Nel campo biomedico, per i restauri protesici, il materiale ritenuto più performante per le sue caratteristiche è l'OSSIDO di ZIRCONIO (ZrO2), comunemente detto ZIRCONIA.
E' un ossido ceramico metal-free, da non confondersi con lo Zirconio (Zr) che invece è un metallo.
L'Ossido di Zirconio ZrO2 si ricava dal minerale di Silicato di Zirconio (giacimenti situati in Australia, Russia, Stati Uniti, Brasile, India e Sud Africa) o dalla Baddeleyte (giacimenti prevalentemente in Sud Africa e Sri Lanka).
CARATTERISTICHE
L'OSSIDO DI ZIRCONIO ha la caratteristica di essere una sostanza polimorfa, ossia ha la capacità di modificare la propria struttura cristallina mantenendo la composizione chimica originaria.
A pressione atmosferica la Zirconia presenta tre fasi polimorfe:
- Monoclina
- Tetragonale
- Cubica
1.
A temperatura ambiente fino a 1170°C la struttura cristallina è MONOCLINA.
2.
Da 1170°C a 2370°C la struttura cristallina si trasforma in TETRAGONALE.
Il volume ha con contrazione del 5% ca.
3.
Oltre 2370°C la struttura cristallina diventa CUBICA.
MICROCRACKING
Le trasformazioni di fase sono reversibili e influenzano le prestazioni del materiale che nella fase monoclina e cubica sono modeste, mentre diventano molto interessanti nella fase tetragonale.
La trasformazione tetragonale-monoclina è di tipo martensitico: durante il raffreddamento la struttura tetragonale si trasforma in monoclina con espansione di volume dal 3% al 5% e che eccede il limite elastico, causando microcracking nella struttura.
Questo meccanismo, che potrebbe sembrare negativo per le prestazioni del materiale, è invece utile per aumentare sia la resistenza che la tenacità.
Infatti se sotto carico si formano fessure nella ceramica, nelle immediate vicinanze i cristalli di Zirconia si trasformano nella struttura monoclina. Le tensioni di pressione, dovute all’espansione del materiale che si creano in prossimità della fessura, agiscono contro la propagazione della stessa.
Queste “funzioni di blocco della fessura” determinano elevati valori di resistenza e tenacità a rottura.
E’ possibile mantenere la fase tetragonale alla temperatura ambiente mediante stabilizzazione parziale dello Zirconio con l’aggiunta di 3-6% di Ossido di Magnesio (MgO), Ossido d'Yttrio (Y2O3), Ossido di Calcio (CaO) e Ossido di Cerio (Ce2O3).