1 · Web viewU anglosaksonskim jezicima pojam „ceramics“ obuhvaća i staklo, emajl, staklokeramiku i anorganska vezivna sredstva (cement, vapno, gips) (1,2). Keramički materijali

Nino Grgić Diplomski rad

1. UVOD

Keramički materijali su anorganski i nemetalni. Sastoje se od metalnih i nemetalnih

elemenata međusobno povezanih ionskim i/ili kovalentnim vezama. U

anglosaksonskim jezicima pojam „ceramics“ obuhvaća i staklo, emajl,

staklokeramiku i anorganska vezivna sredstva (cement, vapno, gips) (1,2).

Keramički materijali se u pravilu oblikuju pri sobnoj temperaturi miješanjem

osnovnih sastojaka te se nakon toga podvrgavaju postupku pečenja, odnosno

sinteriranja pri visokim temperaturama nakon čega tek postižu svoja konačna

svojstva (Slika 1).

Slika 1.Tvorba materijala (2)

1


2. OPĆENITO O KERAMICI

Za razliku od većine ostalih materijala, u tehnologiji keramičkog materijala proces

oblikovanja dolazi prije toplinskog procesa pri čemu dolazi do skupljanja (promjene

volumena). Tek nakon procesa sinteriranja (pečenja) zapravo nastaje keramički

materijal.

2.1. PODJELA KERAMIKE

U literaturi je pronađeno više različitih podjela keramičkih sustava (3,4). Osnovne

podjele su prema veličini zrna, prema namjeni i prema kemijskom sastavu.

2.1.1. PODJELA KERAMIKE PREMA VELIČINI ZRNA

Keramika se prema veličini zrna, odnosno strukturi dijeli na onu s:

- makrostrukturom (zrno je veličine > 10-3m)

- mikrostrukturom (zrno je veličine > 10-7m, < 10-3m), (pore, mikropukotine...)

(veličine vidljive optičkim ili SEM mikroskopom)

- kristalnom strukturom – nanostrukturom (zrno je veličine > 10-9m, < 10-7m)

(raspored strukturnih jedinica u prostoru, kristalna rešetka) – vidljivo

rendgenskom disfrakcijom

- strukturom atoma (< 10-9m).

2


2.1.2. PODJELA KERAMIKE PREMA NAMJENI

Keramike se prema namjeni dijele na:

- Visokokvalitetna keramika je visokorazvijen, visokokvalitetan keramički

materijal koji je pretežno nemetalan i anorganski te posjeduje određena

svrhovita svojstva

- konstrukcijska keramika (industrijska, inženjerska) podrazumijeva materijale

koji u bilo kojem obliku moraju izdržati mehanička opterećenja (npr. savojna

i tlačna)

- funkcionalna keramika je visokokvalitetan materijal čija se svojstva koriste za

neku aktivnu funkciju (npr. keramički dijelovi koji iskazuju posebna

električna, magnetska, dielektrična ili optička svojstva)

- elektrokeramika je visokokvalitetna keramika koja se na temelju svojih

specifičnih svojstava primjenjuje u elektrotehnici i elektronici

- rezana keramika je visokokvalitetna keramika, koja je zbog svoje otpornosti

na trošenje i visoke temperature, prikladna za izradu alata za obradu

odvajanjem čestica (tokarenje, brušenje, glodanje)

- biokeramika je visokokvalitetna keramika koja se primjenjuje u medicini, tj.

u ljudskom organizmu (za nadomjestke, nadoknadu tvrdog tkiva; kostiju, zubi

itd.).

3


Biokeramike za primjenu u stomatologiji se dijele prema indikacijama na one za

izradu krunica u prednjem dijelu zubnog niza, za izradu krunica u postraničnom

dijelu zubnog niza, za izradu ljuski, za izradu tročlanih ili višečlanih mosnih

konstrukcija, keramike za oblaganje osnovnih konstrukcija, za glazure i posebne

estetske učinke, korijenske kolčiće, za izradbu primarnih teleskopa, implantata i

suprastruktura na implantatima.

2.1.3. PODJELA KERAMIKE PREMA KEMIJSKOM SASTAVU

Keramike se prema kemijskom sastavu dijele na:

1. Silikatna keramika: npr. porculan, mulit, kordijerit, steatit.

2. Oksidna keramika:

o jednokomponentni sustavi (npr. aluminijev oksid, magnezijev oksid,

cirkonijev oksid, titanov oksid)

o višekomponentni sustavi

miješana oksidna keramika (npr. aluminijev titanat, olovni

cirkonij – titanat)

kompozitna keramika (npr. aluminijev oksid ojačan

cirkonijevim oksidom).

