MECHANICAL AND BIOLOGICAL PROPERTIES OF ALUMINA AND TITANIA CO-DOPED ZIRCONIA CERAMICS
Date
2017-01-07
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Zirconia-based ceramics have generated considerable interests in the dental
community as restorative dental materials due to their superb mechanical and
chemical properties, biocompatibilty, and aesthetic characteristics.
This study was to produce 3Y-TZP ceramics by adding titania and alumina as a
dopant. Various amounts (ranging from 0 to 2 wt%) of TiO2 and Al2O3 were mono
and co-doped to tetragonal zirconia ceramic containing 3 mol% yttria (3Y-TZP) by
mechanical ball milling. The shaped samples were pressureless sintered at 1350,
1450 and 1550 °C for 2 hrs. Density, hardness, fracture toughness, and cell
attachment of the co-doped 3Y-TZP ceramics were measured with respect to dopant
addition. The mechanical property was determined using the method of Vickers
indentation after sintering. XRD was operated to examine the crystalline phases in
the titania and/or alumina-added zirconia ceramics. SEM was used for analysis of
grain size and surface morphology. The results show that density decreased gradually
as the amount of dopant was increased. The mechanical properties showed the
maximum value when 0.5 wt% TiO2 and 1.0 wt% Al2O3 were co-doped to 3Y-TZP.
Crystalline phase formation and microstructural morphology were investigated by
XRD and SEM analyses to explain the variations in the properties. Co-doping of
TiO2 and Al2O3 to 3Y-TZP did not have an influence on the phases present, but
decreased the grain size. The co-doping also affected the cell attachment and the
growth on the surface of the zirconia ceramics.
Description
ÖZ: Günümüzde daha doğala yakın göründüğünden dolayı zirkonya diş hekimliğinde
oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca, zirkonya‟nın yüksek sertliği ve
kırılma tokluğu, biyolojik uyumluluğu ve estetik görünümü sebebiyle de en çok
tercih edilen seramik malzemelerin arasında yer alır.
Bu çalışmada, mekanik öğütme yöntemi ile katkı maddeleri farklı oranlarda (0 ve %
2.0) % 3 mol yttria (Y2O3) içeren zirkonya içerisine sırasıyla katılmıştır.
Şekillendirilen numuneler sırasıyla 1350, 1450 ve 1550 °C‟ de 2 saat süresince
sinterlenmiş olup, katkı maddelerinin etkilerini gözlemlemek için yoğunluk, sertlik,
kırılma tokluğu ve hücre tutunma oranı hesaplanmıştır. Sertlik ve kırılma tokluğu
hesapları için Vicker‟s sertlik yöntemi kullanılmıştır. X Ray Kırınım Yöntemi (XRD)
ile yalnızca titanya içeren ve hem titanya hem de alumina içeren numunelerin kristal
faz analizleri yapılmıştır. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) kullanılarak
numunelerin tane boyutları hesaplanmıştır ve yüzey morfolojisi incelenmiştir. Deney
sonuçlarına göre katkı malzemelerinin oranı arttıkça, yoğunluğun düştüğü
görülmüştür. Mekanik özellikler göz önünde bulundurulduğunda en yüksek sertlik ve
tokluk değerleri % 0.5 TiO2 ve % 1.0 Al2O3 numunelerinde elde edilmiştir. Titanya
ve aluminanın zirkonya içerisine katılması faz değişimine sebep olmamıştır ancak
tane boyutunu küçültmüştür. Ayrıca, katkı maddeleri numune yüzeyine hücrelerin
tutunmasını ve büyümesini de olumlu yönde etkilemiştir.
Keywords
metallurgical and materials engineering