Verrassend genoeg zijn er 17 verschillende soorten zirkonia. Dat zijn er veel meer dan 6 of 7! Deze soorten zijn gecategoriseerd op basis van bepaalde kenmerken. Elk type is gunstig omdat het een specifieke eigenschap heeft: stevigheid, roestbestendigheid, hittebestendigheid en stabiliteit bij uitdagingen.
Nu is het tijd om meer te weten te komen over zirkonia. Lees dus verder!
Wat is zirkonia en hoeveel verschillende klassen kent het?
Wat is zirkonia en hoeveel soorten zijn er?
Zirkonia/Zirkoniumoxide (ZrO2) is een hoogwaardig keramisch materiaal dat bestand is tegen hoge temperaturen. Het is afkomstig van mineralen. Een Duitse wetenschapper, Martin Heinrich Klaproth, identificeerde zirkoon in 1789 tijdens zijn werk met zirkoon (ZrSiO₄). Hij verkreeg oxiden uit zirkoon en gaf ze de naam zirkoon. Later, in 1824, isoleerde een Zweedse chemicus, Jöns Jakob Berzelius, voor het eerst zirkoon uit zirkoon.
Zirkonia is een fijn wit poeder. Het is zeer sterk en breekt niet snel bij snelle temperatuurschommelingen. Het is ook bestand tegen sterke chemicaliën.
Dankzij deze fantastische eigenschappen vindt zirkonia zijn toepassing in vele sectoren. Het wordt onder andere gebruikt bij de productie van keramische messen, medische instrumenten, industriële machines, onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart en elektrische isolatoren.
Het wordt ook toegepast bij de ontwikkeling van andere technologisch verbeterde materialen, zoals hittebeschermende coatings, uitlaatgasconverters van auto's, zuurstofsensoren en membranen van brandstofcellen. Dankzij de compatibiliteit met het menselijk lichaam kan het worden gebruikt bij de productie van tandkronen en medische implantaten.
Bij normale temperatuur is zirkonia monoklien. Maar bij stijgende temperatuur ondergaat zirkonia een faseovergang en verandert daardoor van vorm. Het smeltpunt van dit materiaal is zeer hoog. Het smelt zelfs bij 2716 graden Celsius.
Dit is hoe het transformeert:
-
Bij 1170°C ontstaat tetragonaal zirkonia.
-
Bij 2370 °C verandert het in een kubusvorm. Deze kubusvorm wordt vaak gebruikt om sieraden maken die op diamanten lijken.
-
Boven de 2370°C, en vlak voordat het smelt, krijgt zirkonia een fluorietstructuur.
Deze veranderingen hebben invloed op de stabiliteit van zirkonia en veranderen enkele eigenschappen ervan.
Zirkonia wordt op basis van verschillende eigenschappen in typen gegroepeerd:
-
Stabilisatiemethoden, zoals het toevoegen van mineralen zoals yttriumoxide of calcium.
-
Samengestelde structuren.
-
Speciale mengsels en toepassingen.
-
Verwerking en fysieke kenmerken.
-
Unieke toepassingen in de industrie.
17 soorten zirkonia uitgelegd
Er zijn 17 soorten zirkonia die op grote schaal worden toegepast in de productie, bijvoorbeeld bij de productie van tandheelkundige implantaten en orthopedische instrumenten.
Soorten zirkonia op basis van stabilisatiemethoden
-
Monoklinische zirkonia
Dit is de zuiverste vorm van zirkonia en de meest stabiele bij normale temperaturen. Het is echter ook erg bros en niet erg sterk. Het is nog steeds relatief zwak; om de sterkte te verhogen, moet het worden omgezet in tetragonale zirkonia-polykristallen (TZP).
-
Tetragonale zirkonia
Dit type is stabiel bij hoge temperaturen, sterker en duurzamer en daardoor geschikt voor tandheelkundige instrumenten en hoogwaardige keramiek.
-
Gedeeltelijk gestabiliseerd zirkonia (PSZ)
Dit type bevat zowel monoklien als tetragonaal zirkoniumoxide. Het wordt gestabiliseerd met yttriumoxide of calcia, wat calcium betekent. De gebruikte stabilisator verandert de eigenschappen van de PSZ. Over het algemeen is het harder en duurzamer.
