Cosa succede alla zirconio durante la sinterizzazione?

Cosa succede alla zirconio durante la sinterizzazione?

 

 

Se avete mai confrontato un restauro in zirconia prima e dopo la sinterizzazione, un cambiamento è facile da notare: il restauro diventa più piccolo.

Ma il cambiamento dimensionale è solo una parte di ciò che accade durante la sinterizzazione.

Prima della sinterizzazione, la zirconia dentale viene solitamente fornita in uno stato pre-sinterizzato. Ha una resistenza sufficiente per la fresatura CAD/CAM ed è molto più facile da lavorare rispetto alla zirconia completamente sinterizzata. In questa fase, tuttavia, il materiale non ha ancora raggiunto la densità, la microstruttura e le caratteristiche finali previste dopo la sinterizzazione.

Durante la sinterizzazione, la zirconia viene riscaldata attraverso un ciclo a temperatura controllata. All’aumentare della temperatura le particelle si legano più strettamente, i pori si restringono, il materiale diventa più denso e il restauro raggiunge gradualmente le dimensioni finali.

Per chi lavora ogni giorno con la zirconia, è utile capire cosa sta succedendo all'interno del materiale piuttosto che considerare la sinterizzazione semplicemente come un "riscaldamento della corona".

Com'è la zirconia prima della sinterizzazione?

I blocchi dentali in zirconio utilizzati per la fresatura CAD/CAM vengono generalmente forniti in uno stato parzialmente densificato o pre-sinterizzato.

In questa fase, il materiale ha una resistenza sufficiente per essere manipolato e fresato, ma la sua densità è ancora inferiore a quella della zirconia completamente sinterizzata.

La zirconia completamente sinterizzata è difficile da lavorare con le apparecchiature di fresatura dentale convenzionali. La zirconia pre-sinterizzata è più facile da tagliare, il che consente alla fresatrice di produrre il restauro prima che il materiale raggiunga la sua densità finale.

Inoltre, il restauro viene fresato più grande della dimensione finale prevista perché la zirconia si restringerà durante la sinterizzazione.

Ad esempio, un blocco di zirconio può avere un ritiro lineare specificato compreso tra il 20% e il 25% circa, a seconda del materiale. Il software CAD/CAM utilizza il fattore di restringimento del produttore per calcolare le dimensioni di fresatura ingrandite.

Il valore effettivo è specifico del materiale-. Un valore di contrazione del 20% non dovrebbe essere considerato un’impostazione standard per ogni blocchetto di zirconio.

Per un laboratorio che passa da un fornitore di zirconia a un altro, controllare il nuovo fattore di contrazione prima della fresatura è una delle prime cose da fare.

Cosa succede quando inizia il riscaldamento?

Una volta inserito il restauro in zirconio nel forno e avviato il programma, la temperatura aumenta in base alla curva di riscaldamento selezionata.

All'inizio del ciclo il materiale viene semplicemente riscaldato. Quando la temperatura si avvicina all'intervallo di sinterizzazione, la diffusione e il legame delle particelle diventano sempre più importanti.

Il forno non rende densa la zirconia in un unico passaggio.

Invece, le particelle formano gradualmente connessioni più forti, mentre gli spazi tra loro diventano più piccoli.

Il tasso di densificazione è influenzato da diversi fattori, tra cui:

Composizione dello zirconio
Caratteristiche della polvere
Densità iniziale
Dimensione e distribuzione delle particelle
Velocità di riscaldamento
Temperatura di sinterizzazione
Tempo di attesa
Condizioni di raffreddamento

Ad esempio, un programma convenzionale per la zirconia può utilizzare una velocità di riscaldamento di circa 5-10 gradi/min, mentre alcuni sistemi di sinterizzazione-veloci utilizzano velocità di riscaldamento molto più elevate. Questi valori sono esempi piuttosto che impostazioni universali. Il ciclo corretto dipende dalle istruzioni del produttore dell'ossido di zirconio.

