Oxid de zirconiu

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Oxid de zirconiu
Kristallstruktur Zirconium (IV) -oxid.png
ZrO2powder.jpg
Numele IUPAC
dioxid de zirconiu
Denumiri alternative
zirconiu cubic
Caracteristici generale
Formula moleculară sau brută ZrO 2
Masa moleculară ( u ) 123,22 g / mol
Aspect pudră albă
numar CAS 1314-23-4
Numărul EINECS 215-227-2
PubChem 62395
ZÂMBETE
O=[Zr]=O
Proprietăți fizico-chimice
Densitate (g / cm 3 , în cs ) 5,7 (20 ° C)
Solubilitate în apă (20 ° C) insolubil
Temperatură de topire 2.680 ° C (~ 2.953 K)
Temperatura de fierbere 4.300 ° C (~ 4.573 K)
Informații de siguranță
Simboluri de pericol chimic
iritant
Atenţie
Fraze H 315 - 319 - 335
Sfaturi P 261 - 305 + 351 + 338 [1]
Editați datele pe Wikidata · Manual

Oxidul de zirconiu (sau zirconia cubică ) este oxidul zirconiului .

Forma și structura

La temperatura camerei arată ca o pulbere albă inodoră. Este o substanță cristalină polimorfă. Până la 1170 ° C are o structură cristalină monoclinică. De la 1170 ° C la 2370 ° C are o structură cristalină tetragonală. Peste 2370 ° C are o structură cristalină cubică. Punctul de topire este de 2680 ° C.

În timpul încălzirii, transformarea de la structura monoclinică la structura tetragonală are loc cu o contracție volumetrică de aproximativ 5%.

În timpul răcirii, transformarea inversă de la structura tetragonală la structura monoclinică este de tip martensitic și are loc cu o expansiune volumetrică.

Polimorfismul zirconiului

Expansiunea volumetrică în transformarea de la faza tetragonală la faza monoclinică are o semnificație redusă pentru pulberile libere de zirconiu, dar are consecințe importante atunci când este vorba despre un verde (pulberi compactate). În acest caz, de fapt, în timpul sinterizării verdelui, transformarea zirconiului din faza monoclinică în faza tetragonală are loc cu contracția volumetrică consecventă (adăugată la contracția volumetrică pe care o implică în sine procesul de sinterizare). În timpul răcirii are loc transformarea inversă, de la faza tetragonală la monoclinică, cu expansiunea volumetrică consecventă care într-o piesă masivă implică formarea de fisuri până la rupere. Formarea fisurilor în timpul fazei de răcire, cu ruperea consecventă a piesei, este evitată prin prevenirea transformării structurii tetragonale într-o structură monoclinică, adică forma tetragonală stabilă în mod normal doar la temperaturi ridicate se face stabilă la temperatura camerei datorită adăugarea de aditivi de detalii: aceștia sunt oxizi refractari, cum ar fi oxizii de calciu, magneziu sau itriu. Prin adăugarea acestor aditivi se obține o zirconiu „parțial stabilizată”.

Zirconia parțial stabilizată are un mecanism special de întărire:

  • Atunci când o fisură se propagă în bucata masivă, aceasta poate întâlni boabe de zirconiu tetragonal care este metastabil la temperatura camerei (adică există numai datorită adăugării de aditivi, altfel ar fi stabilă doar la temperaturi ridicate)
  • Când apare „întâlnirea”, bobul de zirconia tetragonal absoarbe energia fisurii și o folosește pentru a se transforma într-un bob de zirconiu monoclinic (în expansiune)
  • Transformarea zirconiului a blocat propagarea fisurilor: din acest motiv, zirconia parțial stabilizată este utilizată ca întăritor al componentelor ceramice, cum ar fi alumina , de exemplu în artroplastie .

Utilizări de zirconiu

Utilizarea principală a zirconiului este la fabricarea ceramicii [2] [3] , dar există multe alte utilizări, inclusiv acoperirea de protecție a particulelor de pigment de dioxid de titan , [4] ca material refractar în izolația termică , precum abraziv și smalț . Zirconia stabilizată este utilizată în sondele lambda și membranele celulei de combustibil , datorită capacității sale de a permite ionilor de oxigen să se miște liber prin structura cristalină la temperaturi ridicate. Această conductivitate ionică ridicată (și conductivitate electronică scăzută) o face una dintre cele mai utile electroceramice. [4] Zirconia este utilizată și ca electrolit solid în dispozitivele electrocromice.

Zirconia este un precursor al electroceramicii de titan-plumb-zirconat (PZT), care este un dielectric cu conținut ridicat de K, găsit într-o multitudine de componente.

