produkty z tlenku cyrkonu.

Ostatnie przemyślenia

Spiekanie to coś więcej niż podgrzewanie wyfrezowanego uzupełnienia z tlenku cyrkonu do wysokiej temperatury.

W trakcie tego procesu tlenek cyrkonu staje się gęstszy, cząsteczki tworzą bardziej zwartą strukturę, a uzupełnienie kurczy się do zamierzonych ostatecznych wymiarów.

Typowy cykl tlenku cyrkonu może obejmować temperatury około 1450–1550 stopni, konwencjonalne szybkości nagrzewania w zakresie kilku stopni Celsjusza na minutę, określony czas przetrzymywania i kontrolowane chłodzenie. Materiały-szybko spiekające mogą wymagać znacznie wyższych szybkości nagrzewania i krótszych całkowitych cykli.

Liczby te są raczej przykładami niż ustawieniami uniwersalnymi. Odpowiednia temperatura, szybkość ogrzewania, czas utrzymywania i procedura chłodzenia zależą od materiału tlenku cyrkonu i instrukcji producenta.

W przypadku laboratoriów program spiekania najlepiej traktować jako część informacji producenta tlenku cyrkonu na temat przetwarzania, a nie jako ogólne ustawienie pieca.

Kiedy dystrybutor porównuje różne materiały cyrkonowe lub piece do spiekania, zrozumienie zależności między skurczem, zagęszczeniem, temperaturą, szybkością nagrzewania, czasem przetrzymywania, chłodzeniem i ostatecznymi wymiarami ułatwia również wyjaśnienie, dlaczego dwa produkty mogą wymagać różnych warunków przetwarzania, nawet jeśli są używane do tego samego rodzaju uzupełnień dentystycznych.