Диоксид циркония в поликристаллической керамике

Восстановление разрушенных зубов металлокерамическими протезами один из современных видов ортопедического лечения. Однако металлокерамика имеет ряд недостатков, обусловленных наличием металлического каркаса. Применение безметалловых керамических зубных протезов позволяет снять большинство проблем, связанных с наличием металлического каркаса. Наиболее часто для изготовления керамических мостовидных протезов используется поликристаллическая керамика из диоксида циркония ZrO₂

Прочность такой керамики на изгиб по данным различных авторов составляет 990-1200 MPa, что позволяет изготавливать керамические каркасы протяженностью до 14 единиц.

Существует три модификации кристаллов диоксида циркония:

• стабильная моноклинная форма;
• частично стабилизированная тетрагональная форма, используется в медицине и промышленности;
• нестабильная кубическая форма, используется в ювилирном производстве для имитации алмазов (фианитов).

При комнатной температуре чистый диоксид циркония может существовать только в стабильной моноклинной форме, имеющей наименьшую из трех форм прочность. При повышении температуры одна фаза переходит в другую, что сопровождается уменьшением кристалла в объеме на 3-5%. Это приводит к увеличению твердости и появлению внутренних напряжений сжатия. Охлаждение вызывает обратный процесс, сопровождающийся увеличением объема кристаллов на 3-5% на каждом этапе.

Предварительно разогретые тетрагональные кристаллы в присутствии небольшого количества оксида иттрия Y₂O₃ (3-6%) и оксида гафния HfO₂ (1-5%) частично стабилизируются и могут быть охлаждены до комнатной температуры.

Для обозначения такой керамики в зарубежной литературе используются сокращения Y TZP (от англ. Yttrium oxide stabilized Tetragonal Zirconia Polycrystals) или PSZ (от англ. Partially Stabilized Zirconia). Состояние тетрагональных кристаллов в полученном материале характеризуется как частично стабильное, поскольку возможна их трансформация в более стабильную моноклинную форму при внешнем воздействии. Так, воздействие чрезмерной механической нагрузки на Y TZP приводит к формированию очагов внутренних напряжений сжатия. Это инициирует процесс перехода кристаллов в стабильную моноклинную форму. Происходящее локальное увеличение объема кристаллов на 3–5% останавливает рост трещины. Такой процесс называют трансформационной закалкой или упрочнением в результате фазового перехода.

Стоматологические конструкции можно изготовить из диоксида циркония только с помощью фрезерования заготовок в CAD/CAM–устройствах. Существует две разновидности такой технологии.

1. Фрезерование диоксида циркония в твердом состоянии из заготовок, получаемых в заводских условиях методом горячего изостатического прессования кристаллов. Для обозначения такого материала используют аббревиатуру HIP (от англ. Hot Isostatic Pressing). Примеры CAD/CAM систем, способных изготовить протез из HIP диоксида циркония: EVEREST (KaVo Dental, Германия) и Mill200 (Bien Air Dental, Швейцария);
2. С целью предотвратить быстрый износ оборудования и инструментов в большинстве стоматологических CAD/CAM систем используются пористые заготовки, изготовленные частичным спеканием кристаллов диоксида циркония в промышленных условиях.

Примеры таких керамических материалов: VITA In Ceram YZ CUBES (VITA Zahnfabrik, Германия), inCoris ZI (Sirona Dental Systems, Германия) и IPS e.max ZirCAD (Ivoclar Vivadent, Лихтенштейн). Объемная усадка таких конструкций после окончательного спекания составляет 20–23%. Как и при фрезеровании пористых блоков из чистого оксида алюминия, эта усадка компенсируется предварительно точно рассчитанным увеличением объема фрезеруемой детали.