مع تطور الاتصالات الإلكترونية وتحسن مستويات المعيشة، زركونيا ملونة يُستخدم السيراميك على نطاق واسع في الحياة اليومية. وهو مفضل لتوافقه الحيوي، ولمعانه المعدني الممتاز، وخواصه الميكانيكية القوية. تشمل تطبيقاته ترميمات الأسنان، والمجوهرات، والأجهزة الذكية المحمولة. ومع ذلك، فإن إضافة اللون إلى الزركونيا ليست بالمهمة السهلة.
تحضير أكسيد الزركونيوم الملون
حاليًا، يتميز الزركونيا الملون المتوفر في السوق بألوان متنوعة نتيجة إضافة عناصر أرضية نادرة ومعادن وأكاسيد مختلفة. تكمن صعوبة تحضير الزركونيا الملون في أن درجة حرارة تلبيده تتراوح عادةً بين 1550 و1650 درجة مئوية. عند درجات الحرارة المرتفعة، تتحلل أو تتبخر العديد من الملونات أو عوامل التلوين، مما يفقدها فعاليتها. لذلك، يصعب إنتاج سيراميك زركونيا بألوان زاهية بمجرد إضافة الملونات أو الأصباغ. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤثر تحلل الملونات على كثافة المنتجات الخزفية، مما يقلل بشكل كبير من متانة المادة الخزفية ويؤثر على جودة المنتج النهائي. ونتيجة لذلك، يُعد تحضير السيراميك الملون وتطوير أنواع جديدة من الألوان من الاهتمامات الرئيسية في هذه الصناعة. يتمتع السيراميك غير السام ذي الألوان الزاهية والخصائص الميكانيكية الجيدة بآفاق استخدام واسعة جدًا في السوق.
"المفتاح" للسيراميك الملون: التحكم في المسحوق وتقنية التلبيد
مراقبة جودة المسحوق هي المفتاح
يهدف تحضير الزركونيا الملونة أساسًا إلى توزيع الملون بالتساوي في مصفوفة الزركونيا. بالنسبة للسيراميك المركب، وخاصةً سيراميك النانو المركب، نظرًا لصغر حجمه، حجم الجسيمات بسبب وجود جزيئات ملونة ومصفوفة الزركونيا، ومساحة سطحية نوعية كبيرة، وقوى جذب كهروستاتيكية كبيرة وقوة فان دير فالس بين الجزيئات، تكون جزيئات الملونة وجسيمات مصفوفة الزركونيا عرضة للتكتل. هذه الظاهرة لا تؤدي فقط إلى تفاوت لون سيراميك النانو المركب، بل تؤثر أيضًا على خصائصه الميكانيكية.
إذن، كيف يُمكن توزيع جزيئات الملون بالتساوي في مصفوفة الزركونيا وتحضير سيراميك زركونيا ملون بخصائص ميكانيكية ولونية ممتازة؟ يكمن السر في إمكانية التغلب على التكتل بين جزيئات المسحوق. ولتحضير سيراميك زركونيا بأداء جيد وألوان متنوعة، من الضروري إيجاد طريقة توزيع مناسبة. ومن الطرق الشائعة الاستخدام ما يلي:
طريقة خلط الطور الصلب
هذه الطريقة هي الأكثر استخدامًا في الصناعة لتحضير سيراميك الزركونيا الملون. تُخلط جزيئات الأكسيد، مثل الملونات والمعادن، وتُستخدم في... مطحنة الكرةتم معالجتها باستخدام مساحيق نانوية مستقرة من الزركونيا وفقًا لمعايير معينة المواد الكيميائية نسبة. تُنقّى حبيبات الجسيمات الصلبة في هذه العملية. تحدث شقوق دقيقة، وتشوهات شبكية، وزيادة في طاقة السطح، مما يُسهّل التفاعلات الكيميائية منخفضة الحرارة. تتميز هذه الطريقة ببساطتها، وانخفاض تكلفتها، وسهولة تشغيلها، وسهولة تصنيعها. ومع ذلك، لا تستطيع هذه الطريقة التغلب على مشكلة تكتل الجسيمات النانوية.