4


3. Neoksidna keramika (radi se pretežno o karbidima, nitridima i oksinitridima)

npr. silicijev karbid, silicijev nitrid, aluminijev nitrid, bor – karbid, bor –

nitrid. Ne koristi se u stomatologiji.

Tradicionalna keramika je u većini slučajeva na bazi silikata, porozne mikrostrukture

koja je neujednačena i višefazna. U pravilu se dobiva miješanjem gline i glinice (tj

prirodnih sirovina), dalje slijedi oblikovanje, sinteriranje u pećima te na kraju

glaziranje.

Moderne keramike nisu na bazi gline ili silikata. Za proizvodnju moderne keramike

koriste se daleko više sofisticirani materijali kao što su oksidi, karbidi, perovskiti i

čak potpuno sintetski materijali koji nisu ekvivalentni prirodnim sirovinama.

Mikrostruktura ove moderne keramike je homogena i daleko manje porozna u

odnosu na tradicionalnu.

2.1.3.1. SILIKATNA KERAMIKA

Silikatna keramika je najstarija vrsta keramike. Glavne sirovine ovih višefaznih

materijala su glina i kaolin, glinenci i talk kao nositelji silicija. Sinterirani izradak

sadrži osim kristalnih faza i visok udio staklene faze (> 20 %) čiji je glavni sastojak

silicijev oksid. Silikatna keramika je bitno jeftinija i pristupačnija od oksidne

keramike zbog relativno niskih temperatura sinteriranja, dobre kontrole procesa i

velike dostupnosti prirodne sirovine. U silikatnu keramiku se ubrajaju neke zubne

keramike, tehnički porculan, steatit, kordijerit i mulit (2).

5


2.1.3.2. ALUMINIJOKSIDNA KERAMIKA

Osnovu aluminijoksidne keramike čine fini kristali rastaljene glinice. Aluminijev

oksid je materijal koji se nalazi u prirodi (korund). Dodatkom Al2O3 (u kristaličnom

obliku) gliničnoj keramici dolazi do njezina ojačanja, a homogenost materijala

postiže se pravilnom distribucijom i ujednačenom veličinom kristala (Slika 2).

Može se primjeniti u sustavima :

- s osnovnim materijalom

- s tvrdom jezgrom (1,5,6).

Slika 2. Mikrostruktura

aluminijeva oksida (99,7% kristala) (2)

2.1.3.3. CIRKONIJOKSIDNA KERAMIKA

Osnovu cirkonijoksidne keramike čini cirkonijev dioksid. Cirkonijev

je dioksid poznati polimorf koji se pojavljuje u trima oblicima :

monoklinskom, kubnom i tetragonskom. Na sobnoj temperaturi 6


ZrO2 postoji samo u monoklinskom obliku. Ovisno o vrsti

stabilizatora (magnezijevog ili yitrijevog oksida), nastaju dvije

potpuno različite mikrostrukturne slike. Cirkonijoksidna keramika

pokazuje odlična mehanička svojstva; velike vrijednosti čvrstoće,

tvrdoće i lomne žilavosti te daje velike mogućnosti za primjenu u

stomatološkoj protetici (1,7).

2.1.3.4. STAKLOKERAMIKA

Dok je nekada kristalizacija bila jedna od najvažnijih smetnji svake proizvodnje

stakla, danas se usmjeravanjem u određene kolosjeke, tehnički koristi. Nastao je novi

materijal staklokeramika ili vitrokeramika. Takva keramika ne nastaje kao do sada

uobičajenim procesom pečenja keramičkih materijala uz samo djelomično taljenje

nekih komponenata, već preko primarnog dobivanja staklene taline (1,8). Tek se u

sljedećem koraku iz stakla dobiva staklokeramika. Kriteriji usmjerene kristalizacije

su:

o izvanredno velika učestalost stvaranja klica jednolično po čitavom

volumenu stakla

o jednolična veličina kristala

o vrlo mala dimenzije kristala (u pravilu nekoliko µm).

Primarni proces svake usmjerene kristalizacije u staklu jest usmjereno razdvajanje u

mikrofaze. Ono se postiže specijalnim izborom osnovnog stakla, specijalnim malim

dodacima i odgovarajućim vođenjem temperature. Razvoj staklokeramike počinje se

7


prvim patentom H. Beckera oko 1913. godine, a razvija se kasnijim istraživanjima F.

Albrechta.