Per questo motivo il programma di sinterizzazione deve essere adattato al materiale da lavorare.

La zirconia diventa più densa

Uno dei principali cambiamenti durante la sinterizzazione è la densificazione.

Prima della sinterizzazione, la zirconia contiene pori e spazi tra le particelle. Quando il materiale viene riscaldato alla temperatura richiesta, la diffusione consente alle particelle di formare connessioni più forti tra loro.

Man mano che questi spazi si riducono, la densità aumenta.

Un modo semplice per immaginare il processo è immaginare un insieme di particelle che formano gradualmente una struttura più continua e compatta.

La densità di un blocco dentale di zirconio può cambiare sostanzialmente durante questo processo. A seconda del materiale, la zirconia completamente sinterizzata può raggiungere una densità di circa 6,0 g/cm³ o più, mentre il materiale pre-sinterizzato ha una densità inferiore.

Il valore esatto dipende dalla composizione della zirconia e dal processo di produzione.

Questo aumento di densità è strettamente correlato al ritiro che si verifica durante la sinterizzazione.

Perché il restauro diventa più piccolo?

Man mano che la zirconia diventa più densa, il volume del materiale diminuisce.

Ecco perché un restauro che appare sovradimensionato dopo la fresatura diventa più piccolo dopo la sinterizzazione.

Ad esempio, se un materiale in zirconio ha un ritiro lineare specificato del 20%, il sistema CAD/CAM deve compensare tale cambiamento prima della fresatura.

Il rapporto non consiste semplicemente nel ridurre del 20% il restauro finito. Il software CAD/CAM ingrandisce le dimensioni digitali prima della fresatura in modo che il restauro possa contrarsi verso le dimensioni previste durante la sinterizzazione.

Il fattore di restringimento effettivo varia da prodotto a prodotto.

Il metodo di raffreddamento appropriato dipende dal materiale e dalle istruzioni del produttore del forno.

Per i lavori di laboratorio, è meglio consentire il completamento del ciclo programmato, a meno che il produttore della zirconia o del forno non fornisca una procedura diversa.

L'apertura del forno ad alta temperatura può esporre i restauri anche a un rapido sbalzo di temperatura che non rientra nel ciclo programmato.

La sinterizzazione rapida cambia ciò che accade alla zirconio?

La sinterizzazione rapida utilizza un ciclo termico più breve, solitamente aumentando la velocità di riscaldamento e regolando altre parti del programma.

Lo scopo fondamentale rimane lo stesso: la densificazione della zirconia.

La differenza è la storia temporale della temperatura- sperimentata dal materiale.

Ad esempio, un ciclo di zirconia convenzionale può richiedere 6-10 ore, mentre alcuni programmi di sinterizzazione-veloci possono completare il ciclo principale in circa 2 ore o meno. Alcuni materiali e forni sono progettati per cicli ancora più brevi.

Queste cifre non sono applicabili a tutti i prodotti in zirconio.

In alcuni programmi di forni, un ciclo veloce può utilizzare una velocità di riscaldamento di 30–100 gradi/min, mentre i cicli convenzionali possono utilizzare velocità di riscaldamento notevolmente inferiori.

La velocità di riscaldamento appropriata dipende dalla formulazione della zirconia e dal ciclo convalidato o consigliato per quel materiale.

Questo è il motivo per cui la sinterizzazione rapida non dovrebbe essere trattata come un’impostazione universale del forno.

Alcuni materiali in zirconio sono sviluppati o testati specificatamente per la sinterizzazione rapida, mentre altri hanno raccomandazioni per la sinterizzazione convenzionale.

Se un laboratorio desidera utilizzare un ciclo veloce, la prima domanda dovrebbe essere se il produttore di zirconia supporta quel ciclo e specifica il programma corrispondente.

Cosa può notare un laboratorio dopo la sinterizzazione?