-
Volledig gestabiliseerd zirkonia (FSZ)
FSZ is een stabiele vorm van kubisch zirkonia. Het heeft een goede temperatuur- en chemische stabiliteit. Vanwege de bovengenoemde eigenschappen wordt het toegepast in thermische barrièrecoatings en sensoren.
-
Ceria gestabiliseerd zirkoniumoxide (CSZ)
CSZ wordt geproduceerd door zirkonia te doteren met CeO2. Het is zeer stabiel, vrijwel onbreekbaar en presteert ook goed bij lage temperaturen. Dit alles maakt CSZ geschikt voor medische en industriële toepassingen.
Soorten zirkonia op basis van composietstructuren
-
Zirkonium gehard aluminiumoxide (ZTA)
ZTA is een combinatie van zirkoniumoxide en aluminiumoxide. Deze materialen, verwerkt in ZTA, resulteren in een nog harder en duurzamer materiaal. Dankzij deze eigenschappen vindt ZTA toepassing in tandheelkundig werk, gewrichtsvervangingen, snijgereedschappen, motoronderdelen, mijnbouwapparatuur, enz.
-
NanoZR
NanoZR combineert minuscule zirkoniumdeeltjes met aluminiumoxide. Het is een verbeterde versie van ZTA met extra taaiheid en stabiliteit bij hoge temperaturen. Deze eigenschappen maken NanoZR perfect voor medische instrumenten, toepassingen bij hoge temperaturen en tandheelkundige implantaten.
-
Meerlaags zirkonia (M3Y, M4Y, M5Y, M6Y en hybride varianten zoals M3Y-5Y, M3Y-4Y, enz.).
Deze zirkonia-typen bestaan uit lagen van verschillende zirkonia-mengsels. Deze gelaagdheid zorgt voor een betere doorschijnendheid, sterkte en compatibiliteit met het lichaam. De "Y" staat voor yttriumoxide (Y₂O₃) en het getal geeft aan hoeveel mol yttriumoxide elk type bevat. M3Y heeft bijvoorbeeld 3 mol yttriumoxide, terwijl M5Y 5 mol yttriumoxide bevat. Deze eigenschappen maken meerlagig zirkonia een uitstekende keuze voor tandheelkundige implantaten.
-
Getransformeerd gehard zirkonia
Dit type wordt gemaakt van tetragonaal zirkonia door middel van spanning, waardoor de fase verandert. Het is extreem duurzaam en slijtvast, waardoor het ideaal is voor snijgereedschappen en tandheelkundige implantaten.
Soorten speciale samenstellingen en toepassingen op basis van zirkonia
-
Yttriumoxide-gestabiliseerde tetragonale zirkonia-polykristallen (Y-TZP)
Y-TZP is een subtype zirkonia dat door toevoeging van yttriumoxide sterk en duurzaam wordt. Dit maakt het een van de sterkste zirkoniasoorten op de markt. Dit komt door de hoge sterkte en stabiliteit, en wordt daarom gebruikt voor de productie van diverse tandheelkundige apparatuur en protheses, evenals chirurgische instrumenten. Vanwege deze eigenschappen is het geschikt voor toepassingen die sterkte en duurzaamheid vereisen.
-
Monolithisch zirkonia
Monolithisch zirkonia is een enkellaagse versie van Y-TZP zirkonia. Het is een van de sterkste materialen en is bestand tegen veelvuldig gebruik en misbruik. Dit betekent dat het dankzij de stabiliteit ideaal is voor gebruik in tandheelkundige toepassingen, zoals kronen en bruggen. Het is ook geschikt voor gebruik bij medische en tandheelkundige ingrepen, omdat het meerdere keren gebruikt kan worden zonder vermoeid te raken.
-
Magnesia-gestabiliseerd zirkonia (Mg-PSZ)
Dit type zirkonia wordt vervolgens gestabiliseerd door toevoeging van magnesiumoxide en kenmerkt zich door een hoge thermische taaiheid en breukvastheid. Dankzij deze eigenschappen wordt het veel gebruikt in toepassingen met hoge temperaturen, zoals in de lucht- en ruimtevaart, waar materialen aan hoge temperaturen worden blootgesteld. Het wordt ook gebruikt in ovenbekledingen en enkele andere industriële toepassingen waar materiaal met een hoge thermische schokbestendigheid vereist is.