Utilizări de nișă

Conductivitatea termică foarte scăzută în faza cubică a zirconiului a permis, de asemenea, utilizarea acestuia ca barieră de acoperire termică, la motoarele cu reacție și motoarele diesel . [5]

Zirconia este, de asemenea, un material utilizat pe scară largă în stomatologie pentru crearea restaurărilor dentare , cum ar fi coroane și punți, care sunt apoi acoperite cu porțelan convențional de feldspat din motive estetice sau protezele dentare întregi extrem de rezistente pot fi realizate în întregime din oxid de zirconiu monolitic. [6] Acest lucru este posibil datorită faptului că este un material potrivit pentru frezare și, așa cum sa menționat deja, că permite un bun factor estetic, în special în ceea ce privește transluciditatea. În plus, rezistența sa la îndoire și rezistență la rupere este remarcabilă, permițând realizarea grosimilor ceramice până la mai puțin de 0,6 mm și construirea de punți extinse, ușoare și robuste, chiar și cu mai multe elemente dentare lipsă. Elementele protetice din zirconiu sunt fabricate din ce în ce mai mult folosind tehnologia CAD / CAM . În ortopedie , oxizii ceramici, cum ar fi zirconia, datorită biocompatibilității lor excelente și rezistenței la uzură sunt folosiți la producerea componentelor articulare , cum ar fi șoldul și genunchiul . [7]

Datorită durității sale, zirconia poate fi utilizată la fabricarea cuțitelor din ceramică. Tacâmurile din zirconiu au o rezistență echivalentă cu oțelul inoxidabil . [8]

În anii 1950, lămpile cu descărcare au fost dezvoltate cu electrozi de zirconia (care au o conductivitate ionică ridicată, dar nu electronică) în loc de tungsten, pentru a îmbunătăți emisia spectrală [9] , producând o lumină mai albă și mai strălucitoare, dar au fost bine depășite în curând delămpi cu vapori de mercur . Începând cu a doua generație, zirconia este utilizată de Apple ca material pentru producerea carcasei Apple Watch Edition, înlocuind aurul. Pulberea de zirconiu este combinată cu un albitor ( oxid de aluminiu ) și procesată prin sinterizare . [10] Utilizarea zirconiului a fost propusă pentru electroliza monoxidului de carbon și a oxigenului din atmosfera Marte pentru a furniza atât combustibil, cât și oxidant, ca rezervă chimică de energie pentru misiunile marțiene. [11]

Capacitatea dielectrică ridicată a zirconiului are și aplicații potențiale ca izolator în tranzistoare . Zirconia este utilizată și în depunerea acoperirilor optice. În astfel de aplicații, este de obicei depus prin depunere fizică de vapori . [12] Zirconia este încă utilizată în construcția rulmenților cu bile ceramice pentru skateboard-uri datorită proprietăților sale care o fac mai bună decât cele clasice din metal. [13]

Așa-numitul zirconiu cubic ( oxid de zirconiu ), numit și fianit sau duralit , poate apărea ochiului neinstruit ca un zircon autentic. În realitate este un produs de laborator care poate fi reprodus în serie. A fost dezvoltat în anii 1970 de oamenii de știință de la Institutul de Fizică Lebedev din Moscova. De o frumusețe și o valoare incontestabile, având în vedere caracteristicile sale de duritate, luminozitate puternică, transparență și - evident - absența totală a incluziunilor, această bijuterie sintetică a prins, chiar și pentru prețul mult mai accesibil decât cel al pietrei reale, impunându-se rapid pe piața internațională de bijuterii.

Nanoparticule de zirconiu

Până în prezent, nanoparticulele de zirconiu sunt de mare interes și sunt din ce în ce mai utilizate în domeniul biomedical, unde utilizarea materialelor în vrac ar oferi performanțe mecanice mai mici. Lucrul la nanoscală permite proprietăți surprinzătoare în comparație cu cele ale materialelor convenționale, deoarece acestea depind de dimensiune. Nanoparticulele de zirconiu, aparținând clasei 0D, sunt utilizate în mod obișnuit pentru a produce componente nanostructurate. Acestea din urmă pot fi alcătuite din pulberi ceramice singure sau prin combinarea acestora cu alte materiale (nu neapărat la scară nanometrică). Domeniile lor de aplicare sunt variate, dar un interes deosebit este cel biomedical.

Proprietățile nanoparticulelor de zirconiu

Numeroase studii arată că ceramica nanocristalină posedă proprietăți îmbunătățite. În acest caz, reducerea dimensiunii boabelor produce:

  • creșterea proprietăților mecanice;
  • îmbunătățirea proprietăților optice;
  • rezistență mai mare la degradare la temperaturi scăzute.

Rezultă că, din realizarea dispozitivelor biomedicale nanostructurate, se obțin o stabilitate sporită, fiabilitate și durabilitate [14] .