Faze nastajanja staklokeramike prema Stookeyu:

I. faza: prerada i hlađenje rastaljenog bistrog stakla

II. faza: tijekom naknadnog procesa zagrijavanja na temperaturu T1 (temperatura

stvaranja klice) nastaju kristalne klice

III. faza: daljnjim povišenjem temperature do T2 (temperatura kristalizacije) dolazi

do potpune kristalizacije, odnosno do keramiziranja (pretvorba stakla u

staklokeramički produkt)

IV. faza: hlađenje konačnog proizvoda (2).

Podjela staklokeramike:

- staklokeramika s minimalnim koeficijentom termičkog rastezanja

- strojno obradiva staklokeramika

- staklokeramika velike keramičke čvrstoće

- sinterirana staklokeramika

- specijalna staklokeramika.

8


2.2. STRUKTURA KERAMIKE

Kod keramike strukturne jedinice su povezane ionskom i/ili kovalentnom vezom

(1,2). Međutim, veza u keramici nije čisto ionska ni čisto kovalentna već smjesa

ionske i kovalentne. Kristalne tvari mogu biti u obliku monokristala ili polikristala.

Kod monokristala je savršen raspored atoma u prostoru koji se proteže kroz cijeli

materijal bez prekida. Mikrostruktura polikristalne tvari sastoji se od puno malih

kristala koji se zovu kristalna zrna, zrna su međusobno odijeljena svojim granicama

koja nemaju uređenu strukturu, tj. pravilan raspored strukturnih jedinki (Slika 3). U

pravilu za keramičke materijale veličina kristalnih zrna kreće se u granicama od 1–

50µm i vidljiva su pod mikroskopom. Mikrostruktura keramičkih materijala se

opisuje preko oblika i veličine kristalnih zrna, zajedno s prisutnom poroznošću,

sekundarnim fazama kao i njihovom razdiobom. Mikrostruktura keramike obuhvaća:

kristalna zrna, granice zrna, sekundarne faze, pore i mikropukotine.

9


Slika 3.Shematski prikaz polikristalnog uzorka (2)

Prije početka pečenja pore zauzimaju veliki dio zapremine (Slika 4). Pečenjem se

one smanjuju, njihov se kontinuitet prekida (nastaju tzv. džepovi) i na kraju, nakon

sinteriranja i hlađenja, ostaju u gotovom keramičkom materijalu kao prostori

ispunjeni zarobljenim zrakom (primarni porozitet) (9).

Slika 4. Prikaz primarnih pora u keramičkom materijalu (1)

Sekundarni porozitet nastaje otpuštanjem čestica s površine nadomjestka pod

utjecajem korozivnog medija (nagrizanjem).

Keramika je krhka, pod opterećenjem se ne deformira nego puca. To je, unatoč

postojanosti oblika, čini posebno osjetljivom na male pogreške u njezinoj strukturi,

koje poslje mogu biti ishodišta za lomne pukotine (1).

10


Struktura čvstih (krutih) tvari ovisi o:

- vrsti veza između strukturnih jedinica

strukturne jedinice: atomi, ioni, molekule, makromolekule

- slaganju strukturnih jedinica (Slika 5)

kristalna struktura (pravilan raspored strukturnih jedinica dugog

dosega): npr. metali, legure, keramika

amorfna struktura (pravilan raspored strukturnih jedinica kratkog

dosega): npr. staklo

kombinacija kristalne i amorfne strukture: npr. polimeri (2).

Slika 5. Slaganje strukturnih jedinica (2)

11

ČVRSTE TVARI

KRISTALNE STRUKTURE

MONOKRISTALNI MATERIJALI

(pojedinačni kristali)

POLIKRISTALNI MATERIJALI

AMORFNE ILI NEKRISTALNE STRUKTURE


2.2.1. POVEZANOST ATOMA I MOLEKULA

Veza između atoma u molekuli može se ostvariti (primarna ili kemijska):

o ionskom vezom (povezuje se metal i nemetal)

o kovalentna veza (povezuju se dva nemetala)

o metalna veza (povezuju se dva metala) (2).

Veza između molekula (sekundarna ili fizikalna) :

o stalni dipoli

o promjenjivi dipoli.

2.2.2. POGREŠKE U KRISTALNOJ STRUKTURI KERAMIKE

Realni kristali nisu savršeni, oni sadrže nepravilnosti (nesavršenosti ili pogreške) u

strukturi (2). Pogreške se klasificiraju prema njihovoj geometriji i obliku u:

o točkaste ili nuldimenzijske

o linijske (dislokacijske) ili jednodimenzijske

o površinske pogreške ili dvodimenzijske

o trodimenzijske pogreške.

12


Točkaste pogreške mogu se definirati kao bilo koje mjesto u kristalnoj rešetki koje

nije zaposjednuto sa odgovarajućim ionom ili atomom koji je potreban da osigura

pravilni raspored strukturnih jedinica dugog dosega u strukturi. Nasuprot kristalnim

strukturama čistih metala za koje su točkaste pogreške bolje i jasnije opisane (jer

sadrže jednu vrstu atoma i naboj je neutralan), situacija kod keramike je daleko

kompleksnija. Točkaste pogreške mogu biti :

o stehijometrijske

o nestehiometrijske

o neuobičajene.

