Čo sa stane so zirkónom počas spekania?

Čo sa stane so zirkónom počas spekania?

 

 

Ak ste niekedy porovnávali výplň z oxidu zirkoničitého pred a po spekaní, jednu zmenu si ľahko všimnete: výplň sa zmenší.

Zmena rozmerov je však len jednou časťou toho, čo sa deje počas spekania.

Pred spekaním sa dentálny zirkón zvyčajne dodáva v pred-spekanom stave. Má dostatočnú pevnosť pre CAD/CAM frézovanie a je oveľa jednoduchšie obrábať ako plne spekaný zirkón. V tomto štádiu však materiál ešte nedosiahol hustotu, mikroštruktúru a konečné materiálové charakteristiky očakávané po spekaní.

Počas spekania sa oxid zirkoničitý zahrieva prostredníctvom cyklu s riadenou teplotou. So zvyšujúcou sa teplotou sa častice tesnejšie spájajú, póry sa zmenšujú, materiál sa stáva hustejším a výplň postupne nadobúda konečné rozmery.

Pre niekoho, kto pracuje so zirkónom každý deň, je užitočné porozumieť tomu, čo sa deje vo vnútri materiálu, a nie pozerať sa na spekanie ako na jednoduché „zahrievanie koruny“.

Aký je zirkón pred spekaním?

Dentálne zirkónové bloky používané na frézovanie CAD/CAM sa vo všeobecnosti dodávajú v čiastočne zahustenom alebo pred{0}}spekanom stave.

V tomto štádiu má materiál dostatočnú pevnosť na manipuláciu a frézovanie, ale jeho hustota je stále nižšia ako hustota plne spekaných zirkónov.

Plne spekaný oxid zirkoničitý sa ťažko obrába bežným zubným frézovacím zariadením. Pred-spekaný oxid zirkoničitý sa ľahšie reže, čo umožňuje frézke vyrobiť náhradu skôr, ako materiál dosiahne svoju konečnú hustotu.

Výplň je tiež frézovaná na väčšiu veľkosť, než je jej zamýšľaná konečná veľkosť, pretože zirkón sa počas spekania zmršťuje.

Napríklad zirkónový blok môže mať špecifikované lineárne zmrštenie približne 20 % až 25 %, v závislosti od materiálu. Softvér CAD/CAM používa na výpočet zväčšených rozmerov frézovania faktor zmrštenia výrobcu.

Skutočná hodnota je špecifická pre materiál-. Hodnota 20% zmrštenia by sa nemala považovať za štandardné nastavenie pre každý zirkónový blok.

Pre laboratórium, ktoré prechádza od jedného dodávateľa oxidu zirkoničitého k druhému, je kontrola nového faktora zmršťovania pred frézovaním jednou z prvých vecí, ktorú treba urobiť.

Čo sa stane pri spustení vykurovania?

Po vložení náhrady oxidu zirkoničitého do pece a spustení programu sa teplota zvýši podľa zvolenej vykurovacej krivky.

Na začiatku cyklu sa materiál jednoducho zahrieva. Keď sa teplota blíži k rozsahu spekania, difúzia a väzba častíc sa stávajú čoraz dôležitejšími.

Pec nezhustne zirkón v jednom kroku.

Namiesto toho častice postupne vytvárajú pevnejšie spojenia, zatiaľ čo priestory medzi nimi sa zmenšujú.

Rýchlosť zahusťovania ovplyvňuje niekoľko faktorov, vrátane:

Zirkónové zloženie
Vlastnosti prášku
Počiatočná hustota
Veľkosť a distribúcia častíc
Rýchlosť vykurovania
Teplota spekania
Čas držania
Podmienky chladenia

Napríklad bežný program na báze oxidu zirkoničitého môže používať rýchlosť ohrevu približne 5–10 stupňov/min, zatiaľ čo niektoré rýchle-spekacie systémy používajú oveľa vyššie rýchlosti ohrevu. Tieto hodnoty sú skôr príkladmi než univerzálnymi nastaveniami. Správny cyklus závisí od pokynov výrobcu oxidu zirkoničitého.

