焼結により、ジルコニアはチョーク状の単斜晶構造から緻密な多方晶構造に変化し、強度、密度、透光性が著しく向上する。
このプロセスでは、ジルコニアを通常1,100℃～1,200℃の高温に加熱する。
これにより、構造が変化し、気孔率が減少する。
また、この焼結プロセスにより、ジルコニアは約25%の大幅な収縮を生じる。
4つの主な変態
1.構造変化
当初、ジルコニアは単斜晶系の結晶構造をしており、柔らかく、切削や輪郭加工が容易である。
しかし、焼結温度まで加熱すると、多方晶に相変態する。
この相変態は、材料の密度を高めるだけでなく、機械的特性を著しく向上させるため、極めて重要である。
単斜晶から多方晶または正方晶への相変態は、硬度と強度の大幅な増加を伴う。
これにより、高速工具を用いても切削に耐える材料となる。
2.物理的特性の向上
焼結プロセスは、ジルコニアの物理的特性を大幅に向上させる。
気孔率が減少することで材料が緻密になり、透光性と強度が向上します。
これらの特性は、審美性と機械的強度の両方が求められる歯科修復物への応用に不可欠です。
3.焼結時の収縮
焼結プロセスの重要な側面のひとつに、著しい収縮があります。
ジルコニアは通常、焼結中に約25％収縮する。
この収縮は、最終製品が正しく適合するよう、ジルコニア・コンポーネントの設計および製造プロセスにおいて注意深く考慮されなければなりません。
この収縮を効果的に管理するには、適切な容量、あらかじめプログラムされたサイクル、自動化機能を備えた焼結炉の選択が不可欠である。
4.焼結炉とプロセス
ジルコニアの焼結は通常、相変態に必要な高温に到達・維持できるよう設計された特殊な炉で行われる。
プロセスには加熱、焼結、冷却の3つの主要段階がある。
加熱段階では、炉は必要なレベルまで温度を上昇させる。
焼結段階では、実際の相変態と緻密化が行われる。
冷却段階では、材料がクラックやその他の欠陥を生じることなく、新しい強化された状態で凝固することを保証する。
要約すると、焼結はジルコニアの製造において重要なプロセスであり、特に歯科をはじめとする様々な用途の要求を満たすために、その構造と特性を大きく変化させる。
軟らかいチョークのような材料から、硬く緻密で強靭なセラミックへの変換は、温度と焼結プロセスの精密な制御によって達成されます。
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