Koja se vrsta peći koristi za sinterovanje?

 

Kada zubotehnički laboratorij počne raditi s cirkonijem, jedno od prvih pitanja o opremi obično je vrlo jednostavno:

Koja se vrsta peći zapravo koristi za sinterovanje?

Isprva se odgovor čini očitim.

Cirkonij treba sinterirati na visokoj temperaturi, tako da je laboratoriju potrebna visoko{0}}peć za sinteriranje.

Međutim, kada počnete uspoređivati ​​različite vrste opreme, pitanje postaje kompliciranije.

Postoje konvencionalne električne otporne peći, peći za brzo-sinteriranje, peći koje koriste grijaće elemente od molibden disilicida (MoSi₂), peći koje koriste elemente od silicij karbida (SiC) i druge tehnologije grijanja, uključujući mikrovalne i indukcijske sustave.

Za laboratorij ili distributera koji prvi put gleda ovu opremu, ovi pojmovi mogu lako postati zbunjujući.

Iz perspektive istraživanja i razvoja, mislim da korisnije pitanje nije jednostavno:

"Koja je vrsta peći najbolja?"

Praktičnije pitanje je:

"Koja metoda grijanja i konfiguracija peći odgovaraju cirkonijevim materijalima, obujmu proizvodnje i programima sinteriranja koje laboratorij stvarno koristi?"

To nam daje bolju polaznu točku za usporedbu različitih peći.

Peć koja se koristi za cirkonij razlikuje se od konvencionalne keramičke peći

Prva je razlika vjerojatno najvažnija.

Konvencionalna peć za pečenje dentalne keramike i peć za sinteriranje cirkonijevog oksida nisu međusobno zamjenjive samo zato što se obje koriste u zubnim laboratorijima.

Tradicionalni procesi pečenja keramike općenito se odvijaju na puno nižim temperaturama.

Sinteriranje cirkonijevog oksida visoko-temperaturni je proces, a mnogi zubarski programi cirkonijevog oksida rade u rasponu od 1450 do 1600 stupnjeva, ovisno o materijalu i ciklusu koji preporučuje proizvođač.

Na primjer, Naberthermova dentalna serija LHT ../17 D specificirana je za sinteriranje cirkonijevog oksida do 1650 stupnjeva, a proizvođač navodi grijaće elemente od molibden disilicida za te peći. Ovisno o modelu, tvrtka navodi kapacitete do 30 ili 75 pojedinačnih kruna po ciklusu.

Ovo nam daje jednostavnu početnu točku:

Peć za cirkonij mora biti dizajnirana oko-sinteriranja na visokim temperaturama, a ne uobičajenog pečenja keramike.

Maksimalna temperatura je, međutim, samo jedan dio specifikacije.

Grijaći elementi, dizajn komore, izolacija, kontrola temperature, ponašanje hlađenja, programske postavke i korisna površina punjenja utječu na rad peći u stvarnoj uporabi.

Dakle, koje se vrste peći koriste?

Postoji nekoliko načina za klasificiranje peći za sinteriranje cirkonijevog oksida.

Jedan od načina je pogledati tehnologiju grijanja:

Električno otporno grijanje

Grijanje u mikrovalnoj pećnici

Indukcijsko grijanje

Drugi način je pogledati tijek rada sinteriranja:

Konvencionalno sinterovanje

Brzina sinteriranja

Brzo ili velikom{0}}brzinom sinteriranja

Električne otporne peći također se mogu podijeliti prema grijaćim elementima koje koriste.

Dvije vrste koje se obično susreću u dentalnim cirkonijevim pećima su:

Molibden disilicid (MoSi₂)

i

Silicijev karbid (SiC).

Ovo nisu samo različita imena za istu komponentu.

Imaju različite električne i toplinske karakteristike, a te razlike mogu utjecati na način na koji je peć dizajnirana i kako radi.

1. Električne otporne peći za sinterovanje

Najpoznatija vrsta dentalne cirkonijeve peći je električna otporna peć.

Osnovni princip je relativno jednostavan.

Električna energija prolazi kroz otporni grijaći element.

Element se zagrijava.

Toplina se prenosi u komoru peći.

