Effect of alumina nanopowder admixture on consolidation of 3Y2O3-ZrO2 micropowder in prosthodontic application context

• Autorzy: Łabuz A. , Lach R. , Moskała N. , Pyda W.

Warianty tytułu

PL

Wpływ domieszki nanoproszku Al2O3 na konsolidację mikroproszku 3Y2O3-ZrO2 w kontekście zastosowań protetycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Zirconia micropowder stabilized with 3 mol% yttrium oxide is used to produce bisques, being the pre-sintered blanks intended for the manufacturing of all-ceramic dental restorations. The bisques should be characterized by mechanical strength and fracture toughness suitable for the precise milling of thin-walled items afterwards sintered to full density, ensuring good performance. The aim of this research was to study the effect of a 0.2 mass% nano-Al2O3 addition to the TZ-3Y Tosoh powder on its behaviour during low and high-temperature consolidation, and on the properties of green compacts, bisque-sintered and fully-sintered TZP materials. The bisque-sintered materials were manufactured at 500÷900°C, and characterized in terms of their densification, mechanical strength, hardness and fracture toughness, and compared to the Cercon and ICE Zirconia green materials. The materials sintered at 1200÷1550°C were analysed to show the influence of the alumina addition and presintering temperature on the densification and microstructure. Comparison was also made to sintered bodies derived from the Cercon and ICE Zirconia materials. Both unmodified and Al2O3 modified TZ-3Y powder can be used for the fabrication of bisques for dental applications. An increase in strength and hardness of the bisques with a pre-treatment temperature was observed, and it significantly affected their behaviour during milling; the bisques pre-sintered at 700 and 900°C showed the best machining properties. The addition of 0.2 mass% nano-Al2O3 to the TZ-3Y powder contributed to lowering the final sintering temperature, and to obtaining a microstructure analogous to the Cercon derived one.

PL

Proszek dwutlenku cyrkonu, stabilizowanego dodatkiem 3% mol. tlenku itru, znalazł zastosowanie do produkcji biskwitów przeznaczonych do wytwarzania podbudów pełnoceramicznych uzupełnień protetycznych. Biskwity poddawane są obróbce mechanicznej, dlatego powinny cechować się odpowiednią wytrzymałością mechaniczną i odpornością na kruche pękanie, aby mo?liwe było frezowanie precyzyjnych cienkościennych elementów. Etapem końcowym jest spiekanie wyfrezowanych podbudów do pełnego zagęszczenia w celu nadania odpowiednich właściwości użytkowych. W pracy przedstawiono wpływ dodatku 0.2% mas. nanometrycznego Al2O3 na konsolidację do postaci biskwitów i gęstych spieków komercyjnego mikroproszku cyrkoniowego TZ-3Y (Tosoh), a otrzymane wyniki porównano z prezentowanymi przez polikryształy tetragonalnego dwutlenku cyrkonu (TZP) pochodzące z proszku niemodyfikowanego dodatkiem tlenku glinu oraz przez materiały handlowe - Cercon i ICE Zirconia, stosowane w technice dentystycznej. Biskwity materiałów TZP modyfikowanych i niemodyfikowanych dodatkiem nano-Al2O3 otrzymywano na drodze prasowania i wstępnego spiekania w temperaturach 500, 700 i 900°C przy czasie wytrzymania 0,5 h. Aby ocenić przydatność do obróbki mechanicznej, biskwity charakteryzowano pod względem stopnia zagęszczenia oraz wytrzymałości mechanicznej, twardości i odporności na kruche pękanie. Spiekanie do pełnego zagęszczenia prowadzono w temperaturach 1200÷1550°C, stosując dwugodzinny czas wytrzymania. Charakterystyka spieczonych tworzyw obejmowała badania nad wpływem dodatku Al2O3 i temperatury wstępnego spiekania biskwitów na ostateczne zagęszczenie spieków. W pracy wykazano, że komercyjny proszek TZ-3Y Tosoh, nie modyfikowany i modyfikowany dodatkiem Al2O3, może być zastosowany do produkcji biskwitów przeznaczonych do wytwarzania pełnoceramicznych uzupełnień protetycznych. Wzrost wytrzymałości i twardości biskwitów w wyniku podnoszenia temperatury obróbki wstępnej wpływa znacząco na obróbkę mechaniczną, dlatego najlepsze warunki obróbki mechanicznej obserwowano w przypadku biskwitów wytwarzanych w temperaturach 700 i 900°C. Zastosowany dodatek 0,2% mas. Al2O3 do tworzyw 3Y-TZP nie wpłynął znacząco na obróbkę mechaniczną biskwitów, ale przyczynił się do obniżenia temperatury spiekania końcowego. Przyczynił się też do uzyskania mikrostruktury gęstych tworzyw TZP analogicznej do prezentowanej przez spieki uzyskane z tworzywa Cercon.

Słowa kluczowe

EN

3Y-TZP; AI2O3; bisque; all-ceramic dental restorations

PL

3Y-TZP; Al2O3; biskwit; pełnoceramiczne uzupełnienia protetyczne

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 12, nr 2
• Strony: 98--104
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Łabuz A.

autor

Lach R.

autor

Moskała N.

autor

Pyda W.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Material Science and Ceramics, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland,

Bibliografia

• [1] Garvie R.C., Hannink R.H., Pascoe R.T., Ceramic Steel? Nature 1975, 258, 703-704.
• [2] Chevalier J., Gremillard L., Virkar A.V., Clarke D.R., The tetragonal-monoclinic transformation in zirconia: lessons learned and future trends, J. Am. Ceram. Soc. 2009, 92, [9] 1901-1920.
• [3] Matsui K., Yoshida H., Ikuhara Y., Phase-transformation and grain-growth kinetics in yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystal doped with a small amount of alumina, J. Euro. Ceram. Soc. 2010, 30, 1679-1690.
• [4] Matsui K., Yamakawa T., Uehara M., Enomoto N., Hojo J., Mechanism of alumina-enhanced sintering of fine zirconia powder: influence of alumina concentration on the initial stage sintering, J. Am. Ceram. Soc. 2008, 91, 6, 1888-1897.
• [5] Koley S., Ghosh A., Sahu A.K., Tewari R., Suri A.K., Correlation of compaction pressure, green density, pore size distribution and sintering temperature of a nano-crystalline 2Y-TZP-Al2O3 composite, Ceramics International 2011, 37, 731-739.
• [6] Hodgson S.N.B., Cawley J., Clubley M., The role of Al2O3 impurities on the microstructure and properties of Y-TZP, Journal of Materials Processing Technology 1999, 92-93, 85-90.
• [7] Pyda W., Brzezińska-Miecznik J., Pędzich Z., Pyda A., Effect of a method of Al2O3 incorporation into 3Y-TZP materials on their microstructure and properties, Kompozyty (Composites) 2004, 4, 11.
• [8] Niihara K., A fracture mechanics analysis of indentation induced Palmqvist cracks in ceramics, J. Mater. Lett. 1983, 2, 221.
• [9] Łabuz A., Moskała N., Pyda W., Bisque 3Y-TZP materials for all-ceramic dental restorations, Ceramic Materials 2011, 63, 3, 562-569.