(6/1) -- 氧化鋯燒結爐篇第一章 --
為什麼我的氧化鋯燒不熟，甚至有黃綠色的汙染?
根據統計報告指出每年大約有5000-7000台氧化鋯燒結爐被生產出來用於牙科氧化鋯燒結，應用在牙科用氧化鋯燒結屬於高溫燒結，通常溫度會超過1400-1450度，在燒結爐內部提供高溫的加熱元件我們稱之為加熱棒，常用的加熱棒我們又大致上分為兩類:碳化矽(SiC)、二矽化鉬(MoSi₂)兩種，本文內容會探討二矽化鉬的加熱棒燒結爐中發生的問題及解決辦法。
從經驗上來看，加熱棒升溫的功率下降或爐腔內部的汙染會容易造成氧化鋯在燒結後出現不完全燒結的情況；氧化鋯不完全燒結也存在一些其他的影響因素，例如外部供電問題、感溫棒上的問題、爐腔溫度流失問題......等問題。氧化鋯燒結爐爐腔內部的高溫材料及氧化鋯粉末容易在燒結過程中沾附在我們的二矽化鉬加熱棒的表面，慢慢的影響燒結時的功率並對燒結成品造成汙染，情況嚴重時甚至會造成二矽化鉬加熱棒的表面層剝落；除此之外對爐腔內部最大的污染來源就是氧化鋯的前染色液了，過多的氧化鋯前染色液體揮發後的氣體，容易在二矽化鉬加熱棒上端導電源附近與高溫隔熱材接觸區域產生堆積，過多的染液堆積會造成升溫過程電阻增大而造成電流有所改變，最直接的影響也就是改變了爐腔內的燒結溫度，導致我們的成品氧化鋯呈現未完全燒結的狀態，這往往也是造成加熱元件斷裂的主要原因之一。(如何避免及解決方案可以參考本文後續QA中之解決辦法) |
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通常來說氧化鋯成品在燒結過後的被汙染導致變色問題，大部分原因會來自於加熱棒元件內的氧化物釋出影響，將全部汙染源歸咎於鉬的汙染，其中三氧化鉬(MoO3 )是最主要容易在400-600度時從二矽化鉬加熱棒中釋放，不過這樣的說法卻不盡然是完全正確的，如果不是三氧化鉬的污染，那又會是甚麼物質造成的污染呢?白鋯燒起來帶有黃綠色? 這種問題比較容易發生在二矽化鉬的氧化鋯燒結爐上，早期推出的二矽化鉬加熱棒又比較容易造成這樣的問題，一般常見的加熱棒元件通常會在表層形成二氧化矽(SiO2 )表層，不過在使用一段時間後，原先在加熱棒表面上的亮面矽保護層會開始剝落和變質，當二氧化矽層開始變得太薄或加熱棒的表面出現了破裂的情形，開始無法阻絕加熱棒中的氧化物進入並汙染我們的氧化鋯，造成氧化鋯的成品出現變色的問題。而加熱棒中哪些氧化物成分會容易造成變色問題呢?
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德國加熱棒廠商做了測試來檢驗各種成分在燒結過程中對氧化鋯變色的影響程度(如左圖)，在各種氧化物中混上酒精並燒結，各項發現會影響變色的氧化物有三氧化二鉻(Cr2O3 )、氧化鐵(Fe2O3) 、二氧化矽(SIO2)、三氧化鉬(MoO3 )、氧化鎂(MgO)......等，其中最為明顯的氧化物成分是氧化鐵、氧化鎂和氧化鉻，在這項實現中有趣的是發現了氧化鉬對於氧化鋯變色的影響程度，並沒有明顯的影響。新型的二矽化鉬加熱棒大幅降低了氧化鐵和氧化鉻的成分，因此新型的加熱棒能夠擁有更穩定的燒結，較不容易對我們的氧化鋯成品造成汙染，如左圖3所示MolyCom-Hyper 和MolyCom-Hyper Super Clean兩種新款的加熱棒，在原料製程中減少可能造成變色汙染的元素成分，實際在不同的燒結溫度下都確實能達到減少變色的情形。
二矽化鉬的加熱棒通常會較碳化矽型的加熱棒更耐用3-5倍左右，為了在加熱棒的工作壽命內達到更穩定的燒結品質，新型的加熱棒元件在大幅減少容易造成汙染的氧化物成分元素(如上圖)，以達到減少在二氧化矽上層消失後氧化物的汙染，延長加熱棒的使用工作壽命。
參考文獻: Discoloration free sintering with high purity MoSi2 heating elements 定期的清潔和保養燒結爐可以怎麼做?不同種的燒結爐有何差異?如何選購燒結爐?......上允分享文章將於週二週四定期更新，期待下期分享文章。 -- 氧化鋯燒結爐篇第二章 --
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