Cirkonijski nadomjesci se zatim zagrijavaju u skladu s programiranim temperaturnim ciklusom.

Ova vrsta peći naširoko se koristi za obradu zubnog cirkonija.

Pregled tehnologija sinteriranja cirkonijevog oksida opisuje konvencionalne peći koje koriste otporne grijaće elemente i napominje da konvencionalni sustavi obično mogu postići stope zagrijavanja u rasponu od približno 40-70 stupnjeva /min, ovisno o konfiguraciji peći.

Stvarna brzina zagrijavanja pojedine peći može biti manja ili veća ovisno o njenom dizajnu i odabranom programu, tako da ovaj raspon ne treba tretirati kao univerzalnu specifikaciju.

Glavna poanta je da grijanje električnim otporom ostaje uobičajeni pristup za sinteriranje zubnog cirkonijevog dioksida.

Zašto je grijanje električnim otporom tako uobičajeno?

Jedan od razloga je razina kontrole temperature koju može pružiti.

Peć se može programirati s definiranim temperaturnim-vremenskim profilom.

Na primjer:

Sobna temperatura

↓

Kontrolirano grijanje

↓

Ciljana temperatura sinteriranja

↓

Razdoblje držanja

↓

Kontrolirano hlađenje

Ova vrsta kontrole omogućuje peći da slijedi različite programe sinteriranja za različite cirkonijeve materijale.

Laboratorij može imati nekoliko programa spremljenih u peći za različite materijale.

Stoga se ista osnovna peć može koristiti za konvencionalno sinteriranje cirkonijeva oksida, odobrene brze-cikluse sinteriranja i druge-programe specifične za materijal, pod uvjetom da oprema može reproducirati potrebne uvjete.

Ova fleksibilnost jedan je od razloga zašto su električne otporne peći i dalje uobičajene u zubnim laboratorijima.

2. Grijaći elementi MoSi₂

Kad ljudi počnu uspoređivati ​​peći za sinteriranje cirkonijevog oksida, često će se susresti s izrazom MoSi₂.

MoSi₂ označava molibden disilicid.

To je visoko{0}}temperaturni materijal za grijaće elemente koji se obično koristi u pećima za sinteriranje cirkonijevog oksida.

Tehnički članak koji je objavio Ceramic Applications opisuje MoSi₂ i SiC kao dvije glavne vrste grijaćih-elemenata koji se nalaze u zubarskim pećima na cirkonij. Napominje da se MoSi₂ elementi mogu koristiti na temperaturama do oko 1750 stupnjeva, ovisno o kvaliteti elementa i dizajnu peći, dok se SiC elementi obično koriste na nižim maksimalnim temperaturama.

Isti izvor izvještava da MoSi₂ elementi mogu imati površinsko opterećenje iznad 25 W/cm² i govori o zagrijavanju do 1550 stupnjeva za manje od 15 minuta pod određenim uvjetima opreme.

To ne znači da će svaka MoSi₂ peć grijati tom brzinom.

Struktura peći, raspored elemenata, izolacija, kontrola snage i-kontrole temperature utječu na stvarnu brzinu zagrijavanja.

Primjer, međutim, pokazuje zašto se MoSi₂ obično povezuje s primjenama na visokim-temperaturama i relativno brzim zagrijavanjem.

Što je posebno kod MoSi₂?

Jedna od karakteristika MoSi₂ je zaštitni sloj-na bazi silicijevog dioksida koji se stvara na površini tijekom rada na visokim-temperaturama.

Ovaj oksidni sloj igra važnu ulogu u zaštiti elementa na visokim temperaturama.

Grijaći element se stoga dosta razlikuje od jednostavne metalne grijaće žice.

Za peć na cirkonij ovo je važno jer peć može provesti značajnu količinu vremena na temperaturama oko 1500 stupnjeva ili višim.

Grijaći elementi moraju izdržati ponovljene visoke{0}}temperaturne cikluse.

Izbor grijaćeg elementa stoga nije samo odluka male komponente. To je dio cjelokupnog toplinskog dizajna peći.

3. SiC grijaći elementi

Drugi grijaći element s kojim se laboratoriji mogu susresti je silicijev karbid (SiC).