Preto je potrebné program spekania prispôsobiť spracovávanému materiálu.

Zirkón sa stáva hustejším

Jednou z hlavných zmien počas spekania je zahusťovanie.

Pred spekaním obsahuje oxid zirkoničitý póry a medzery medzi časticami. Keď sa materiál zahreje na požadovanú teplotu, difúzia umožňuje časticiam vytvárať medzi sebou pevnejšie spojenia.

Keď sa tieto priestory zmenšujú, hustota sa zvyšuje.

Jednoduchý spôsob, ako si tento proces predstaviť, je predstaviť si súbor častíc, ktoré postupne vytvárajú súvislejšiu a kompaktnejšiu štruktúru.

Hustota dentálneho zirkónového bloku sa môže počas tohto procesu podstatne meniť. V závislosti od materiálu môže plne spekaný oxid zirkoničitý dosiahnuť hustotu približne 6,0 g/cm³ alebo viac, zatiaľ čo pred-spekaný materiál má nižšiu hustotu.

Presná hodnota závisí od zloženia oxidu zirkoničitého a výrobného procesu.

Toto zvýšenie hustoty úzko súvisí so zmršťovaním, ku ktorému dochádza pri spekaní.

Prečo sa obnova zmenšuje?

Keď sa oxid zirkoničitý stáva hustejším, objem materiálu sa zmenšuje.

To je dôvod, prečo sa náhrada, ktorá vyzerá po frézovaní ako príliš veľká, po spekaní zmenšuje.

Napríklad, ak má zirkónový materiál špecifikované lineárne zmrštenie 20 %, CAD/CAM systém musí kompenzovať túto zmenu pred frézovaním.

Vzťah nie je len otázkou zníženia dokončenej výplne o 20 %. Softvér CAD/CAM zväčší digitálne rozmery pred frézovaním, aby sa výplň mohla počas spekania sťahovať smerom k zamýšľaným rozmerom.

Skutočný faktor zmrštenia sa medzi výrobkami líši.

Vhodný spôsob chladenia závisí od materiálu a pokynov výrobcu pece.

Pre laboratórnu prácu je lepšie nechať naprogramovaný cyklus dokončiť, pokiaľ výrobca zirkónu alebo pece neposkytne iný postup.

Otvorenie pece pri vysokej teplote môže tiež vystaviť náhrady rýchlej zmene teploty, ktorá nebola súčasťou naprogramovaného cyklu.

Zmení rýchle spekanie to, čo sa stane so zirkónom?

Rýchle spekanie využíva kratší tepelný cyklus, zvyčajne zvýšením rýchlosti ohrevu a úpravou iných častí programu.

Základný účel zostáva rovnaký: zahustenie zirkónu.

Rozdiel je v teplotnej{0}}časovej histórii materiálu.

Napríklad bežný cyklus zirkónia môže trvať 6 až 10 hodín, zatiaľ čo niektoré rýchle-spekacie programy môžu dokončiť hlavný cyklus za približne 2 hodiny alebo menej. Niektoré materiály a pece sú navrhnuté pre ešte kratšie cykly.

Tieto údaje sa nevzťahujú na každý výrobok so zirkónom.

Rýchly cyklus môže v niektorých programoch pece používať rýchlosť ohrevu 30 – 100 stupňov/min, zatiaľ čo bežné cykly môžu používať výrazne nižšie rýchlosti ohrevu.

Vhodná rýchlosť ohrevu závisí od zloženia oxidu zirkoničitého a cyklu schváleného alebo odporúčaného pre daný materiál.

Preto by sa rýchle spekanie nemalo považovať za univerzálne nastavenie pece.

Niektoré materiály na báze oxidu zirkoničitého sú špeciálne vyvinuté alebo testované na rýchle spekanie, zatiaľ čo iné majú konvenčné odporúčania na spekanie.

Ak chce laboratórium použiť rýchly cyklus, prvá otázka by mala byť, či výrobca oxidu zirkoničitého podporuje tento cyklus a špecifikuje zodpovedajúci program.

Čo si môže všimnúť laboratórium po spekaní?