Proprietăți mecanice

Ceramica pe bază de zirconiu prezintă proprietăți mecanice atinse până acum de alte materiale ceramice. Acest lucru este evident mai ales în utilizarea zirconiului Y-TZP, oxid de zirconiu tetragonal policristalin stabilizat la temperatura camerei cu un procent de oxid de itriu (în general în jur de 3%). În acest caz, rezistența la flexiune și rezistența sunt mult crescute. Este bine cunoscut faptul că, nu numai la scară nanometrică, zirconia supusă stresului activează un mecanism de întărire eficient, prin care blochează propagarea fisurilor. Este în esență o transformare de fază: ceramica trece de la forma tetragonală metastabilă la cea stabilă monoclinică, ceea ce corespunde unei expansiuni volumetrice a boabelor în jur de 3-5%. Această expansiune generează o solicitare de compresiune pe vârful fisurii, care împiedică propagarea acesteia. În zirconia nanostructurată, reducerea dimensiunii bobului întărește acest mecanism. Dimensiunea redusă a particulelor, de fapt, permite maximizarea fracțiunii volumetrice tetragonale reținute, esențială pentru păstrarea durității materialului. Creșterea volumului, generată de transformarea tetragonală-monoclinică, produce, de asemenea, solicitări tangențiale în jurul particulelor transformate, inducând microfisuri în matrice. În acest caz, rezistența este legată de rezistența la flexiune mai mare. Această flexibilitate este, de fapt, legată de nucleația indusă de microfisuri, de creșterea energiei absorbite în timpul propagării fisurilor și de dezvoltarea stresului de compresie de suprafață [15] . O altă proprietate importantă este cea a superplasticității; capacitatea de deformare plastică prezentată la aplicarea tensiunii de tracțiune la temperaturi moderate (în general jumătate din temperatura de topire). Această „ ductilitate ” se poate datora a doi factori diferiți:

  • mișcarea dislocărilor dacă mărimea bobului este de aproximativ 100nm;
  • alunecarea marginilor boabelor dacă acestea sunt mai mici de 50nm.

Superplasticitatea , deși nu extinde domeniul de aplicare al ceramicii, permite producerea de componente cu forme complexe cu tehnici tipice metalelor și, prin urmare, reduce costurile de prelucrare după formare. O particularitate finală a materialului nanostructurat este creșterea durității. Acesta crește pe măsură ce mărimea bobului scade și afectează rezistența la uzură a nanomaterialului care, fin lustruit, minimizează fenomenele de frecare la interfețele tribologice [16] .

Biocompatibilitate

Oxidul de zirconiu are o biocompatibilitate și antimicrobialitate ridicate, este de fapt utilizat în câmpul biomedical pentru aplicații specifice care se încadrează în câmpul dentar și ortopedic în care materialul este în contact direct cu țesuturile biologice. Prin biocompatibilitate înțelegem capacitatea unui material de a determina, printr-un sistem viu, o reacție favorabilă la prezența sa sau de a nu provoca nicio reacție dăunătoare mediului înconjurător. În special, oxidul de zirconiu este definit ca un material ceramic bio-inert, adică materialul nu induce sau suferă modificări chimice sau biologice datorate contactului cu mediul biologic. În unele cazuri, în pulberea de zirconiu, este posibil să se adauge elemente care favorizează osteoinducția implantului în țesutul gazdă, de exemplu prin eliberarea proteinelor care stimulează diferențierea celulară.

Proprietati optice

Proprietățile optice ale zirconiului sunt influențate de mai mulți factori. Printre factorii intrinseci există compoziția chimică și defecte microstructurale, cum ar fi porozitatea, fazele secundare și creșterea excesivă a boabelor; printre factorii extrinseci, pe de altă parte, structura suprafeței, grosimea și sursa de lumină [17] . Potrivit acestora, zirconiul poate lua diferite grade de colorare și transluciditate. Transluciditatea este cantitatea relativă de lumină transmisă prin material; este legată de grosimea stratului ceramic și dependentă de împrăștiere (difuzie optică). Un material cu transluciditate permite să treacă doar o parte a luminii, restul fiind parțial absorbit, parțial dispersat și reflectat de pe suprafața sa. Împrăștierea se datorează mai multor factori: natura chimică, conținutul cristalin, porozitatea, cantitatea și dimensiunea cristalelor în comparație cu lungimea de undă a luminii incidente. În general, cu cât conținutul cristalin al unui material ceramic este mai mare, cu atât este mai mare opacitatea acestuia. Din acest motiv, ceramica policristalină, care se caracterizează printr-un efect intens de împrăștiere, capătă un aspect opac și are transluciditate mai mică decât ceramica din sticlă.

