ZrO2-Si3N4 Seramiklerinin Üretimi ve Karakterizasyonu

Creative Commons License

Ekşi S., Topateş G.

Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, cilt.14, sa.1, ss.69-76, 2026 (TRDizin)

Özet

İtriya stabilize tetragonal zirkonya polikristali (Y-TZP); üstün mekanik özellikleri, estetik açıdan hoş görünümü, plak birikimine düşük eğilimi ve mükemmel biyouyumluluğu nedeniyle diş ile ilgili uygulamalarda kullanılmaktadır. Fakat zirkonyanın, diş ile ilgili uygulamalarda düşük sıcaklık bozunumu ve radyoopak özelliği ile ilgili bazı dezavantajları vardır. Bu çalışmada, silisyum nitrürün (Si3N4) faydalı özellikleri olan antibakteriyel davranışı, radyo dalgalarına karşı kısmi geçirgenlik, sulu ortamdaki kararlılığı ile zirkonyanın faydalı özellikleri olan üstün mekanik özellikleri ve görünür bölgedeki yarı saydamlığını birleştirerek bu dezavantajların üstesinden gelmek için çalışılmıştır. ZrO₂-Si₃N₄ seramikleri (Si₃N₄ içeriği ağırlıkça %0-20 aralığında değişmektedir.) 1500°C'de azot atmosferi altında üretilmiştir. Si₃N₄ miktarının artması yoğunlaşmayı engellemiş ve yığınsal yoğunluk aşamalı olarak azalmıştır. Yoğunluk değerleri, %5 ve %20 Si₃N₄ içeren numunelerde sırasıyla 5,66’dan 3,68 g/cm³’e düşmüştür. X-ışınları kırınım (XRD) yöntemi ile numunelerin faz içerikleri belirlenmiştir. Tüm numunelerde başlıca faz t-ZrO₂ (tetragonal zirkonya) olarak belirlenmiş, düşük sinterleme sıcaklığı nedeniyle Si₃N₄ ise α formunda tespit edilmiştir. ZrO₂’de belirli 2θ değerlerinde görülen pik birleşmeleri, c-ZrO₂ (kübik zirkonya) varlığına işaret etmektedir. Numunelerin iç yapısı ise taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Si₃N₄ ilavesiyle oluşan gözeneklilik SEM ile de gösterilmiştir. Sertlik ve kırılma tokluğu ise Vickers sertlik testi ile karakterize edilmiştir. Si₃N₄ miktarındaki artışa bağlı olarak sertlik ve kırılma tokluğunda düşüş görülmüştür.
Yttria stabilized tetragonal zirconia polycrystal (Y-TZP) has been used in dental applications because of its superior mechanical properties, aesthetically pleasing appearance, low tendency to plaque accumulation and excellent biocompatibility. However, there are some drawbacks of zirconia which are related to low temperature degradation and its radiopaque property. In this study, to overcome these drawbacks by combining of beneficial properties of silicon nitride that is its antibacterial behavior, partial radiolucency, stability in aqueous environment and those of zirconia which are superior mechanical properties and translucency in visible region were studied. ZrO2-Si3N4 ceramics (Si3N4 content varies between 0-20 wt.%.) were produced 1500°C under a nitrogen atmosphere. As the amount of Si3N4 in ZrO2 was increased, densification was inhibited and the bulk density decreased gradually. The density values decreased from 5.66 to 3.68 g/cm3 for the samples containing 5 and 20 wt.% Si3N4. Phase content of samples was determined by X- ray diffraction (XRD) technique. The major phase found in all samples was t-ZrO2, Si3N4 was detected in α-form due to low sintering temperature. Peak merging in specific 2θ values in ZrO2 shows the presence of c-ZrO2. Microstructure of samples was analyzed by scanning electron microscopy (SEM). The porosity formed with Si3N4 addition was also determined by SEM. Hardness and fracture toughness values of samples were characterized by Vickers hardness test. Hardness and fracture toughness also decreased against the increasing amount of Si3N4.