Po dokončení cyklu a vychladnutí náhrady je možné pozorovať niekoľko zmien.

Medzi najzreteľnejšie patria:

Obnova je menšia ako pred spekaním.
Materiál má oveľa hustejšiu štruktúru.
Povrch a vzhľad sa môžu zmeniť.
Konečný odtieň sa môže líšiť od pred-spekaného vzhľadu v závislosti od zirkónu.
Výplň dosahuje spracované rozmery očakávané od špecifikovaného faktora zmrštenia.

V prípade viacvrstvového alebo vopred zatieneného oxidu zirkoničitého môže odtieň a priesvitnosť po spekaní závisieť aj od zloženia materiálu a podmienok spekania.

Presný vzhľad a vlastnosti sa medzi výrobkami so zirkónom líšia.

To je dôvod, prečo súdiť zirkón iba podľa jeho vzhľadu pred spekaním neposkytuje úplný obraz o finálnej výplni.

Čo by ste mali skontrolovať pri používaní nového zirkónu?

Pre laboratóriá a distribútorov by som pred zmenou postupu spekania skontroloval pokyny k materiálu.

Hľadajte minimálne tieto informácie:

1. Faktor zmršťovania

Skontrolujte hodnotu poskytnutú výrobcom oxidu zirkoničitého a uistite sa, že softvér CAD/CAM používa správnu hodnotu.

Rozdiel medzi napríklad 20,0 % a 21,0 % lineárnym zmrštením je len jeden percentuálny bod, ale stále môže ovplyvniť konečné rozmery, ak sa počas procesu frézovania použije nesprávna hodnota kompenzácie.

2. Odporúčaná teplota spekania

Nepredpokladajte, že všetky zirkóny používajú rovnakú teplotu.

Jeden produkt môže odporúčať okolo 1 500 stupňov, zatiaľ čo iný môže špecifikovať 1 530 stupňov alebo iný teplotný rozsah.

3. Rýchlosť ohrevu

Skontrolujte, či má materiál odporúčané konvenčné alebo rýchle{0}}spekanie.

Bežný cyklus môže využívať rýchlosť ohrevu okolo 5 – 10 stupňov/min, zatiaľ čo rýchly cyklus môže používať výrazne vyššiu rýchlosť.

4. Čas držania

Skontrolujte, ako dlho by mal materiál zostať pri cieľovej teplote.

Čas výdrže môže byť špecifikovaný v minútach alebo hodinách v závislosti od materiálu a cyklu.

5. Požiadavky na chladenie

Skontrolujte, či výrobca špecifikuje konkrétny postup chladenia.

Fáza chladenia by sa mala považovať skôr za súčasť úplného cyklu spekania ako za voliteľný krok po zahriatí.

6. Kompatibilita pece

Skontrolujte, či pec dokáže spustiť požadovaný teplotný profil a či zvolený program zodpovedá materiálu.

Pec by mala mať požadovaný teplotný rozsah, ovládanie ohrevu, kapacitu komory a programovateľný cyklus pre spracovávaný oxid zirkoničitý.

Tieto detaily sa stávajú obzvlášť dôležitými, keď laboratórium mení dodávateľa oxidu zirkoničitého.

Jednoduchý spôsob, ako pochopiť proces

Ak ste novým zirkónom, môžete o tomto procese uvažovať v štyroch fázach:

Frézovanie

Pred-sintrovaný blok je vytvarovaný do náhrady, ktorá je väčšia ako konečná veľkosť.

Pre materiál s približne 20% lineárnym zmršťovaním kompenzuje CAD/CAM systém očakávanú rozmerovú zmenu počas fázy návrhu a frézovania.

↓

Kúrenie

Pec postupne zvyšuje teplotu podľa zvoleného programu.

Bežný program môže používať relatívne nízku rýchlosť ohrevu, zatiaľ čo rýchly{0}}spekací program môže používať oveľa vyššiu rýchlosť.

↓

Zahusťovanie

Častice oxidu zirkoničitého sa stávajú tesnejšie a materiál sa stáva hustejším.

Th

Výplň sa postupne zmenšuje, keď sa priestor medzi časticami zmenšuje.