  • În cazul specific Zirconia Y-TZP, transluciditatea poate fi îmbunătățită prin limitarea dimensiunii cristalelor la 55 nm. Acest fenomen s-ar putea datora faptului că cristalele cu dimensiuni mai mici decât lungimea de undă a luminii vizibile (400-700nm) nu împiedică în mod semnificativ trecerea luminii în sine.
  • Controlul temperaturii finale de sinterizare joacă un rol cheie în îmbunătățirea transparenței materialelor ceramice sinterizate: la temperaturi ridicate, de fapt, materialele ceramice sinterizate ating densități teoretice mai mari comparativ cu temperaturile mai scăzute. de exemplu Eșantioanele de zirconiu nanometric (Y-TZP) sinterizate la o temperatură de 1500 ° C, cu o rată de încălzire de 200 ° C / h, au reușit să atingă densitățile teoretice ridicate ale celor sinterizate la o temperatură de 1350 ° C.
  • Densitatea relativă și proprietățile optice ale nanocompozitelor de zirconiu / alumină sunt influențate de adăugarea unei cantități suficiente de alumină, a cărei prezență, prin creșterea porozității, duce la o scădere a transmitanței. Dimpotrivă, sinterizarea nanopulberilor de zirconiu generează singură o densitate mare și o transmitanță relativ ridicată. [18] .

Proprietățile optice descrise mai sus sunt deosebit de interesante în domeniul dentar, în care cunoștințele lor, de exemplu, permit reproducerea fidelă a protezelor dentare.

Fabricarea nanoparticulelor de zirconiu

Există mai multe metode pentru sinteza nanoparticulelor de zirconiu, inclusiv procese de plasmă, sol-gel , ablație cu laser , condensare a gazelor. Nanoparticulele de zirconiu cu aplicare biomedicală sunt preparate în principal cu metode chimico-ude, cum ar fi coprecipitarea, prepararea sol-gel și sinteza hidrotermală [19] . Metodele fizice nu permit atingerea dimensiunii nanometrice a nanoparticulelor, în timp ce metodele care exploatează gazele au un cost ridicat. Co-precipitarea este un proces care implică adăugarea unui agent de precipitare la amestecul de apă, săruri solubile de zirconiu și stabilizatori precum Y2O3. După reacția de precipitare, se formează hidroxizi care sunt apoi uscați sau calcați pentru a obține nano particule de ZrO2. Este o tehnică simplă din care se obține un produs bun, totuși există unele elemente care în soluția inițială ar putea rămâne sub formă de reziduuri și ar avea un efect asupra proprietăților nanopulberilor sinterizate. Metoda sol-gel este utilizată pe scară largă pentru a produce materiale solide din molecule mici la o temperatură relativ scăzută. Etapa principală este conversia precursorului în soluție polimerică sau coloidală prin reacția de hidroliză și condensare. Precursorii inițiali sunt adesea alcoxizi metalici sau cloruri metalice și pot avea un efect asupra proprietăților sol-gelului. Sinteza hidrotermală este o tehnologie avansată pentru prepararea materialelor anorganice în special a particulelor cu cristale de dimensiuni de la nano la submicron prin reacție chimică într-o soluție apoasă la temperatură și presiune ridicate [20] .

Nanocompozite de alumină-zirconiu utilizate în domeniul biomedical

După cum se poate observa, proprietățile zirconiului sunt interesante numai în anumite privințe, în timp ce lipsesc în altele, din acest motiv, de-a lungul anilor, s-a recurs la proiectarea și utilizarea materialelor compozite, de exemplu ZTA (Zirconia Toughened Alumina). .ATZ (zirconiu întărit cu alumină) și OXINIUM®. Avantajele obținerii de materiale compozite din aceste ceramice avansate constă în faptul că posedă proprietăți mecanice superioare în comparație cu ceramica individuală care le compune, acest lucru apare în principal datorită mecanismelor de întărire ale zirconiului. Cele 2 nanocompozite principale de zirconiu utilizate în câmpul biomedical vor fi descrise mai jos [21] .

Zirconia-alumină

Nanoparticulele de zirconiu sunt utilizate în mod obișnuit pentru producerea de nanocompozite de zirconiu de aluminiu (ZTA / ATZ) unde o primă ceramică constituie matricea (faza continuă) în timp ce a doua reprezintă armarea (faza dispersată sau discontinuă); evident, deoarece procentul armăturii variază, proprietățile nanocompozitului vor varia mai mult sau mai puțin semnificativ. Aceste nanocompozite pot fi clasificate în două macro-grupuri care la rândul lor pot fi împărțite în 2 subgrupuri:

  • ZTA: Alumina Al2O3 matrice armată cu ZirconiaZrO2
  1. Alumina acoperită la suprafață cu zirconiu
  2. Amestec de pulberi de alumină (80%) și zirconiu (20%)
  • ATZ: Zirconia ZrO2 matrice armată cu AluminaAl2O3
  1. Suprafață de zirconiu acoperită cu alumină
  2. Amestec de pulberi de zirconiu (80%) și alumină (20%)

Presupunând că se face un nanomaterial ZTA aparținând subgrupului (1) și unul aparținând subgrupului (2) pornind de la aceleași pulberi și folosind aceeași metodă de producție prin sinterizare (în acest caz presarea izostatică la cald HIP) este posibilă o comparație a proprietăților lor mecanice. Se poate observa că amestecul de pulberi, adică subgrupul (2), are avantaje în faza de sinterizare și, în consecință, o dimensiune mai fină a particulelor (atât a matricei, cât și a armăturilor) ducând astfel la o duritate și o rezistență mecanică mai mari. ; pe de altă parte, nanocompozitul acoperit, adică subgrupul (1), prezintă o rezistență la fractură mai mare, deoarece este mai transformabil. În general, nu există nanocompozit preferențial, deoarece alegerea depinde exclusiv de tipul de aplicație [22] .