Linijske pogreške (dislokacije) su pogreške koje uzrokuju distorzije smještene na

liniji.

Površinske pogreške su nesavršenosti u polikristalnim čvrstim tvarima koje

odvajaju zrna ili su područja s različitom orijentacijom i uključuju

o malokutne granice zrna (kut < 15O)

o segregacija nečistoća po granicama zrna.

Trodimenzijske pogreške materijala su :

o pore

o pukotine (Slika 6)

o uključine.

13


Ove pogreške kritične su u određivanju čvrstoće

keramike. Za mnoga svojstva keramike smatra

se da su odraz prisutnosti ili odsutnosti

pogrešaka u kristalnoj strukturi.

Slika 6. Napukline u keramičkom materijalu (2)

2.3. SVOJSTVA KERAMIKE

Današnje spoznaje o dentalnim materijalima, posebice o keramici vode do nove

moderne keramika koja obuhvaća daleko više od keramike na bazi silikata (1).

Mnoga svojstva keramičkih materijala su određena njihovom mikrostrukturom.

Ciljanim stvaranjem određenih mikrostruktura, što se još naziva i „krojenjem po

mjeri“ strukture, može se utjecati na mehanička i fizikalna svojstva i to u različitim

smjerovima. Mnoga svojstva keramičkih materijala su određena njihovom

mikrostrukturom.

STRUKTURA ↔ SVOJSTVA

14


Dobra svojstva keramičkih materijala:

- visoka tvrdoća

- visoka čvrstoća

- visoke dopuštene temperature primjene

- stabilnost oblika (specifična krutost)

- korozijska postojanost, otpornost na kemijske utjecaje bilo koje vrste

- otpornost na atmosferlije

- otpornost na trošenje

- visoka dobra električna izolacijska svojstva

- dielektrična i feroelektrična svojstva

- mala gustoća

- mala ili velika toplinska vodljivost.

Nedostaci keramike:

- mala žilavost – visoka krhkost

- niska otpornost toplinskom umoru (šoku)

- niska vlačna čvrstoća

- velika rasipanja vrijednost za svojstva

- visoki troškovi sirovina i postupka oblikovanja.

15


3. KOROZIJA

Korozija je nenamjerno razaranje konstrukcijskih materijala uzrokovano fizikalnim,

fizikalnokemijskim i biološkim agensima. Dolazi od latinske riječi corrodere, što

znači nagristi. Pod pojmom korozije podrazumijeva se reakcija

materijala sa njegovom okolinom, koja uzrokuje mjerljive ili vidljive

promjene materijala i može dovesti do korozijskog oštećenja (10).

3.1. KLASIFIKACIJA KOROZIJSKIH PROCESA

Prema materijalu koji korodira :

- korozija metala

- korozija nemetala (organski i anorganski) (Slika 7).

Mehanizam procesa, s obzirom na medij, možemo podijeliti na :

- kemijsku

- elektrokemijsku.

Geometrijski oblik korozijskog razaranja:

- opća korozija (zahvaća čitavu izloženu površinu materijala. Može biti

ravnomjerna i neravnomjerna)

- lokalna korozija (pjegasta, rupičasta, potpovršinska i kontaktna –

galvanska – bimetalna)

- selektivna korozija

- interkristalna korozija.

16


Slika 7. Klasifikacija korozijskih procesa (10)

3.2. KOROZIJA METALA I LEGURA

Korozija metala i legura s obzorom na mehanizam može biti kemijska i

elektrokemijska. Kemijska korozija zbiva se u neelektrolitima, tj., medijima koji ne

provode električnu struju. Brzina i tok kemijske korozije ovise o:

- metalu koji korodira (sastav, struktura i tekstura)

- agresivnosti okoline koja ga okružuje (sastav i koncentracija okoline)

- korozijskim produktima (fizikalna i kemijska svojstva produkata korozije)

- fizikalnim uvjetima (temperatura, hrapavost površine, naprezanja i napetosti)

- brzini gibanja okoline.

Elektrokemijska korozija metala i legura javlja se na metalima i legurama u dodiru s

elektrolitima kao što su voda i vodene otopine kiselina, lužina i soli, pri čemu se

17


odvijaju reakcije oksidacije i redukcije. Oksidacija je reakcija kojom neka tvar ili

skupina tvari (reducens) oslobađa elektrone, pri čemu nastaje druga tvar ili skupina

tvari. Redukcija je reakcija kojom neka tvar ili skupina tvari (oksidans) veže

elektrone, pri čemu nastaje druga tvar ili skupina tvari.