-
3Y-HA
Dit type zirkonia is gedeeltelijk gestabiliseerd zirkonia met yttriumoxide en hydroxyapatiet, met een yttriumgehalte van 3 mol%. Het bootst de hiërarchische structuur van botweefsel na en wordt daarom gebruikt voor orthopedische implantaten. Dit zirkonia is geïntegreerd met hydroxyapatiet, wat de hechting tussen dit materiaal en bot verbetert en mogelijk ook de vorming van nieuw botweefsel bevordert.
Het vermindert ook het verlies van botdichtheid bij het verwijderen van implantaten en kan ook antibacteriële effecten hebben. Deze eigenschappen maken 3Y-HA zirkonia geschikt voor gebruik bij de productie van botschroeven, platen, kunstmatige gewrichten en andere componenten die worden gebruikt bij de fixatie van fracturen in dragende botten.
-
3 jaar
3Y zirkonia is een ander type zirkonia, gestabiliseerd met 3 mol% yttriumoxide. Het staat bekend om zijn hoge mechanische sterkte en verminderde translucentie. Deze combinatie van eigenschappen maakt het een populaire keuze voor kronen en protheses. Een verhoging van de hoeveelheid yttriumoxide boven dit percentage kan echter leiden tot verlies van sterkte, dus een evenwichtige samenstelling is cruciaal. Dit materiaal wordt gebruikt voor toepassingen waar zowel esthetiek als sterkte belangrijk zijn, zoals in de cosmetische tandheelkunde en medische protheses.
Gespecialiseerde zirkonia-typen op basis van verwerking en eigenschappen
-
Lage temperatuur degradatie (LTD) zirkonia
LTD zirkonia is gemaakt om schade door vocht te weerstaan. Dit maakt het sterk en duurzaam in vochtige omstandigheden. Het wordt vaak gebruikt voor tandheelkundige implantaten die na verloop van tijd verouderen en in industriële gereedschappen.
-
Heet Isostatisch Geperst (HIP) Zirkonia
HIP-zirkonia wordt geproduceerd met behulp van hoge druk en hitte. Dit proces zorgt voor een zeer hoge dichtheid en sterkte. Het wordt gebruikt in hoogwaardige producten zoals industriële bladen, gap-subringen, MWD-hulzen en waterjet-plunjeronderdelen.
-
Keramische spuitgieten van zirkonia
Voor keramisch spuitgieten worden materialen zoals yttriumoxide-gestabiliseerd zirkoniumoxide, magnesiumoxide-gestabiliseerd zirkoniumoxide en ceriumoxide-gestabiliseerd zirkoniumoxide gebruikt. Tijdens het proces wordt de deeltjesgrootte rond de 1 μm gehouden. Dit verbetert de sterkte en duurzaamheid van het eindproduct.
Extra typen op basis van specifieke toepassingen
-
3Y-4Y, M3Y-5Y en andere meerlaagse varianten zoals M4Y-5Y
Meerlaags zirkonia Bestaat uit drie lagen van verschillende yttrium-zirkonia's. Deze lagen lopen van de kern tot het oppervlak. Het wordt gebruikt in hoogwaardige kronen, bruggen en implantaten. Meerlagig zirkonia ziet er natuurlijk uit, net als echte tanden, en is sterk. Zirkonia met meer yttrium is doorzichtiger, net als natuurlijke tanden, maar is minder flexibel en minder duurzaam.
Welke soorten zirkonia worden in de tandheelkunde gebruikt?
In de tandheelkunde worden speciale soorten zirkonia gekozen omdat ze sterk en veilig zijn voor het lichaam. De meest voorkomende zijn yttriumoxide-gestabiliseerde tetragonale zirkonia-polykristallen (Y-TZP), magnesia-gestabiliseerd zirkonia (Mg-PSZ) en zirkonia-gehard aluminiumoxide (ZTA). Tandartsen gebruiken deze soorten op zichzelf of als onderdeel van gelaagd zirkonia.
Conclusie
Dit zijn de 17 belangrijkste soorten zirkonia die in de loop der tijd steeds beter worden. Het kiezen van het juiste type voor uw product kan lastig zijn. Daarom helpen keramiekmakers u door uw behoeften te begrijpen en het perfecte product voor u te creëren.