SiC grijaći elementi također su korišteni u -peći za zubno sinteriranje na visokim temperaturama.

U usporedbi s MoSi₂, imaju drugačije električne i toplinske karakteristike.

Tehnička usporedba objavljena u Ceramic Applications izvijestila je da se SiC elementi obično koriste do oko 1530 stupnjeva, dok MoSi₂ može raditi na znatno višim temperaturama, ovisno o elementu i dizajnu peći.

Ova je razlika korisna kada se gledaju specifikacije peći.

Ako laboratorij uglavnom koristi cirkonijeve materijale čiji su preporučeni ciklusi unutar donjeg dijela visoko-temperaturnog raspona, sustav koji se temelji na SiC-mogao bi biti tehnički prikladan.

Ako laboratorij treba višu maksimalnu temperaturu ili određene brzine zagrijavanja, MoSi₂ može biti prikladna opcija, ovisno o dizajnu peći i potrebnim programima sinteriranja.

Iz tog razloga, ne bih opisao pitanje jednostavno kao:

"Je li MoSi₂ bolji od SiC?"

Korisnije pitanje je:

"Za što je laboratoriju potrebna peć?"

4. Što je s mikrovalnim sinteriranjem?

Mikrovalno sinteriranje još je jedna tehnologija koja je proučavana za cirkonij.

Za razliku od konvencionalnog otpornog grijanja, mikrovalni sustavi koriste elektromagnetsku energiju za zagrijavanje materijala.

To mijenja način na koji se energija uvodi u cirkonij i okolni sustav.

Mikrovalno sinteriranje privuklo je istraživački interes jer potencijalno može smanjiti vrijeme obrade i proizvesti drugačije ponašanje pri zagrijavanju u usporedbi s konvencionalnim otpornim grijanjem.

Međutim, mikrovalno sinteriranje nije samo stvar zamjene grijaćih elemenata u konvencionalnoj zubarskoj peći.

Mikrovalni sustav zahtijeva različitu opremu i metode upravljanja.

Također je korisno razlikovati tehnologiju koja je proučavana ili demonstrirana eksperimentalno od one koja se obično koristi u svakodnevnim zubarskim laboratorijima.

Za laboratorij koji kupuje peć, praktično pitanje je ima li tehnologija uspostavljen tijek rada za specifične cirkonijeve materijale koji se koriste.

5. Indukcijsko sinteriranje

Indukcija je još jedna tehnologija koja je istražena za cirkonij.

Princip je opet drugačiji.

Umjesto oslanjanja na konvencionalni element otpora za zagrijavanje komore, izmjenično elektromagnetsko polje koristi se za generiranje grijanja kroz električno vodljivi susceptor ili srodni sustav.

Sustavni pregled tehnologija sinteriranja cirkonijevog oksida opisuje indukcijsko grijanje kao terenski{0}}pristup grijanju i napominje da se njime mogu postići veće stope zagrijavanja od konvencionalnih otpornih peći.

Recenzija također raspravlja o prijavljenim -protokolima velike brzine koji uključuju stope zagrijavanja od približno 50-100 stupnjeva/min i držanje na oko 1570-1590 stupnjeva 10 minuta u nekim istraživačkim postavkama.

Ove brojke ne treba tumačiti kao univerzalni indukcijski-program sinteriranja.

Odgovarajuća temperatura i ciklus i dalje ovise o cirkonijevom materijalu i specifičnoj opremi koja se koristi.

Za zubotehnički laboratorij, visoka stopa zagrijavanja ne znači automatski da se svaki blok cirkonijevog oksida može obraditi pomoću tog ciklusa.

Konvencionalno, brzo i brzo sinterovanje nisu ista stvar

Još jedan izvor zabune je riječ "brzo".

Laboratorij može vidjeti pojmove kao što su:

Konvencionalno sinterovanje

Brzina sinteriranja

Brzo sinteriranje

Velika-brzina sinteriranja

Ovi pojmovi su povezani, ali nisu nužno standardizirani nazivi za potpuno isti proces.

