Otrzymywanie mikropyłków dwutlenku cyrkonu do zastosowań stomatologicznych

Dwutlenek cyrkonu zaczął być aktywnie stosowany w stomatologii protetycznej stosunkowo niedawno – około 20 lat temu i od tego czasu stał się jednym z najpopularniejszych materiałów. Początkowo wykorzystywano go do produkcji koron bezmetalowych, sztyftów, implantów i innych konstrukcji. Obecnie dwutlenek cyrkonu stanowi bazę do tworzenia wysokotemperaturowej bioceramiki, łączącej wytrzymałość metali z estetyką i kompatybilnością z tkankami naturalnymi.

Surowiec i stabilizacja

Głównym materiałem do otrzymywania dwutlenku cyrkonu jest minerał cyrkon, poddawany skomplikowanej obróbce chemicznej, w wyniku której powstaje dwutlenek cyrkonu. Aby zapewnić wysoką wytrzymałość, stabilność i długotrwałą eksploatację wyrobów, dwutlenek częściowo stabilizuje się itrtem i dodaje tlenek glinu, co poprawia parametry końcowego materiału. Dlatego ceramika cyrkonowa jest szeroko stosowana tam, gdzie wymagana jest jednocześnie wytrzymałość mechaniczna i biokompatybilność – w ortopedii, chirurgii, aparatach słuchowych, implantologii oraz oczywiście w stomatologii.

Znaczenie mikropyłku w produkcji ceramiki

Kluczowym etapem w produkcji ceramiki na bazie dwutlenku cyrkonu jest otrzymywanie mikropyłku, ponieważ od stopnia dyspersji zależą wskaźniki zagęszczenia podczas spiekania, jednorodność struktury oraz wytrzymałość i niezawodność finalnych wyrobów. Im mniejsze cząstki proszku, tym lepiej rozkładają się w półfabrykacie, tym gęściej się spieka i tym wyższe parametry eksploatacyjne ma gotowy wyrób. Jednak na tym etapie młyny kulowe, tarczowe czy wibracyjne często okazują się niewystarczające – nie zapewniają odpowiedniej drobności, równomiernego rozkładu cząstek oraz generują wysokie koszty energii i zużycie elementów konstrukcyjnych.

Młyny elektromagnetyczne AVS

W związku z tym specjaliści firmy GlobeCore opracowali technologię otrzymywania mikropyłków dwutlenku cyrkonu przy użyciu młynów elektromagnetycznych porcjowych typu AVS. Urządzenie wykorzystuje działanie wirującego pola elektromagnetycznego do tworzenia warstwy wirującej ferromagnetycznych elementów w komorze reakcyjnej. Warstwa wirująca to dynamiczny, energetycznie nasycony system, w którym ciała ferromagnetyczne (stalowe cylindry) poruszają się chaotycznie i wchodzą w interakcje z materiałem poddawanym mieleniu.

Procesy zachodzące w warstwie wirującej

Warstwa wirująca zapewnia jednocześnie kilka procesów: mechaniczną destrukcję cząstek dwutlenku cyrkonu do mikro- i submikro poziomu, rozpad aglomeratów oraz aktywację powierzchni, co sprzyja wysokiej jakości spiekaniu ceramiki. Dzięki temu intensywność procesu mielenia wzrasta wielokrotnie, pozwalając osiągnąć nanodyspersję w ciągu kilku minut obróbki. Wysoka lokalna temperatura i ciśnienie w punktach kontaktu między cząstkami a elementami ferromagnetycznymi aktywizuje powierzchnię cząstek, poprawiając proces spiekania. Dodatkowo, cząstki mają bardziej jednorodny rozmiar, co zapobiega powstawaniu mikropęknięć lub deformacji pod obciążeniem.

Zalety młynów AVS

• połączenie kompaktowości i wydajności – wydajność młyna może sięgać do 50 kilogramów gotowego mikropyłku dwutlenku cyrkonu na godzinę, co jest wystarczające dla małoseryjnej produkcji lub laboratoriów badawczych specjalizujących się w materiałach medycznych;
• oszczędność energii dzięki niskim zużyciu mocy – w zależności od modelu młyny AVS zużywają nie więcej niż 9 kW;
• bezszelestna praca, prostota obsługi i konserwacji – sterowanie młynem jest łatwe i nie wymaga specjalnych umiejętności operatora.

Technologie GlobeCore otwierają drogę do tworzenia jeszcze mocniejszych, bardziej niezawodnych i estetycznie doskonałych konstrukcji ortopedycznych na bazie mikropyłków dwutlenku cyrkonu, które mogą służyć pacjentom przez dziesięciolecia.