Procesi koji prate elektrokemijsku koroziju:

1. Anodni proces (oksidacija ili ionizacija metala):

- otapanje metala

- stvaranje elektrona

Me → Me2+ + 2e-

2. Katodni proces (redukcija H+ ili vodikova depolarizacija):

- trošenje elektrona

2H+ + 2e- → 2H → H2 ↑

2. Katodni proces (redukcija O2 ili kisikova depolarizacija):

O2 + 2 H2O + 4e- → 4OH-

18


3.3. KOROZIJA STAKLA

Osnovna strukturna jedinica silikatne keramike je SiO2, tetraedar koji može imati

kristalnu ili amorfnu strukturu (staklo) (Slika 8). Sinterirani izradak silikatne

keramike sadrži visoki udio amorfne faze.

Slika 8. Prikaz kristalne i amorfne strukture stakala (10)

Razlikuju se dvije faze korozijskog procesa koje se mogu pratiti odvojeno ili

zajedno. Prva faza je korozija u kapljevinama, uzrokovana vlagom. To se može

protumačiti kao ionska izmjena ili ekstrakcija (izluživanje) iona alkalija (Na+, K+) i/ili

iona zemnoalkalija (Ca2+, Mg2+). Ionska izmjena odvija se između iona alkalija i/ili

iona zemnoalkalija iz stakla i vodikovih iona (H+) iz korozivne otopine. Nakon

19


ekstrakcije (izlučivanja iona alkalija i/ili iona zemnoalkalija iz stakla na površini

stakla ostaje površinski sloj obogaćen sa sadržajem SiO2 (koloidni sloj silicijevog

gela). Pri tom koloidni sloj silicijevog gela ostaje na površini stakla, a ioni kalija i/ili

ioni zemnoalkalija odlaze u okolnu otopinu ili se nagomilavaju i koncentriraju na

površini stakla (Slika 9).

Slika 9. Reakcija selektivnog izluživanja (10)

Stvoreni sloj silicijoksidnog gela štiti površinu stakla od daljeg razaranja i ima

zaštitnu ulogu u odnosu na donje slojeve. PH vrijednost otopine signifikantno utječe

na korozijski proces, tj.rapidno smanjenje pH vrijednosti otopine može uzrokovati i

rapidno uništavanje površine stakla.

Druga faza korozije je proces destrukcije površinskog sloja stakla i to djelovanjem

lužnatih otopina. Staklo je kemijski postojano u mnogim kiselinama, ali je jako

20


osjetljivo na lužnate otopine i materijale, posebice na povećanje koncentracije OH-

iona i to pri pH vrijednosti otopine veće od 9. Rezultat djelovanja lužnatih otopina je

kidanje veze između silicija (Si) i kisika (O), koje vodi prema otapanju površine

stakla (kongruentno otapanje). Kongruentno otapanje karakterizirano je sa potpunim

otapanjem stakla koje nastupa nakon dugog vremena korozije. Kongruentno otapanje

je dominantan proces u lužnatim otopinama dok je ionska izmjena dominantan

mehanizam u većini kiselih otopina.

4. KOROZIJA KERAMIKE

Za razliku od metala keramički materijali se smatraju korozijski postojanim zato što

je brzina korozije znatno niža nego kod metala. Kemijska postojanost materijala

anorganskog podrijetla ovisi o:

- njihovom kemijskom i mineraloškom sastavu

- poroznosti

- strukturi

- svojstvima i sastavu agresivnog medija

- temperaturi

- tlaku

- brzini kretanja agresivnog medija (11,12).

21


Između grupa materijala (silikatna, oksidna i neoksidna keramika), kao i između

pojedinih materijala, postoje značajne razlike u reaktivnosti u uvjetima korozije, kao

i u korozijskoj postojanosti. Korozijska postojanost procjenjuje se i mjeri preko :

gubitka mase (debljine) i volumena

promjene mehaničkih i ostalih svojstava tijekom korozijskog

djelovanja

opažanja pojava površinskih oštećenja ili strukturnih promjena u

nutrini presjeka kao i na druge načine.

4.1. MEHANIZMI KOROZIJE KERAMIKE I STAKLA

Za karakterizaciju korozijskih procesa kod anorganskih materijala treba uzeti u obzir

sljedeće pojavne oblike korozije:

površinska korozija – korozija se odvija ravnomjerno

selektivna korozija – iz materijala se izlučuju lakše topljivi sastojci

točkasta korozija – mjesta napada su nesavršenosti na površini (nečistoće,

napukline, pore...)

interkristalna korozija −¿ korozija napreduje duž granica zrna (10).