Proprietatea ZTA
Formula chimica ZrAl2O3
Duritate 1750-2100 Knoop
Densitate 4,1 - 4,38 g / cm ^ 3
Rezistență 5-7 MPa * m ^ 1/2

Zirconia-metal

În domeniul ortopedic, cel mai utilizat nanocompozit Zirconia-metal este OXINIUM, un nanocompozit format dintr-un corp metalic în Zirconiu care se oxidează la suprafață la 600-700 ° centigrad în așa fel încât să se obțină un strat de suprafață de Zirconia. Acest material are proprietăți și caracteristici importante precum: duritate ridicată, rezistență la uzură și proprietăți structurale remarcabile datorită corpului metalic.

Aplicații

Câmpul dentar

Aspectul estetic excelent și biocompatibilitatea excelentă a oxidului de zirconiu sunt exploatate pe scară largă în toate domeniile stomatologiei, cum ar fi endodonția , parodontologia , implanturile, ingineria țesuturilor și stomatologia restaurativă. Cu toate acestea, unele ceramice pe bază de zirconiu suferă de un dezavantaj major, care este sensibilitatea la degradarea la temperaturi scăzute (LTD) , cunoscută și sub numele de îmbătrânire hidrotermală. Acest fenomen pune limite aplicațiilor acestor materiale în câmpul biomedical, în special în mediul oral, unde ceramica pe bază de oxid de zirconiu este expusă fluidelor orale și stresului mecanic, care poate provoca posibile fracturi ireversibile ale componentelor realizate din aceste materiale. Cu toate acestea, mai multe studii au arătat că există o relație între rezistența LTD și dimensiunea particulelor particulelor de oxid de zirconiu [23] : o microstructură compusă din boabe nanometrice duce la o suprimare sau la o reducere a sensibilității acestei temperaturi de degradare, pentru din acest motiv, nanoparticulele de oxid de zirconiu pot fi utilizate pe scară largă în domeniul dentar.

Implanturi dentare

Reproducerea unei restaurări dentare, care imită în mod satisfăcător aspectul natural al dinților, este una dintre principalele provocări în stomatologie; aspectul unei restaurări dentare depinde de proprietățile sale optice și de starea de iluminare. Printre proprietățile optice, translucența adecvată este esențială pentru a reproduce o restaurare dentară realistă. Se știe că implanturile dentare din titan și aliaje de titan sunt utilizate pe scară largă pentru tratarea defectelor dentare sau a elementelor dentare lipsă; aceste materiale prezintă o rezistență mecanică excelentă și biocompatibilitate, sunt considerate ca fiind cei mai adecvați înlocuitori. Filmul dens de oxid de pe suprafața titanului formează o combinație chimică cu țesutul osos, cu toate acestea acest nivel de osteointegrare nu poate îndeplini cerințele tensiunilor tipice la care sunt supuse aceste implanturi. Materialul implantului și țesutul osos alveolar sunt în contact strâns unul cu celălalt, astfel încât modificările de pe suprafața implantului, cum ar fi rugozitatea sau tratamentul de suprafață, joacă un rol în procesul de regenerare osoasă. Pentru a reduce această problemă, având în vedere proprietățile excelente ale zirconiului nanostructurat, nanoparticulele ZrO2 sunt utilizate atât ca acoperire ceramică a implanturilor metalice din titan, fie pentru construcția întregilor implanturi dentare. În studiile efectuate, o atenție deosebită a fost acordată efectului modificării suprafețelor oxidului de zirconiu asupra osteointegrării și s-a demonstrat că modificările subtile ale suprafeței oxidului de zirconiu au avut un impact puternic asupra aplicării osoase a suprafeței implantului. [24] . În plus, acumularea de bacterii pe dinți produce acid care stimulează coroziunea pe suprafețele dentare, acest proces este cunoscut sub numele de carie dentară: diverse bacterii se acumulează pe dinți, gingii și limbă producând placa; atunci când bacteriile se acumulează pe dinți și interacționează cu alimentele care conțin zaharuri, se produce acid care duce la demineralizarea dinților: dacă acidul pătrunde în dinți, smalțul se dizolvă și formează o cavitate în țesutul osos dentar. O acoperire de nanoparticule de zirconiu pe implanturi metalice îmbunătățește biocompatibilitatea în cavitatea bucală și protejează elementele dentare de atacul acid.