Nedavni pregled tehnologija sinteriranja cirkonijevog oksida opisuje brzo sinteriranje kao proces koji može trajati otprilike 30-120 minuta, uz korištenje konvencionalne peći s većom brzinom zagrijavanja.

Također daje primjer rasporeda-sinteriranja koji uključuje rampu od 17 stupnjeva/min, 35-minutno razdoblje zadržavanja na 1540 stupnjeva, nakon čega slijedi kontrolirano hlađenje.

Točan program ovisi-o materijalu.

Za kupce je ovo važna točka koju treba provjeriti.

Kada proizvođač kaže:

"Ovo je peć za brzo-sinteriranje."

sljedeće pitanje bi trebalo biti:

"Koji su cirkonski materijali testirani s brzim programom?"

To pitanje pruža korisnije informacije od promatranja samog vremena ciklusa.

Zašto se svaki cirkonij ne može brzo sinterirati?

Ovo se pitanje često postavlja.

Razlog je taj što cirkonij nije samo jedna formulacija.

Različiti cirkonski materijali mogu imati različite sastave, karakteristike praha i mikrostrukture.

Stoga se njihovi preporučeni uvjeti sinteriranja mogu razlikovati.

Neki proizvođači cirkonijeva oksida objavljuju programe brzog{0}}sinteriranja za određene proizvode.

Drugi mogu preporučiti konvencionalne cikluse.

Na primjer, objavljeni rasporedi sinteriranja cirkonijevog dioksida KATANA razlikuju konvencionalne i brze programe, s različitim vršnim temperaturama, brzinama zagrijavanja i vremenima zadržavanja. Objavljeni podaci proizvođača također navode koji se nadomjesci mogu obraditi pomoću brzog ciklusa.

Ovo je dobar primjer zašto se peć i materijal moraju promatrati zajedno.

Peć sposobna za brzo zagrijavanje ne čini automatski svaki cirkonij prikladnim za brzo sinteriranje.

Što je zapravo potrebno laboratoriju?

Ovdje odluka o opremi postaje praktična.

Zamislite dva laboratorija.

Laboratorij A

Laboratorij uglavnom proizvodi konvencionalne cirkonijeve restauracije.

Svaki dan radi nekoliko serija.

Vrijeme ciklusa je relevantno, ali nema potrebe odmah obraditi svaki slučaj.

Za ovaj laboratorij, konvencionalna visokotemperaturna elektrootporna peć mogla bi biti savršeno prikladna.

Laboratorij B

Ovaj laboratorij često prima slučajeve istog-dana.

Ujutro gloda restauracije i potrebno je dovršiti sinterovanje u mnogo kraćem roku.

Za ovaj bi laboratorij mogla biti korisnija peć s odobrenom sposobnošću brzog-sinteriranja.

Dva laboratorija ne trebaju nužno istu peć.

Ni jedno ni drugo ne čine pogrešan izbor.

Njihovi proizvodni zahtjevi jednostavno su drugačiji.

Što je s malom peći?

Male dentalne peći za sinterovanje imaju jednu praktičnu prednost.

Manja komora sadrži manju toplinsku masu, što može ubrzati zagrijavanje i hlađenje, ovisno o dizajnu peći.

U jednom starijem izvješću o dentalnim pećima za sinteriranje navedeno je da neke male peći mogu obraditi približno 20-50 jedinica po ciklusu, a istovremeno nude cikluse sinteriranja od samo 90 minuta.

Ovo ilustrira koristan kompromis-.

Mala komora može biti privlačna za:

Manji laboratoriji

Slučajevi istog-dana

Niža dnevna proizvodnja

Brže zagrijavanje i hlađenje

Veća komora može imati više smisla za:

Veliki{0}}laboratoriji

Više ladica

Veće serije

Laboratoriji pokušavaju smanjiti broj dnevnih ciklusa

Pravi kapacitet ovisi o stvarnom obujmu proizvodnje.

Kupnja najveće dostupne peći ne čini automatski laboratorij učinkovitijim.

Što je s većom peći?

Velike peći korisne su kada laboratorij treba obraditi više restauracija po ciklusu.

Na primjer, Nabertherm trenutno navodi jedan LHT model za do 30 pojedinačnih kruna po ciklusu i drugi za do 75 pojedinačnih kruna po ciklusu, ovisno o modelu.