22


Razlikuje se nekoliko kemijskih mehanizama korozije kristalnih i amorfnih

materijala:

- kongruentno otapanje uz jednostavnu disocijaciju

- kongruentno otapanje uz kemijsku disocijaciju s otapalom

- ingruentno otapanje uz nastajanje kristalne faze kao produkata reakcije

- ingruentno otapanje uz nastajanje amorfnih slojeva

- ionska izmjena.

4.1.1. KONGRUENTNO OTAPANJE UZ JEDNOSTAVNU DISOCIJACIJU

„Kongruentno“ znači da je odnos kemijskih elemenata konstituenata u otopini isti

kao u čvrstoj tvari koja se otapa. Reakcija je neovisna o pH vrijednosti. Kako se

kristal otapa površina kristalnih zrna se povlači (nije nužno ravnomjerno). Zaštitini

sloj se ne formira.

4.1.2. KONGRUENTNO OTAPANJE UZ KEMIJSKU DISOCIJACIJU S

OTAPALOM

Otapanje je kiselo-bazna reakcija ili reakcija hidrolize. Produkti kemijske reakcije

nisu čvrste tvari i povlačenje površine je bez formiranja površinskih slojeva. Ne

samo brzina reakcije već i reakcijski mehanizam mogu ovisiti o pH vrijednosti.

23


4.1.3. INGRUENTNO OTAPANJE UZ NASTAJANJE KRISTALNE FAZE

Tijekom inkongruentnog otapanja postoji reakcija originalne čvrste tvari s otopinom

uz formiranje nove čvrste faze različitog sastava. Koncentracija otopljene tvari ne

javlja se u istoj količini kao u izvornoj čvrstoj tvari. U svim slučajevima nalazi se

manje topljivi produkt reakcije koji se može i ne mora akumulirati na otopljenoj

površini formirajući sloj kao zaštitnu barijeru.

4.1.4. INGRUENTNO OTAPANJE UZ NASTAJANJE AMORFNIH SLOJEVA

Različite vrste reakcija javljaju se kod aluminosilikatnih materijala. Produkt reakcije

razlikuje se po kemijskom sastavu od polaznog keramičkog materijala. Na površini

aluminosilikatnog materijala nastaju parcijalno hidrolizirani i polimerizirani spojevi

silicija i aluminija. Produkt kemijske reakcije je često amorfne strukture i naziva se

„gel sloj“. Kemijski modificirana površina može ostati netaknuta.

4.1.5. IONSKA IZMJENA

Reakcije ionske izmjene su one u kojima se pokretni ioni izlučuju iz jako otpornog

osnovnog materijala ostavljajući osnovni materijal više manje netaknut. Nema oštre

granice između otapanja površine uz kontinuirano formiranje gel sloja i reakcija

ionske izmjene. Također je kao popratna reakcija prisutno i neznatno kongruentno

otapanje (Slika 10).

Slika 10. Ionska izmjena (10)

24


4.2. UTJECAJ KOROZIJE NA STRUKTURU KERAMIKE

Keramički materijali nisu inertni i u biološkim uvjetima stupaju u kemijske reakcije.

Oksidacija dovodi do strukturnih promjena materijala, poglavito u površinskom

sloju, te na granicama zrna, što ima utjecaj na mehanička svojstva (gustoća, toplinska

ekspanzija, toplinska i električna provodljivost). Usna šupljina je primjer korozivnog

medija, te zbog stalne promjene pH sline (hrana, piće, bolesti probavnog trakta) ovi

procesi mogu kompromitirati funkcijsku trajnost fiksnoprotetskog rada (13,14).

Uslijed toga dolazi do otpuštanja iona (15), gubitka mase (16) odnosno kemijske

degradacije površine nadomjestka što dovodi do promjene mehaničkih (čvrstoća)

(17) i estetskih svojstava te povećanja hrapavosti površine nadomjestka (18,19). Sve

te promjene dovode do sekundarnog poroziteta. Sekundarni porozitet slabi strukturu

keramike. Hrapavost površine keramičkih nadomjestaka može se kasnije odraziti na

trošenje antagonista i akumulaciju plaka. Postojanje plaka također oslabljuje

strukturu keramike uzrokujući kritičnu izmjenu iona na površini i povećava

osjetljivost keramike na buduće kemijske agense (13,14).

U keramičkom materijalu prisutan je primarni porozitet. Prilikom ponavljajućeg

opterećenje koje nazivamo cikličkim opterećivanjem dolazi do cikličkog zamora

materijala. Pod utjecajem biološkog korozivnog medija i ponavljaljućeg opterećenja

dolazi do nastanaka pukotine u materijalu. Pukotina s vremenom raste, kida

kovalentne i ionske veze unutar kristala i širi se u dubinu. Tako narušena struktura

rezultira promjenama mehaničkih svojstva, a može uzrokovati u konačnici i lomom

nadomjestka (Slika 11).