Schelă pentru ingineria oaselor

Metoda de inginerie a țesuturilor este recunoscută ca fiind abordarea ideală pentru reconstituirea defectelor osoase. Schelele biomateriale au nevoie de o rezistență mecanică bună pentru a satisface zona de solicitare necesară; în plus, acestea trebuie să aibă anumite proprietăți de osteoinductivitate, citocompatibilitate și o structură de interconectare pentru a sprijini creșterea osteoblastelor , vaselor și oaselor noi. Schelele poroase au fost realizate cu nanoparticule de zirconiu: s-a folosit ca model un strat de spumă poliuretanică, apoi s-a efectuat un proces de acoperire-uscare-sinterizare; în acest fel, schelele au o structură nanoporoasă cu o bună interconectivitate.

Nanoparticulele ceramice de zirconiu pot fi un material de umplere excelent pentru schele: pe lângă citocompatibilitate satisfăcătoare, ele cresc rezistența și pot fi utilizate în zona defectului osos.

Agent radiopacifiant

Terapia canalului radicular (cavitatea cilindrică care trece în întregime prin rădăcina elementelor dentare) este metoda de alegere pentru tratamentul pulpei și a bolilor periapicale; obturarea canalului radicular determină succesul terapiei. Examinarea cu raze X este primul pas pentru evaluarea obturației canalului radicular, din acest motiv materialul utilizat ca umplere a rădăcinii trebuie să aibă un grad bun de radiopacitate. Unii dioxizi metalici, cum ar fi oxidul de zirconiu, pot fi buni candidați ca radiopacifieri în materialul de umplere pe bază de ciment. Agregatul de trioxid mineral (MTA) este un material dentar utilizat pe scară largă pentru umplerea rădăcinilor și acoperirea pulpei datorită biocompatibilității sale, capacității de menținere și duce la mineralizarea țesuturilor înconjurătoare, adăugarea nanoparticulelor de zirconiu crește semnificativ radiopacitatea materialului original.

Material de bază pentru proteza dentară

Repararea protezei dentare necesită o adaptare atentă a țesutului care se potrivește cu culoarea naturală și satisface rezistența la fracturi și îmbătrânire ; acoperă creasta alveolară și palatul dur asigurând atașamentul pentru dinții artificiali. Conform metodelor de întărire, rășinile pentru proteze pot fi clasificate în următoarele trei categorii: rășină de întărire la căldură, rășină de întărire automată și rășină de întărire la lumină. Dintre aceste rășini de proteză, polimetilmetacrilatul este componenta principală, deși poate satisface cea mai mare parte a cererii de reparare a protezei, lipsa rezistenței la flexiune și la impact limitează durabilitatea acesteia atunci când un accident de mestecare sau cade brusc. Incorporarea nanopulberilor ZrO2 permite creșterea rezistenței materialului rășinos. corp. Incorporarea nanopulberilor ZrO2 permite creșterea rezistenței materialului rășinos. Doar două produse comerciale pentru aplicații dentare sunt definite ca fiind nanostructurate: ZrHP-nano® (PortMatMaterials Avançados®-Brazilia) și NANOZR® (Panasonic Healthcare - Olanda). Principalele caracteristici sunt prezentate în tabelul următor [25] .

Nume comercial ZrHP-nano NANOZR
Compoziţie Y-TZP Matricea Ce-TZP și Al2O3 490
Dimensiunea medie a bobului, nm 150-240 10-100 precipită
densitate, r, g / cm ^ 3 6.05 5.56
Duritate Vickers, HV, GPA 11-13 12
Rezistența la fractură, KIC, MPa√m 8-11 9-18
Rezistența la flexiune, s, MPa 1020 14422-1500
Modul elastic, E, GPa 205 245
Modulul Weibull, m 13-14 23

Domeniul ortopedic

Rolul principal al zirconiului (zirconiu - ZrO2) în domeniul ortopedic participă mai degrabă la aplicații tribologice decât la aplicații structurale, fiind de fapt un material ceramic, nu posedă suficiente proprietăți mecanice pentru a garanta un rol structural corect, dar pe de altă parte , poate conferi proprietăți interesante, cum ar fi rezistența la uzură și biocompatibilitatea.