↓

Chladenie

Výplň sa ochladzuje podľa naprogramovaného tepelného cyklu a dosahuje svoj spracovaný stav.

Skutočný proces spekania je zložitejší ako tento zjednodušený popis, ale tento model je užitočný na pochopenie vzťahu medzi mletím, zmršťovaním, zahusťovaním, zahrievaním a chladením.

Čo to znamená pri výbere spekacej pece?

Z hľadiska výroby a vývoja by som sa na spekaciu pec nepozeral len tak, že by som sa opýtal, aká vysoká je jej maximálna teplota.

Užitočnejšie otázky sú:

Dokáže dosiahnuť a udržať požadovanú teplotu spekania?

Napríklad, ak výrobca oxidu zirkoničitého špecifikuje 1 530 stupňov, pec musí pri tejto teplote spoľahlivo fungovať počas požadovanej doby zdržania.

Je rozloženie teploty vo vnútri komory vhodné pre zamýšľanú záťaž?

Toto sa stáva dôležitejším, keď je do komory umiestnených niekoľko výplní alebo tácok súčasne.

Dá sa regulovať rýchlosť ohrevu podľa programu zirkónia?

Pec určená na konvenčné aj rýchle{0}}spekanie potrebuje skôr vhodnú reguláciu vykurovacej krivky než len vysokú maximálnu teplotu.

Môže pec vykonávať rôzne cykly spekania?

Laboratórium môže používať niekoľko materiálov na báze oxidu zirkoničitého, pričom jeden vyžaduje konvenčný cyklus a druhý umožňuje rýchle spekanie.

Je proces chladenia kontrolovateľný?

Stupeň chladenia tvorí súčasť celého tepelného cyklu a možno bude potrebné dodržiavať pokyny výrobcu materiálu.

Dá sa program upraviť, keď laboratórium používa rôzne materiály na báze zirkónu?

Schopnosť ukladať a vyberať rôzne programy môže byť užitočná, keď laboratórium pracuje s niekoľkými výrobkami z oxidu zirkoničitého.

Tieto body sú užšie spojené so skutočným spracovaním oxidu zirkoničitého ako samotná maximálna teplota.

Laboratórium môže používať tú istú pec po mnoho rokov, zatiaľ čo zirkónové materiály v nej spracované sa môžu meniť. Pec, ktorá sa môže prispôsobiť rôznym teplotným profilom a programom spekania, môže byť užitočná, keď laboratórium mení materiály alebo pridáva nové produkty z oxidu zirkoničitého.

Záverečné myšlienky

Spekanie je viac než len zahrievanie frézovanej náhrady zirkónia na vysokú teplotu.

Počas procesu sa oxid zirkoničitý stáva hustejším, častice tvoria kompaktnejšiu štruktúru a výplň sa zmršťuje smerom k zamýšľaným konečným rozmerom.

Typický dentálny cyklus zirkónia môže zahŕňať teploty okolo 1 450 – 1 550 stupňov, konvenčné rýchlosti ohrevu v rozsahu niekoľkých stupňov Celzia za minútu, špecifikovanú dobu zdržania a riadené chladenie. Rýchle-spekacie materiály môžu využívať výrazne vyššie rýchlosti ohrevu a kratšie celkové cykly.

Tieto čísla sú skôr príkladmi ako univerzálnymi nastaveniami. Vhodná teplota, rýchlosť ohrevu, doba zdržania a postup ochladzovania závisia od materiálu zirkónia a pokynov výrobcu.

Pre laboratóriá sa program spekania najlepšie považuje za súčasť informácií o spracovaní výrobcu oxidu zirkoničitého, a nie ako všeobecné nastavenie pece.

Keď distribútor porovnáva rôzne materiály na báze oxidu zirkoničitého alebo spekacie pece, pochopenie vzťahu medzi zmršťovaním, zhusťovaním, teplotou, rýchlosťou ohrevu, dobou výdrže, chladením a konečnými rozmermi tiež uľahčuje vysvetlenie, prečo môžu dva produkty vyžadovať rôzne podmienky spracovania, aj keď sa používajú na rovnaký typ zubnej náhrady.