WPŁYW pH UKŁADU KOLOIDALNEGO NA

Damian NAKONIECZNY, Katedra Biomateriałów i Inżynierii Wyrobów Medycznych,
Politechnika Śląska, Zabrze,
Tomasz RADKO, Katedra Chemii Nieorganicznej, Analitycznej i Elektrochemii, Politechnika
Śląska, Gliwice,
Sabina DREWNIAK, Katedra Optoelektroniki, Politechnika Śląska, Gliwice,
Zbigniew PASZENDA Katedra Biomateriałów i Inżynierii Wyrobów Medycznych,
Politechnika Śląska, Zabrze.
WPŁYW pH UKŁADU KOLOIDALNEGO NA MORFOLOGIĘ
I WŁAŚCIWOŚCI TERMICZNE PROSZKÓW 0.9ZrO20.1CeO2 O
POTENCJALNYCH ZASTOSOWANIACH W PROTETYCE
STOMATOLOGICZNEJ
INFLUENCE OF COLLOID SYSTEM pH FOR MORPHOLOGY AND
THERMAL PROPERTIES OF 0.9ZrO20.1CeO2 POWDERS
POTENTIALLY APPLICABLE IN PROSTHETIC DENTISTRY
Słowa kluczowe: tlenek cyrkonu, ceramika stomatologiczna, protezy stałe,
degradacja niskotemperaturowa, domieszkowanie bioceramiki, metoda zol
– żel
1. WSTĘP
Protezy pełnoceramiczne wykonane z ZrO2 ze względu na swoje walory estetyczne oraz
bardzo dobre walory eksploatacyjne (tj. odporność na pękanie kruche) stają się coraz bardziej
popularne i stopniowo wypierają konwencjonalne metalowo-ceramiczne [1]. Pomimo to
tlenek cyrkonu ze względu na niekontrolowaną przemianę fazową w środowisku mokrym o
podwyższonej temperaturze jest materiałem dość kontrowersyjnym, którego użycie
w warunkach jamy ustnej jest dyskusyjne i budzi wiele obaw[2]. Powodem zmienności
właściwości fizyko-chemicznych jest przemiana typu martenzytycznego ziarn faz
metastabilnych (β,γ) w fazę stabilną (α). Dla celów biomedycznych najbardziej pożądana jest
faza β-ZrO2. W wyniku przemiany dochodzi do zwiększenia objętości ziarn o ok. 5% co może
prowadzić do zniszczenia protez pełnoceramicznych i konieczności zastąpienia uszkodzonego
uzupełnienia protetycznego nowym lub nawet w skrajnych przypadkach utraty zęba
filarowego. Przemianie fazowej towarzyszy tzw. degradacja niskotemperaturowa ceramiki
(low-thermal degradation) [3,4]. Niekorzystne zjawiska związane z przemianą fazową mogą
zostać wyeliminowane lub znaczenie ograniczone poprzez zastosowanie odpowiednich
domieszek stabilizujących fazy metastabilne ZrO2[5]. Jedną z potencjalnych metod stabilizacji
β-ZrO2 jest domieszkowanie tlenkiem ceru, który ze względu na m. in. zbliżony do promienia
atomowego Zr4+ promień atomowy jonu Ce4+ stanowi doskonały dodatek stabilizujący sieć
krystalograficzną metastabilnych faz ZrO2 [6,7].
Celem niniejszego referatu jest zaprezentowanie wyników badań dotyczących określenia
wpływu pH układów koloidalnych przygotowywanych metodą zol-żel na morfologię
i właściwości termiczne proszków, z których przygotowuje się bloczki do systemów
CAD/CAM wykorzystywanych w protetyce stomatologicznej.
XII Konferencja Naukowa Majówka Młodych Biomechaników im. prof. Dagmary Tejszerskiej
s. 86
2. METODYKA I WYNIKI
Do przygotowania proszków wykorzystano prekursor ZrO2 – 70% roztwór propanolanu
cyrkonu w 1-propanolu (Acros). Jako związku chelatujacego użyto acetyloacetonu (Reachim),
2-propanol (POCH), 1 M roztwór Ce(NO3)2·6H2O w 2-propanolu (Aldrich), amoniak
(POCH), kwas octowy (Aldrich) oraz wodę destylowaną. Układy koloidalne zostały
przygotowane w zakresie pH 4÷10. Przygotowane żele wysuszono, wstępnie zmielono
w moździerzu ręcznym i następnie poddano kalcynacji w piecu muflowym (RENFERT)
t = 800°C, wygrzewanie izotermiczne 1 h.
W rezultacie otrzymano 8 próbek. Oceniono wpływ pH na zachodzące podczas
wygrzewania procesy energetyczne oraz morfologię przygotowanych proszków. Dla oceny
wybranych własności przeprowadzono badania stabilności termicznej (TG/DTA)
(derywatograf MOM Q 1500D), oraz oceny morfologii proszków (SEM) (mikroskop FEI
INSPECT S50).
W wyniku analizy uzyskanych krzywych TG/DTA stwierdzono, że stosowanie pH
w zakresie 4÷6 powoduje wzrost trwałości termicznej kalcynowanych żeli oraz uzyskiwanie
proszków o znacznym rozmiarze ziarna. Natomiast zastosowanie pH w zakresie 8÷10 wpływa
na uzyskanie proszków o mniejszym rozmiarze ziarna i mniejszej stabilności termicznej.
3. WNIOSKI
Zastosowanie pH w zakresie 4÷6 poskutkowało uzyskaniem proszków o relatywnie dużych
rozmiarach ziarna (rzędu dziesiątek μm), które nie sprzyjają otrzymywaniu litej, pozbawionej
porów ceramiki cyrkonowej. Uzyskane w pH zasadowym proszki, posiadają pożądane
technologicznie rozmiary ziarna (5÷10 μm) dzięki, którym można przygotować zwarte
wypraski a finalnie litą ceramikę stomatologiczną.
LITERATURA
[1] Kelly J.R., Denry I., Stabilized zirconia as a structural ceramic: an overview, Dent. Mater.
24 (2008), s. 289–298
[2] Miyazaki I., Nakamura T., Matsumura H., Ban S., Kobayashi T., Current status of
zirconia restoration, J. Prost. Res. 57, 2013, s. 236–261.
[3] Cattani-Lorente M., Scherrer S. S., Ammann P., Jobin M., Wiskott A., Low temperature
degradation on a Y-TZP dental ceramic,. Acta Biomater, 2011, 7, s. 858-865.
[4] K. Ch. Li, Waddell J. N., Prior D. J., Ting S., Girvan L., van Vuuren L. J., Swain M. V.,
Effect of autoclave induced low-temperature degradation on the adhesion energy between
yttria-stabilized zirconia veneered with porcelain, Dent. Mater., 2013 29, s. e263-e270.
[5] Hallmann L., Ulmer P., Reusser E., Louvel M., Hämmerle Ch. H. F., Effect of dopants
and sintering temperature on microstructure and low temperature degradation of dental YTZP-zirconia, J. Eur. Ceram. Soc., 2012, 32, s. 4091-4104.
[6] Keuper M., Berthold Ch. , Nickel K. G., Long-time aging in 3 mol.% yttria-stabilized
tetragonal zirconia polycrystals at human body temperature, Acta Biomater., 2014, 10, s.
951-959.
[7] Chaim R., Basat G., Kats-Demyanets A., Effect of additives on grain growth during
sintering of nanocrystalline zirconia alloys, Mater. Lett., 1998, 35, s. 245-250.