Inlocuire de sold

Nanoparticulele de zirconiu, în ceea ce privește câmpul ortopedic, sunt utilizate în principal în producția de nanocompozite (ZTA / ATZ), prin urmare în asociere cu alumina. În general, un compozit de tip ATZ este utilizat pentru înlocuirea șoldului. In questo specifico ambito la Zirconia permette di costruire sferette per le protesi d'anca di dimensioni maggiori rispetto a quelle che si potrebbero costruire con il solo ossido di Alluminio (Allumina-Al2O3) perché essendo più tenace può sopportare difetti maggiori; d'altro canto però risulta meno dura dell'allumina (1200HV contro 1600HV dell'Allumina), per questo motivo si tende a progettare delle sferette con all'interno Zirconia e ricoperta superficialmente conAllumina [26] . Queste sferette si accoppieranno poi in maniera meccanica (accoppiamento vite-madrevite) con la testa della protesi in Titanio, mentre andranno a formare un accoppiamento superficiale emisferico con l'acetabolo dell'anca, tipicamente in UHMWPE . Anche per questi motivi la sferetta viene fatta in materiale ceramico, visto appunto le ottime proprietà tribologiche di tale categoria di materiali, necessarie per il corretto funzionamento dell'accoppiamento superficiale sferetta/acetabolo, che deve essere il meno rugoso possibile per evitare stress puntuali oppure fenomeni di usura da terzo corpo.

Protesi del Ginocchio

Le protesi al ginocchio erano inizialmente costruite nella lega Cr-Co-Mo che possiede un'ottima resistenza all'usura ma contiene nichel, o in ceramica, in particolare Zirconia che però è fragile e non riesce a supportare carichi importanti. Per questo motivo i nuovi materiali per le protesi del ginocchio sono una combinazione dei due materiali, per cercare di prendere solo i pregi del metallo e della ceramica; si è constatato infatti che l'accoppiamento tra ceramica (in superficie) ed il metallo (come corpo strutturale in profondità) risulta degno di nota dal punto di vista delle proprietà meccaniche. Questa idea è alla base del brevetto OXINIUM®, che grazie alla sua elevata durezza (3 volte più dura delle sole protesi in lega Cr-Co), ottima resistenza all'usura (vista la possibilità di levigarla superficialmente), non rilascia Nichel nel sistema biologico, notevoli proprietà strutturali grazie al corpo metallico e infine riduce l'abrasione del piatto tibilale (tipicamente in UHMWPE) fino al 30%, in questo modo la probabilità di fenomeni associati all'usura da terzo corpo tende a ridursi significativamente [27] .

Essay.svg
Questa pagina era la pagina delle prove personale di un utente registrato. Se vedi questo template nella versione aggiornata di questa voce, cancellalo .