Una volta completato il ciclo e raffreddato il restauro, si possono osservare diversi cambiamenti.

Quelli più ovvi includono:

Il restauro è più piccolo rispetto a prima della sinterizzazione.
Il materiale ha una struttura molto più densa.
La superficie e l'aspetto potrebbero cambiare.
La tonalità finale può differire dall'aspetto pre-sinterizzato, a seconda della zirconia.
Il restauro raggiunge le dimensioni lavorate previste dal fattore di contrazione indicato.

Per la zirconia multistrato o precolorata, il colore e la traslucenza dopo la sinterizzazione possono dipendere anche dalla formulazione del materiale e dalle condizioni di sinterizzazione.

L'aspetto e le proprietà esatte variano tra i prodotti in zirconio.

Questo è il motivo per cui giudicare una zirconia solo dal suo aspetto prima della sinterizzazione non fornisce un quadro completo del restauro finale.

Cosa dovresti controllare quando usi una nuova zirconio?

Per i laboratori e i distributori, controllerei le istruzioni del materiale prima di modificare la procedura di sinterizzazione.

Come minimo, cerca le seguenti informazioni:

1. Fattore di restringimento

Controllare il valore fornito dal produttore dell'ossido di zirconio e assicurarsi che il software CAD/CAM utilizzi il valore corretto.

Una differenza tra, ad esempio, il ritiro lineare del 20,0% e del 21,0% è solo di un punto percentuale, ma può comunque influenzare le dimensioni finali se viene utilizzato un valore di compensazione errato durante il processo di fresatura.

2. Temperatura di sinterizzazione consigliata

Non dare per scontato che tutta la zirconia utilizzi la stessa temperatura.

Un prodotto può consigliare circa 1.500 gradi, mentre un altro può specificare 1.530 gradi o un intervallo di temperatura diverso.

3. Velocità di riscaldamento

Controlla se il materiale ha una raccomandazione per la sinterizzazione convenzionale o rapida-.

Un ciclo convenzionale può utilizzare una velocità di riscaldamento di circa 5–10 gradi/min, mentre un ciclo veloce può utilizzare una velocità considerevolmente più elevata.

4. Tempo di attesa

Controllare per quanto tempo il materiale deve rimanere alla temperatura target.

Il tempo di mantenimento può essere specificato in minuti o ore a seconda del materiale e del ciclo.

5. Requisiti di raffreddamento

Verificare se il produttore specifica una particolare procedura di raffreddamento.

La fase di raffreddamento dovrebbe essere considerata parte del ciclo di sinterizzazione completo piuttosto che una fase facoltativa dopo il riscaldamento.

6. Compatibilità del forno

Verificare se il forno è in grado di eseguire il profilo di temperatura richiesto e se il programma selezionato è adatto al materiale.

Il forno deve avere l'intervallo di temperatura, il controllo del riscaldamento, la capacità della camera e il ciclo programmabile richiesti per la zirconia da elaborare.

Questi dettagli diventano particolarmente importanti quando un laboratorio cambia fornitore di zirconia.

Un modo semplice per comprendere il processo

Se non conosci la zirconia, puoi pensare al processo in quattro fasi:

Fresatura

Il blocco pre-sinterizzato viene modellato in un restauro più grande della dimensione finale.

Per un materiale con un ritiro lineare di circa il 20%, il sistema CAD/CAM compensa il cambiamento dimensionale previsto durante la fase di progettazione e fresatura.

↓

Riscaldamento

Il forno aumenta gradualmente la temperatura in base al programma selezionato.

Un programma convenzionale può utilizzare una velocità di riscaldamento relativamente lenta, mentre un programma di sinterizzazione-veloce può utilizzare una velocità molto più elevata.

↓

Densificazione

Le particelle di zirconio si legano più strettamente e il materiale diventa più denso.

Gi

Il restauro si restringe gradualmente man mano che diminuiscono gli spazi tra le particelle.