Kapacitet treba uzeti u obzir zajedno s vremenom ciklusa.

Na primjer:

Peć A

20 kruna × 2-satni ciklus

Peć B

60 kruna × 6-satni ciklus

Druga peć ima tri puta veći kapacitet, ali je računica dnevne proizvodnje kompliciranija.

Laboratorij treba uzeti u obzir:

Broj ciklusa po danu

Vrijeme utovara i istovara

Vrijeme hlađenja

Stvarni broj obnova po ciklusu

Vršna razdoblja proizvodnje

Peć bi stoga trebalo ocijeniti prema tijeku rada u laboratoriju, a ne samo prema volumenu komore.

Grijaći element nije jedini važan dio

Kada kupci čuju "MoSi₂" ili "SiC", lako se u potpunosti usredotočiti na grijaći element.

Grijaći element, međutim, ne radi samostalno.

Stvarni učinak peći također ovisi o:

Dizajn komore

Izolacija

Raspored grijaćih elemenata

Senzor temperature

Kontrolni sustav

Kontrola snage

Dizajn pladnja

Rashladni sustav

Ove komponente utječu na raspodjelu temperature i način na koji peć slijedi programirani ciklus.

Na primjer, obje peći mogu koristiti MoSi₂ elemente, ali imaju različite strukture komora i različite temperaturne karakteristike.

Stoga:

Isti grijaći element ne znači nužno i isti učinak peći.

Ovo vrijedi imati na umu kada uspoređujemo opremu različitih proizvođača.

Što je s ujednačenošću temperature?

Ujednačenost temperature još je jedan čimbenik koji zaslužuje pozornost.

Peć može doseći temperaturu od 1500 stupnjeva, ali to ne znači automatski da svaka točka unutar komore ima točno 1500 stupnjeva.

Raspodjela temperature ovisi o toplinskom dizajnu peći.

Prilikom ocjenjivanja peći kupci mogu pitati:

Kako se mjeri ujednačenost temperature?

Na kojoj temperaturi?

Koliko se mjernih točaka koristi?

Što je djelotvorno područje sinteriranja?

Je li peć bila prazna ili napunjena tijekom ispitivanja?

Postoji li zapis o kartiranju temperature?

Ova pitanja mogu pružiti korisnije informacije od jednostavnog traženja maksimalne temperature.

Što bi distributer trebao usporediti?

Za distributere odabir peći može biti kompliciraniji jer se oprema može isporučivati ​​laboratorijima s vrlo različitim obrascima proizvodnje.

Jednom kupcu može trebati mala peć za 10-20 restauracija.

Drugi može obraditi 50 ili više restauracija po ciklusu.

Drugi možda najviše brine o brzom sinteriranju.

Drugi može primarno raditi s visoko-prozirnim cirkonijem i staviti veći naglasak na praćenje toplotnog ciklusa koji preporučuje proizvođač materijala.

Iz tog razloga, izbjegavao bih preporučiti peć samo na temelju:

Cijena + maksimalna temperatura.

Korisnija usporedba uključivala bi:

Parametar	Zašto je to važno
Maksimalna temperatura	Označava dostupni raspon visokih-temperatura
Stopa zagrijavanja	Relevantno za konvencionalne i brze -programe sinteriranja
Grijaći element	Utječe na temperaturnu sposobnost i dizajn peći
Kapacitet komore	Određuje moguću veličinu serije
Ujednačenost temperature	Relevantno za dosljednost preko korisne površine
Kontrola programa	Korisno pri radu s nekoliko cirkonijevih materijala
Hlađenje	Utječe na ukupno vrijeme ciklusa i kompletan toplinski profil
Mogućnost servisiranja	Važno je kada se peć koristi svaki dan
Zamjenski dijelovi	Važno za-dugotrajni rad
	Trebao bi odgovarati proizvodima od cirkonija koje koriste kupci

Ova vrsta usporedbe je korisnija od jednostavnog rangiranja peći prema maksimalnoj temperaturi.

Koju vrstu peći treba kupiti laboratorij?

Ne postoji jednoznačan odgovor.