Note

  1. ^ Sigma Aldrich; rev. del 15.11.2011
  2. ^ Copia archiviata , su zmcweb.org . URL consultato il 10 settembre 2015 ( archiviato il 7 aprile 2015) .
  3. ^ Copia archiviata , su minerals.usgs.gov . URL consultato il 10 settembre 2015 ( archiviato il 18 febbraio 2018) .
  4. ^ a b Ralph Nielsen "Zirconium and Zirconium Compounds" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2005, Wiley-VCH, Weinheim. DOI : 10.1002/14356007.a28_543
  5. ^ ( EN ) Advanced materials by design , IANE Publishing, p. 67, ISBN 978-1-4289-2239-6 .
  6. ^ Panos Papaspyridakos e Kunal Lal, Complete arch implant rehabilitation using subtractive rapid prototyping and porcelain fused to zirconia prosthesis: A clinical report , in The Journal of Prosthetic Dentistry , vol. 100, n. 3, 2008, pp. 165-172, DOI : 10.1016/S0022-3913(08)00110-8 , PMID 18762028 .
  7. ^ G. Rollo, A. Marsilio, Biomateriali in ortopedia e traumatologia , su siba-ese.unisalento.it . URL consultato il 10 settembre 2015 ( archiviato il 4 marzo 2016) .
  8. ^ Copia archiviata , su kyoceraadvancedceramics.com . URL consultato il 30 dicembre 2012 (archiviato dall' url originale il 21 dicembre 2012) .
  9. ^ lamptech.co.uk , http://www.lamptech.co.uk/Spec%20Sheets/D%20IN%20Sylvania%20Zirconia%20K300.htm . URL consultato il 19 febbraio 2017 ( archiviato il 20 febbraio 2017) .
  10. ^ Apple Watch Edition , su Apple (Italia) . URL consultato l'8 settembre 2016 ( archiviato il 10 settembre 2016) .
  11. ^ Landis, Mars Rocket Vehicle Using In Situ Propellants , in Journal of Spacecraft and Rockets , vol. 38, n. 5, 2001, pp. 730-35, DOI : 10.2514/2.3739 .
  12. ^ Copia archiviata , su materion.com . URL consultato il 30 aprile 2013 (archiviato dall' url originale il 20 ottobre 2013) .
  13. ^ Sk8Tpy, Ceramic Bearings (Cuscinetti a sfera di ceramica) , su Sk8Tpy . URL consultato il 29 agosto 2020 .
  14. ^ ( EN ) CP Silva, C. Santos, Cosme Roberto Moreira Silva, Mechanical Properties of Nanostructured Zirconia , su Materials Science Forum , 2010. URL consultato il 25 gennaio 2021 .
  15. ^ CP Silva, C. Santos e Cosme Roberto Moreira Silva, Mechanical Properties of Nanostructured Zirconia , in Materials Science Forum , vol. 660-661, 2010-10, pp. 757-761, DOI : 10.4028/http://www.scientific.net/MSF.660-661.757 . URL consultato il 25 gennaio 2021 .
  16. ^ ( EN ) Antonio Arena, Francesca Prete e Elisa Rambaldi, Nanostructured Zirconia-Based Ceramics and Composites in Dentistry: A State-of-the-Art Review , in Nanomaterials , vol. 9, n. 10, 29 settembre 2019, p. 1393, DOI : 10.3390/nano9101393 . URL consultato il 25 gennaio 2021 .
  17. ^ Reza Shahmiri, Owen Christopher Standard e Judy N. Hart, Optical properties of zirconia ceramics for esthetic dental restorations: A systematic review , in The Journal of Prosthetic Dentistry , vol. 119, n. 1, 2018-01, pp. 36-46, DOI : 10.1016/j.prosdent.2017.07.009 . URL consultato il 25 gennaio 2021 .
  18. ^ ( EN ) Cheng Hu, Jianxun Sun e Cheng Long, Synthesis of nano zirconium oxide and its application in dentistry ( XML ), in Nanotechnology Reviews , vol. 8, n. 1, 4 dicembre 2019, pp. 396-404, DOI : 10.1515/ntrev-2019-0035 . URL consultato il 25 gennaio 2021 .
  19. ^ ( EN ) CP Silva, C. Santos, Cosme Roberto Moreira Silva, Mechanical Properties of Nanostructured Zirconia , su Materials Science Forum , 2010. URL consultato il 25 gennaio 2021 .
  20. ^ ( EN ) Cheng Hu, Jianxun Sun e Cheng Long, Synthesis of nano zirconium oxide and its application in dentistry ( XML ), in Nanotechnology Reviews , vol. 8, n. 1, 4 dicembre 2019, pp. 396-404, DOI : 10.1515/ntrev-2019-0035 . URL consultato il 25 gennaio 2021 .
  21. ^ ( EN ) S. Sequeira, MH Fernandes e N. Neves, Development and characterization of zirconia–alumina composites for orthopedic implants , in Ceramics International , vol. 43, 1, Part A, 1º gennaio 2017, pp. 693-703, DOI : 10.1016/j.ceramint.2016.09.216 . URL consultato il 25 gennaio 2021 .
  22. ^ ( EN ) Frank Kern e Paola Palmero, Microstructure and mechanical properties of alumina 5vol% zirconia nanocomposites prepared by powder coating and powder mixing routes , in Ceramics International , vol. 39, n. 1, 1º gennaio 2013, pp. 673-682, DOI : 10.1016/j.ceramint.2012.06.078 . URL consultato il 25 gennaio 2021 .
  23. ^ CP Silva, C. Santos e Cosme Roberto Moreira Silva, Mechanical Properties of Nanostructured Zirconia , in Materials Science Forum , vol. 660-661, 2010-10, pp. 757-761, DOI : 10.4028/http://www.scientific.net/MSF.660-661.757 . URL consultato il 25 gennaio 2021 .
  24. ^ ( EN ) Dieter D. Bosshardt, Vivianne Chappuis e Daniel Buser, Osseointegration of titanium, titanium alloy and zirconia dental implants: current knowledge and open questions , in Periodontology 2000 , vol. 73, n. 1, 2017, pp. 22-40, DOI : 10.1111/prd.12179 . URL consultato il 25 gennaio 2021 .
  25. ^ ( EN ) Antonio Arena, Francesca Prete e Elisa Rambaldi, Nanostructured Zirconia-Based Ceramics and Composites in Dentistry: A State-of-the-Art Review , in Nanomaterials , vol. 9, n. 10, 29 settembre 2019, p. 1393, DOI : 10.3390/nano9101393 . URL consultato il 25 gennaio 2021 .
  26. ^ ( EN ) B. Sonny Bal, Jonathan Garino e Michael Ries, Ceramic Materials in Total Joint Arthroplasty , in Seminars in Arthroplasty , vol. 17, n. 3, 1º settembre 2006, pp. 94-101, DOI : 10.1053/j.sart.2006.09.002 . URL consultato il 25 gennaio 2021 .
  27. ^ ( EN ) Ph. Hernigou, G. Mathieu e A. Poignard, Oxinium, a new alternative femoral bearing surface option for hip replacement , in European Journal of Orthopaedic Surgery & Traumatology , vol. 17, n. 3, 1º maggio 2007, pp. 243-246, DOI : 10.1007/s00590-006-0180-2 . URL consultato il 25 gennaio 2021 .

Voci correlate

Altri progetti

Collegamenti esterni

Controllo di autorità Thesaurus BNCF 20972 · LCCN ( EN ) sh85149912
Estratto da " https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Ossido_di_zirconio&oldid=122594668 "