25


Slika 11. Puknuće keramičke krunice pod opterećenjem

(17)

Vjerojatno najvažnije svojstvo koje je pod utjecajem korozije je čvrstoća. Čvrstoća je

iznos naprezanja neposredno pred razaranje i proporcionalna je gustoći materijala.

Druga svojstva su također pod utjecajem korozije, ali općenito ne dovode do

neuspjeha, kao što je često slučaj sa promjenama čvrstoće. Smanjenje čvrstoće

keramike zbog utjecaja korozije pojavit će se kao posljedica:

- pucanja površinskog sloja zbog velike razike u termalnoj ekspanziji

površinskog i dubinskog sloja

- otapanja sekundarne faze pri visokoj temperaturi

- smanjenja viskoznosti u trećoj fazi nastajanja keramike

- površinskih pukotina koje nastaju zbog polimorfnih promjena u kristalnoj fazi

na površini materijala (Slika 12)

- porasta pukotina

26


Slika 12. Naprezanje u

keramičkom materijalu (17)

Sve navedene promjene poznate su pod imenom stres korozije, a događa se kada je

materijal u korozivnom mediju pod opetovanim mehaničkim opterećenjem. Pucanje

keramike pod dugotrajnim trajnim pritiskom, ispod razine kritičnog naprezanja,

naziva se statični zamor materijala. Korozija pak može i obrnuto i neočekivano

djelovati. Postoje mnogi slučajevi kada će njen utjecaj dovesti do porasta čvrstoće.

To se događa kao rezultat odlaganja korozijskih produkata u površinske pukotine

koje su prisutne u materijalu.

Na koroziju keramičkih materijala uvelike utječe količina staklene faze, jer upravo

staklena faza korodira. Naravno, ovaj podatak je bitan kod suvremenih oksidnih

keramika gdje je zastupljenost staklene faze vrlo mala ili je uopće nema. Oksidne

keramike i s ovog aspekta dobivaju na značaju u kliničkoj primjeni (20).

27


5. ZAKLJUČAK

Općenito se kemijska postojanost materijala ili korozijska otpornost definira kao

sposobnost materijala da se suprotstavi razaranju uslijed fizikalnih ili kemijskih

promjena izazvanih djelovanjem okolnog medija. Pored metala, korozivnom

razaranju podliježu nemetali (staklo i keramika) i tvari organskog podrijetla. Dok je

korozija kod metala elektrokemijski proces, njezinu veličinu kod keramike (kod

površinske i selektivne korozije), određuje topljivost materijala. Ključni faktori za

visoku otpornost na koroziju su kemijski sastav ili struktura, a svojstva materijala su

određena njegovom strukturom. Između grupa keramičkih materijala

(silikatna, oksidna i neoksidna keramika), kao i između pojedinih

materijala, postoje značajne razlike u ponašanju u uvjetima

korozije, kao i u korozijskoj postojanosti.

28


6. SAŽETAK

Keramički materijali nisu inertni. Njihova korozijska stabilnost ovisi o njihovom

sastavu, mikrostrukturi, izloženosti korozivnom mediju i tehnološkom postupku u

zubnom laboratoriju. Na koroziju keramičkih materijala uvelike utječe količina

staklene faze, jer upravo staklena faza korodira. Ovaj podatak je bitan kod

suvremenih oksidnih keramika gdje je zastupljenost staklene faze vrlo mala ili je

uopće nema. Korozija dovodi do sekundarnog poroziteta materijala koji dodatno

slabi već poroznu strukturu keramike te uzrokuje lom nadomjestka.

29


7. SUMMARY

Ceramic materials are not inert. Their corrosion stability depends on their

composition, microstructure, exposure to corrosive media and technological process

in dental laboratory. The corrosion of ceramic materials is greatly affected by the

amount of the glass phase, because only the glass phase corrodes. This information is

essential in modern oxide ceramics, where the presence of the glass phase is very

small, or not present at all. Corrosion leads to secondary porosity of the material,

which additionally weakens the already porous ceramic structure causing the fracture

of the substitute.

30


8. LITERATURA

1. Mehulić K. Keramički mateijali u stomatološkoj protetici. Zagreb: Školska

knjiga; 2010.

2. Ćurković L., [cited 2010 April 4 ]. Available from:

http://www.fsb.hr/zavod_za_materijale/download/

2d9c0275d1677874653a5e12d24c8b75.pdf

3. Kelly JR. Dental ceramics: current thinking and trends. Dent Clin N Am.

2004;48:513-30.