طريقة الترسيب الكيميائي المشترك
طريقة الترسيب الكيميائي المشترك: تستخدم هذه الطريقة ملح الزركونيوم، وملح التثبيت، ومحلول ملح أيوني ملون، لخلطه وتفاعله مع قلوي أو كربونات لتكوين ترسيب هيدروكسيد أو كربونات. بعد ذلك، يُسخّن ويُفكك للحصول على مسحوق أكسيد الزركونيوم المركب. هذه العملية معقدة نسبيًا، لكن المسحوق الناتج يتميز بنقاء عالٍ وأداء ممتاز. في الوقت نفسه، عند استخدام طريقة الترسيب الكيميائي، يجب الانتباه إلى مشكلة تكوين تكتلات صلبة.
طريقة الترسيب الكيميائي المشترك
تستخدم هذه الطريقة ملح الزركونيوم، وملح التثبيت، ومحلول ملح أيوني ملون، لخلطه وتفاعله مع قلوي أو كربونات لتكوين ترسب هيدروكسيد أو كربونات. بعد ذلك، يُسخّن ويُفكك للحصول على مسحوق أكسيد الزركونيوم المركب. هذه العملية معقدة نسبيًا، لكن المسحوق الناتج يتميز بنقاء عالٍ وأداء ممتاز. في الوقت نفسه، عند استخدام طريقة الترسيب الكيميائي، يجب الانتباه إلى مشكلة تكوين تكتلات صلبة.
طريقة التلبيد
بالإضافة إلى طرق التحضير المختلفة التي تؤثر على أداء مسحوق الزركونياتؤثر طريقة التلبيد أيضًا على أداء ولون سيراميك الزركونيا الملون. ومع التطور التكنولوجي والتخصصي، ظهرت العديد من طرق التلبيد الجديدة بالإضافة إلى طريقة التلبيد التقليدية:
طريقة التلبيد بالبلازما التفريغية
أجرى الباحثون اختبارات. عند تحضير عملية التلبيد البلازمي بالتفريغ، تؤثر درجة حرارة التلبيد بشكل كبير على متانة سيراميك الزركونيا، يليها زمن التلبيد. أفضل درجة حرارة تلبيد هي 1400 درجة مئوية، وأفضل زمن تلبيد هو 5 دقائق. يتميز سيراميك الزركونيا المُلبَّد بهذه الطريقة بصلابة عالية ومقاومة عالية للكسر.
التلبيد بالميكروويف
تتميز عملية التلبيد بالموجات الدقيقة بمزايا لا تُضاهى مقارنةً بطرق التلبيد التقليدية، وهي طريقة تسخين شاملة. تُحوّل المادة طاقة الموجات الدقيقة المُمتصة إلى طاقة حركية وطاقة حرارية بين الجزيئات لتحقيق تسخين المادة ككل. يكون التدرج الحراري داخل المادة صغيرًا، لذا نادرًا ما يُسبب تشققًا بسبب التسخين غير المتساوي. تتميز الزركونيا المُحضرة بهذه الطريقة بخصائص فيزيائية أفضل.
خاتمة
لتلبية الطلب على سيراميك الزركونيا الملون بألوانه المتنوعة وأدائه المستقر وعملياته الصديقة للبيئة، طوّر باحثون حول العالم أكثر من اثني عشر نوعًا. لا تتميز هذه الزركونيا الملونة بمظهرها الجمالي الرائع فحسب، بل تتميز أيضًا بتوافق حيوي ممتاز، ومقاومة عالية للتآكل، وقوة ميكانيكية عالية. وهي مناسبة للتطبيقات الطبية، وصناعة المجوهرات، والإلكترونيات. ويعمل المطورون باستمرار على تحسين عمليات التحضير، واستكشاف تقنيات خضراء جديدة لتقليل استهلاك الموارد والتأثير البيئي. مسحوق إبيكمعداتها، مثل مطاحن الكرات، المصنفات، و تعديل السطح توفر هذه الأجهزة دعمًا فنيًا قويًا لإنتاج زركونيا ملونة عالية الأداء. ومع تطور هذه التقنيات، ستتوسع آفاق سوق سيراميك الزركونيا الملونة في الصناعات التحويلية عالية الجودة، مما يجعلها مادة مبتكرة تحظى بشعبية كبيرة.