微波烧结牙科氧化锆陶瓷温度场模拟及其性能研究

摘要

氧化锆陶瓷因其具有高强度、高硬度、耐磨损和良好的生物相容性在口腔医学中具有很大的发展潜力。最近几年微波烧结牙科氧化锆陶瓷成为了研究热点，因微波烧结具有整体加热，升温速度快，降低烧结活化能等优点逐渐成为陶瓷烧结领域的主流烧结技术之一。但是影响陶瓷微波烧结的最主要因素是陶瓷材料的受热均匀性问题。目前采用微波烧结牙科氧化锆存在诸多问题，最主要的就是烧结过程中易开裂。因此对于了解微波烧结腔内电磁场与温度场的分布有利于更好的利用这一技术。 本文通过三维电磁场仿真软件HFSS来模拟加载圆柱形氧化锆样品后，烧结腔内的电磁场分布情况。通过对样品的位置进行参数化扫描，模拟样品在烧结腔中心不同高度位置时样品内的电磁场分布，找出样品内部电磁场分布最均匀的烧结位置。即距离烧结腔底部9.1cm高的位置。 将HFSS与ANSYS在WORKBENCH平台中联立。将上述电磁场模拟的结果作为激励导入ANSYS软件中进行烧结腔内温度场模拟。模拟样品烧结过程中的稳态温度场分布与瞬态温升曲线。 通过干压成型、等静压成型制备氧化锆陶瓷素坯，因牙科氧化锆需要进行CAD/CAM加工，因此需要对样坯进行预烧结，分别用常规预烧结和微波预烧结在不同的预烧结温度下制备半致密的氧化锆坯体，通过测试样品的机械性能确定最佳的预烧结温度。实验证明常规预烧结的样品性能要优于微波预烧结。 将常规预烧结的样品分别进行微波和常规烧结，通过测试不同烧结温度下的样品性能和通过SEM表征确定最佳的烧结温度。实验结果表明微波烧结的样品性能要优于常规烧结，且烧结温度要低100℃左右。

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