Materiales cerámicos avanzados con aplicaciones odontológicas obtenidos por sinterización de polvos mediante la técnica de microondas

Abstract

[EN] Microwave sintering is one of the most novel methods for processing advanced ceramic materials and it represents a very attractive alternative with respect to traditional sintering methods. It offers several important advantages, including significantly shorter processing times, lower production costs and savings in energy consumption of up to 70% during sintering, which clearly translates into economic and environmental benefits. This sintering method consists in the utilization of electromagnetic waves to heat the material, which is very different from conventional methods, where heating takes place through traditional heat transfer mechanisms: conduction, convection and radiation. The main aim of this work is to study sintering of yttria-stabilized zirconia materials for dental applications with microwaves. Following this scheme, the goal is to obtain materials with mechanical properties that reach or even exceed those resulting from materials processed by traditional sintering techniques. In order to reach this goal, three different materials composed by yttria-stabilized zirconia have been selected: two commercial (LAVA and NANOKER), which are commonly used in the dental sector, and a third one which has been extensively studied at the Instituto de Cerámica y Vidrio (ICV) in Madrid. A comparative analysis of resulting density, mechanical properties and microstructure of the sintered materials has been carried out via two different methods: microwave sintering and sintering in a conventional oven. Samples are sintered at different temperatures. For microwave sintering, the temperatures considered are 1200 and 1300 °C with a 10 min holding time at the sintering temperature. For samples sintered in a conventional oven, the selected temperatures are 1300 and 1400 °C with a 2 h holding time at the sintering temperature. The materials obtained from microwave sintering have density values very close to their theoretical values and mechanical properties that, in many cases, exceed those obtained with the conventional sintering method. Therefore, it can be established that microwave sintering is a very interesting and innovative alternative to conventional sintering of ceramic powder materials for dental applications.

[ES] La sinterización mediante microondas es uno de los métodos más novedosos para el conformado de materiales cerámicos avanzados y, presenta una alternativa muy atractiva frente a la sinterización por métodos convencionales. Este método ofrece varias ventajas entre las que destacan una reducción significativa de tiempos de procesamiento, reducción de costes de producción y un ahorro de hasta un 70% en el consumo energético durante el procesado, lo cual se traduce claramente en beneficios económicos y medio ambientales. Este tipo de sinterización consiste en el calentamiento del material mediante la absorción de ondas electromagnéticas, siendo muy diferente a los métodos convencionales, donde el calentamiento se realiza a través de los mecanismos de transferencia de calor tradicionales: conducción, convección y radiación. El objetivo principal de este trabajo consiste en estudiar la sinterización de materiales de circona 3Y-TZP con aplicaciones en el sector odontológico, empleando técnicas de microondas para su calentamiento. A través de ello, se busca obtener materiales densos con propiedades mecánicas que sean iguales o mejores que las que se pueden obtener por métodos tradicionales de sinterización. Se han seleccionado tres materiales de circona estabilizados con itria: dos comerciales (LAVA y NANOKER) utilizados en el sector odontológico y uno ampliamente estudiado en el Instituto de Cerámica y Vidrio (ICV) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de Madrid. En este trabajo se ha llevado a cabo un estudio comparativo de la densificación alcanzada, propiedades mecánicas y microestructura final de los materiales sinterizados mediante dos métodos diferentes: sinterización por microondas y mediante un horno convencional. Las muestras se sinterizarán a diferentes temperaturas: 1200 y 1300 °C con 10 min de estancia a la máxima temperatura para las muestras sinterizadas por microondas, y a 1300 y 1400 °C con una estancia de 2 h para las muestras sinterizadas en horno convencional. Los materiales que se han obtenido mediante el uso de las microondas cuentan con valores de densidad próximos a la teórica y con unas propiedades mecánicas que, en muchos casos, superan a las de los materiales sinterizados empleando el método convencional. Por lo tanto, es posible establecer que la sinterización por microondas es una clara alternativa al procesamiento de materiales de polvos cerámicos para conformado de piezas con distintas formas para aplicaciones en el sector odontológico

[CA] La sinterització per mitjà de microones és un dels mètodes més novedosos per al conformat de materials ceràmics avançats i presenta una alternativa molt atractiva front a la sinterització per mètodes convencionals. Este mètode oferix diversos avantatges entre les que destaquen una reducció significativa de temps de processament, reducció de costos de producció i un estalvi de fins a un 70% en el consum energètic durant el processat, la qual cosa, es traduïx clarament en beneficis per al medi ambient. Este tipus de sinterització consistix en el calfament del material per mitjà de l'absorció d'ones electromagnètiques, sent molt diferent dels mètodes convencionals, on el calfament es realitza a través dels mecanismes de transferència de calor tradicionals: conducció, convecció i radiació. L'objectiu principal d'este treball consistix en estudiar la sinterització de materials de zircònia 3Y-TZP amb aplicacions en el sector odontològic emprant microones per al seu calfament. A través d'això, es busca obtindre materials densos amb propietats mecàniques que siguen iguals o millors que les que es poden obtindre per mètodes tradicionals de sinterització. Per a això, es van a estudiar tres materials de zircònia estabilitzats amb ítria: dos comercials (LAVA i NANOKER) utilitzats en el sector odontològic i un àmpliament estudiat en l'Institut de Ceràmica i Vidre (ICV) del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC) de Madrid. En este treball s'ha dut a terme un estudi comparatiu de la densitat, propietats mecàniques i microestructura final dels materials sinteritzats per mitjà de dos mètodes diferents: sinterització per microones i sinterització en forn convencional. Les mostres es sinteritzaran a diferents temperatures: 1200 i 1300 °C i amb 10 min d'estada a la màxima temperatura per a les mostres sinteritzades per microones, i a 1300 i 1400 °C i amb una estada de 2 h per a les mostres sinteritzades en forn convencional. Els materials que s'han obtingut per mitjà de l’ús de les microones compten amb uns valors de densitat pròxims als teòrics i amb unes propietats mecàniques que, en molts casos, superen a les dels materials sinteritzats pel mètode convencional. Per tant, és possible establir que la sinterització per microones és una clara alternativa al processament de materials de pols ceràmics i per al conformat de peces amb diferent forma per aplicacions en el sector odontològic.