Keramikstrukturen aus ZrO2 – und Al2O3 – Nano-Pulvern: Bewertung der Defektstrukturen und Grenzflächen

Abstract

Keramische Werkstoffe, insbesondere Hochleistungskeramiken sind die Werkstoffe der Zukunft in der restaurativen Zahnheilkunde. Die Verwendung von vollkeramischem Zahnersatz stellt jedoch hohe Anforderungen an das Material, seine Härte und chemische Beständigkeit. In der vorliegenden Arbeit wurden dicht gesinterte Keramiken mit der Trockenpresse und dem Schlickergussverfahren in Gipsformen hergestellt. Zur Herstellung der Dispersionskeramiken wurde eine flüssige Route gewählt, da hierbei eine sehr gute Homogenisierung der keramischen Partikel erreicht werden kann. Dafür wurden aus nanokristallinen Al2O3- und ZrO2-Pulvern gießfähige Schlicker hergestellt. Eine besondere Bedeutung kommt dabei der optimalen Einstellung des Schlickers zu. Da jedoch die Kenntnisse über die Herstellung feststoffreicher Schlicker aus Pulvern mit einer Partikelgröße im Nanometerbereich gering ist, gestaltete sich die Herstellung geeigneter Schlicker schwierig. Die Verarbeitung trockener Pulver in der Presse ist nach wie vor problematisch, da es nach dem Sintern zu Spannungen und Rissbildung in der Keramik kommen kann. Nach dem Sinterprozess bei 1530°C wurden die Probenkörper einigen Tests unterzogen. Es erfolgte die Ausmessung der Schichtstärken, die Messung der Dichte und Porosität der Probenkörper, sowie das Setzen von Vickers-Härteeindrücken und die Berechnung der Härte. Die REM- und EDX- Untersuchungen an den Grenzflächen der geschichteten Keramikproben zeigten, dass die Verbindung sehr kompakt und stabil ist. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Herstellung hierarchisch strukturierter stabiler Keramikbauteile möglich ist. Geschichtete Keramiken sind sehr vielversprechend bei der Suche nach einem Weg, intelligente Verbundwerkstoffe herzustellen, um die komplexen Anforderungen der Zahnmedizin zu erfüllen.

Ceramic materials, in particular high-performance ceramics, are the materials of the future in restorative dentistry, nevertheless, the use of all-ceramic dentures places high demands on the material, its hardness and chemical resistance. In the present work, laminated composites were prepared in the system Al2O3 - ZrO2 using the dry press and the slip casting process in gypsum molds. A liquid route was chosen for the preparation of the dispersion ceramics since very good homogenization of the ceramic particles can be achieved. For this purpose, pourable slurries were prepared from nanocrystalline Al2O3 and ZrO2 powders. Particular importance is attached to the optimum adjustment of the slurry. However, since the knowledge of the production of solidsrich slurry from powders with a particle size in the nanometer range is very small, the production of suitable slips proved difficult. The processing of dry powders in the press is still problematic, because it can lead to stresses and cracking in the ceramic after sintering. After the sintering process, the specimens were subjected to a few tests. The measurement of the layer thicknesses, in addition the measurement to the porosity and density of the sample bodies, as well the setting of Vickers hardness indices and the calculation of the hardness were carried out. The scanning electron microscopy and EDX examinations at the interfaces of the laminated ceramic samples showed that the compound is very compact and stable. Within the scope of this thesis it has been shown the possibility of production of hierarchically structured stable ceramic components. Layered ceramics are very promising in the search for a way to tailor “intelligent composites” to satisfy the complex requirements of dentistry.