↓

Raffreddamento

Il restauro si raffredda secondo il ciclo termico programmato e raggiunge lo stato lavorato.

Il processo di sinterizzazione effettivo è più complesso di questa descrizione semplificata, ma questo modello è utile per comprendere la relazione tra fresatura, ritiro, densificazione, riscaldamento e raffreddamento.

Cosa significa quando si sceglie un forno di sinterizzazione?

Dal punto di vista della produzione e dello sviluppo, non guarderei un forno di sinterizzazione solo chiedendomi quanto è alta la sua temperatura massima.

Le domande più utili sono:

Riesce a raggiungere e mantenere la temperatura di sinterizzazione richiesta?

Ad esempio, se un produttore di zirconio specifica 1.530 gradi, il forno deve funzionare in modo affidabile a quella temperatura per il periodo di mantenimento richiesto.

La distribuzione della temperatura all'interno della camera è adatta al carico previsto?

Ciò diventa ancora più rilevante quando nella camera vengono posizionati più restauri o portaimpronte contemporaneamente.

È possibile controllare la velocità di riscaldamento secondo il programma zirconia?

Un forno destinato sia alle applicazioni di sinterizzazione convenzionale che a quella di-sinterizzazione rapida necessita di un controllo adeguato della curva di riscaldamento anziché semplicemente di una temperatura massima elevata.

Il forno può eseguire diversi cicli di sinterizzazione?

Un laboratorio può utilizzare diversi materiali in zirconio, uno dei quali richiede un ciclo convenzionale e un altro consente una sinterizzazione rapida.

Il processo di raffreddamento è controllabile?

La fase di raffreddamento fa parte del ciclo termico completo e potrebbe essere necessario seguire le istruzioni del produttore del materiale.

È possibile modificare il programma quando il laboratorio utilizza materiali di zirconio diversi?

La possibilità di memorizzare e selezionare diversi programmi può essere utile quando il laboratorio lavora con diversi prodotti in zirconio.

Questi punti sono più strettamente correlati alla lavorazione effettiva della zirconia che alla sola temperatura massima.

Un laboratorio può utilizzare lo stesso forno per molti anni, mentre i materiali di zirconio lavorati al suo interno possono cambiare. Un forno in grado di ospitare diversi profili di temperatura e programmi di sinterizzazione può essere utile quando il laboratorio cambia materiali o aggiunge nuovi prodotti in zirconio.

Considerazioni finali

La sinterizzazione è molto più che riscaldare un restauro fresato in zirconio ad alta temperatura.

Durante il processo, la zirconia diventa più densa, le particelle formano una struttura più compatta e il restauro si restringe fino alle dimensioni finali previste.

Un tipico ciclo di zirconia dentale può comportare temperature intorno a 1.450-1.550 gradi, velocità di riscaldamento convenzionali nell'intervallo di diversi gradi Celsius al minuto, un periodo di mantenimento specificato e raffreddamento controllato. I materiali a sinterizzazione-veloce possono utilizzare velocità di riscaldamento considerevolmente più elevate e cicli totali più brevi.

Queste cifre sono esempi piuttosto che impostazioni universali. La temperatura, la velocità di riscaldamento, il tempo di mantenimento e la procedura di raffreddamento appropriati dipendono dal materiale di zirconio e dalle istruzioni del produttore.

Per i laboratori, è meglio trattare il programma di sinterizzazione come parte delle informazioni sulla lavorazione del produttore di zirconia piuttosto che come un'impostazione generica del forno.

Quando un distributore confronta diversi materiali in zirconia o forni di sinterizzazione, comprendere la relazione tra contrazione, densificazione, temperatura, velocità di riscaldamento, tempo di mantenimento, raffreddamento e dimensioni finali rende anche più semplice spiegare perché due prodotti possono richiedere condizioni di lavorazione diverse, anche quando vengono utilizzati per lo stesso tipo di restauro dentale.