Ako je laboratoriju uglavnom potrebno konvencionalno sinteriranje cirkonijevog oksida, pouzdana električna otporna peć s odgovarajućim-sustavom grijanja može biti dovoljna.

Ako laboratorij ima veliko dnevno radno opterećenje, kapacitet komore i učinkovitost ciklusa postaju važniji.

Ako laboratorij treba proizvodnju istog-dana, odobrena sposobnost brzog-sinteriranja može biti korisna.

Ako laboratorij radi s nekoliko marki cirkonijevog oksida, programabilni temperaturni ciklusi postaju važniji.

Ako laboratorij obrađuje visoko proziran cirkonij, također treba obratiti pozornost na zahtjeve proizvođača materijala i čistoću peći i karakteristike grijaćeg -elementa.

Odluka bi trebala započeti s cirkonijevim materijalima i tijek rada u laboratoriju, a zatim prijeći na peć.

Ne obrnuto.

Pitanje koje bih postavio prije kupnje

Da pomažem laboratoriju u odabiru peći za sinteriranje, ne bih počeo s pitanjem:

"Koliko može biti vruće?"

pitao bih:

"Koji cirkonij koristite, koliko nadomjestaka sinterirate dnevno i koliko brzo trebate završiti ciklus?"

Ta tri pitanja već pružaju korisnu polaznu točku.

Onda bih pogledao:

Koje programe sinteriranja zahtijevaju ti cirkonski materijali?

Može li peć reproducirati te programe?

Koliko se restauracija zapravo može učitati?

Kako peć radi na traženoj temperaturi?

Koji su očekivani troškovi održavanja i zamjene?

To nam daje realniju sliku o tome je li peć prikladna za laboratorij.

Još jedna stvar: nemojte birati peć samo na temelju brzine grijanja

Brzo zagrijavanje je privlačno jer može skratiti ciklus.

Međutim, nije automatski bolji za svaki materijal od cirkonijevog oksida.

Program koji preporučuje proizvođač cirkonijevog oksida trebao bi ostati referenca.

Peć s mogućnošću zagrijavanja od 100 stupnjeva/min ne znači da se svaki materijal treba zagrijavati na 100 stupnjeva/min.

Isto tako, peć s maksimalnom temperaturom od 1650 stupnjeva ne znači da se cirkonij treba sinterirati na 1650 stupnjeva.

Peć pruža niz mogućnosti.

Materijal određuje koji dio tog raspona zapravo treba koristiti.

Završne misli

Dakle, koja se vrsta peći koristi za sinteriranje?

Za zubni cirkonij, najčešći pristup je a visokotemperaturna peć za sinteriranje s električnim otporom, s MoSi₂ i SiC među tehnologijama grijaćih-elemenata koje se koriste na tržištu.

Ostali pristupi, uključujući mikrovalno i indukcijsko grijanje, također su istraženi i korišteni u specifičnim primjenama, posebno tamo gdje se istražuju brže zagrijavanje ili različiti toplinski mehanizmi. Recenzije istraživanja izvijestile su o ciklusima-sinteriranja i indukciji-s većim brzinama zagrijavanja od konvencionalnih programa.

Za laboratorij, međutim, najkorisnije pitanje nije koja tehnologija zvuči najnaprednije.

Praktičnije pitanje je može li peć osigurati temperaturu, brzinu zagrijavanja, vrijeme držanja, uvjete hlađenja i raspodjelu temperature koju zahtijevaju cirkonski materijali koji se koriste.

Peć s višom maksimalnom temperaturom nije automatski bolja peć.

Brža peć nije automatski i bolja peć.

Veća peć nije automatski i bolja peć.

A određeni grijaći element ne govori cijelu priču.

Kada gledamo peć za sinterovanje iz perspektive istraživanja i razvoja, gledamo kompletan toplinski sustav.

Grijaći element je jedan dio.

Komora je jedan dio.

Kontrola temperature je jedan dio.

Program je jedan dio.

A sam materijal od cirkonija je nešto drugo.

Najprikladniji izbor opreme obično je onaj koji te čimbenike uklapa u stvarni tijek rada u laboratoriju.