4. Anusavice KJ. Degradability of dental ceramics. Adv Dent Res. 1992;6:82-9.

5. Ćurković L, Rede V, Panjan P, Fudurić Jelača M, Lalić M. Mikrostruktura

toplinski nagrižene aluminij oksidne keramike. Kemija u Industriji.

2008;57(12)549-53.

6. Ćurković L, Fudurić-Jelača M, Kurajica S. Corrosion behavior of alumina

ceramics in aqueous HCL and H2SO4 solutions. Corrosion Science.

2008;50:872-8.

7. Wael A, Kassiani T, Stamouli A, Thomas G; Strub R. Fracture resistance of

different zirconium dioxide three-unit all-ceramic fixed partial dentures. Acta

Odontologica Scandinalica. 2007;65:14-21.

31

http://www.fsb.hr/zavod_za_materijale/download/2d9c0275d1677874653a5e12d24c8b75.pdf

http://www.fsb.hr/zavod_za_materijale/download/2d9c0275d1677874653a5e12d24c8b75.pdf


8. Guazzato M, Albakry M, Ringer SP, Swain MV. Strength, fracture toughness

and microstructure of a selection of all-ceramic materials. Part I. Pressable and

alumina glass-infiltrated ceramics. Dent Mater. 2004;20:441-8.

9. Cheung KC, Darvell BW. Sintering of dental porcelain: effect of time and

temperature on appearance and porosity. Dent Mater. 2002;18:163-73.

10. Čurković L., [cited 2010 April 4 ]. Available from:

http://www.fsb.hr/zavod_za_materijale/download/

1355a7df5d2bc1e31382434a65624b6a.pdf

11. Stefanović-Cerjan Š, Šiljeg M, Ćurković L, Živko-Babić J. Kemijska

degradacija dentalne keramike. Kem Ind. 2002;51(4):163-7.

12. Jakovac M. Kemijska postojanost dentalne keramike [Magistarski rad]

Zagreb: Stomatološki fakultet Sveučilišta u Zagrebu; 2003.

13. Milleding P, Carlen A, Wennerberg A, Karlsson S. Protein Characterisation of

salivary and plasma biofilms formed in vitro on non-corroded and corroded

dental ceramic materials. Biomaterials. 2001;22:2545-55.

14. Castellani D, Bechelli C, Tiscione E, lo Nostro L, Pierleoni PP. In vivo plaque

formation on cast ceramic (Dicor) and conventional ceramic. Int J

Prosthodont. 1996;9:459-65.

15. Jakovac M, Živko-Babić J, Ćurković L, Aurer A. Measurement of ion elution

from dental ceramics. J Europ Ceram Soc. 2006;26:1695-700.

32

http://www.fsb.hr/zavod_za_materijale/download/1355a7df5d2bc1e31382434a65624b6a.pdf

http://www.fsb.hr/zavod_za_materijale/download/1355a7df5d2bc1e31382434a65624b6a.pdf


16. Milleding P, Haraldsson C, Karlson S. Ion leaching from dental ceramics

during static in vitro corrosion testing. J Biomed Mater Res. 2002;61:541-50.

17. Esquivel-Upshaw JF, Chai J, Sansano S, Shonberg D. Resistance to Staining,

flexural Strength, and Chemical Solubility of Core Porcelains for All-Ceramic

Crown. Int J Prosthodont. 2001;14:284-8.

18. Martinez-Gomis J, Buzar J, Anglada JA, Samso J, Peraire M. Comparative

Evaluation of Four Finishing Systems on One Ceramic Surface. Int J

Prosthodont. 2003;16:744-77.

19. De Rijk WG, Jennings KA, Menis DL. A comparison of chemical durability

test solutions for dental porcelains. In: Sauer BW, editor. Biomechanical

engineering-recent developments. Proc Biomed Engineering Conf, New York:

Pergamon. 1985:152-5.

20. Milleding P, Wennerberg A, Alaeddin S, Karlsson S, Simon E. Surface

corrosion of dental ceramics in vitro. Biomaterials. 1999;20:733-46.

33


9. ŽIVOTOPIS

Nino Grgić rođen je 4.4.1986. u Bjelovaru, gdje završava osnovnu školu i Opću

gimnaziju. 2004.godine upisuje Stomatološki fakultet u Zagrebu i apsolvira u lipnju

2009. godine. Od stranih jezika aktivno se služi engleskim i pasivno njemačkim.

Trenira nogomet i plivanje. U slobodno vrijeme bavi se skijanjem i tenisom.

34

Documents

1 · Web viewU anglosaksonskim jezicima pojam „ceramics“ obuhvaća i staklo, emajl, staklokeramiku i anorganska vezivna sredstva (cement, vapno, gips) (1,2). Keramički materijali