¿Qué es la Zirconia?
Zirconia es el nombre genérico del óxido de circonio, un óxido de circonio. Su fórmula química es ZrO2 y se clasifica como cerámica.
Tiene un punto de fusión y una resistencia al calor muy elevados, lo que la hace adecuada como materia prima para herramientas de corte y pulido y materiales refractarios. Algunos ejemplos conocidos son los materiales dentales y los cuchillos cerámicos.
Usos de la Zirconia
La zirconia tiene un alto punto de fusión y es resistente a la erosión química, por lo que resulta adecuada como material para herramientas de corte y pulido y materiales refractarios como crisoles y hornos. La zirconia también se utiliza para cuchillos de cerámica, por ejemplo, por su dureza, flexibilidad y resistencia.
Entre los materiales de zirconia, la zirconia tetragonal se utiliza como materia prima para cerámica y como bolas de molienda para componentes electrónicos. La zirconia tetragonal es pesada y menos abrasiva, por lo que es menos propensa a la contaminación.
La zirconia cúbica también es conductora de iones de oxígeno y se utiliza como membrana electrolítica sólida en pilas de combustible. Además, la zirconia parcialmente estabilizada, descrita a continuación, es adecuada como material dental.
Principios de la Zirconia
El circonio es un elemento de número atómico 40 y su óxido, el óxido de circonio, se denomina circonio y se clasifica como cerámica. Su fórmula química es ZrO2 y forma la estructura cristalina monoclínica más estable a temperatura ambiente, pero al aumentar la temperatura, la sustancia cambia secuencialmente a cristales tetragonales y cúbicos.
Propiedades de la Zirconia
La zirconia (ZrO2) tiene un punto de fusión de aproximadamente 2700 °C y presenta muchas características, como baja conductividad térmica, resistencia térmica, resistencia a la corrosión y alta resistencia. Por otro lado, la zirconia es propensa a la degradación debido a los cambios en su estructura cristalina y a los cambios de volumen provocados por los cambios de temperatura.
Óxidos como el óxido de itrio (Y2O3), el óxido de calcio (CaO), el óxido de cerio (CeO2) y el óxido de magnesio (MgO) son estabilizadores adecuados para la zirconia. La presencia estable de cristales cúbicos a temperatura ambiente se consigue añadiendo y reaccionando con estos óxidos y dejando que se disuelvan sólidamente en la estructura cristalina. La zirconia con cristales cúbicos estables a temperatura ambiente se denomina zirconia estabilizada o zirconia parcialmente estabilizada.
1. Zirconia Estabilizada
La zirconia estabilizada es un buen conductor de iones de oxígeno a altas temperaturas debido a su elevada red de vacantes de oxígeno. También es químicamente estable, por lo que se está investigando como material base de solidificación para residuos con alto contenido en TRU.
2. Zirconia Parcialmente Estabilizada
La zirconia parcialmente estabilizada se fabrica generalmente con menos óxido que la estabilizada. El resultado son cristales monoclínicos o tetragonales parcialmente dispersos. Esta zirconia parcialmente estabilizada es ampliamente conocida como material de alta resistencia y dureza.
Más Información sobre la Zirconia
1. Aplicaciones Dentales de la Cerámica de la Zirconia
La zirconia parcialmente estabilizada con 3 mol% de óxido de itrio se utiliza como material dental como Y-TZP (policristal de zirconia tetragonal), que tiene casi un 100% de cristales tetragonales a temperatura ambiente. La zirconia es un material muy duro, lo que hace que sea menos trabajable cuando está totalmente sinterizado.
Por este motivo, los productos de zirconia utilizados en aplicaciones dentales suelen fabricarse cortando bloques en estado semisinterizado, que es relativamente fácil de procesar, y sinterizándolos a continuación.
Cuando los materiales cerámicos, entre los que se incluyen las cerámicas de óxido de circonio, se utilizan en aplicaciones dentales, deben cumplir las propiedades físicas básicas especificadas.
2. Métodos de Producción de la Zirconia
Existen dos métodos principales de producción de zirconia: el refinado en húmedo y el refinado en seco. Ambos utilizan como materia prima minerales de circonio como el circón y la haddelita. El primer proceso del método de refinado en húmedo consiste en fundir los minerales seleccionados en sosa cáustica, seguido de su descomposición y concentración con ácido clorhídrico. Tras otros procesos como el lavado y la filtración, el hidróxido de circonio resultante se calcina y se muele para producir polvo de zirconia. En el proceso de refinado en seco, en cambio, la zirconia pura se produce triturando el mineral para eliminar las impurezas, seguido de un beneficiado repetido.
3. Diferencia entre la Zirconia y los Metales
La diferencia entre la zirconia y los metales es que la zirconia es un óxido de metal de circonio, que es una cerámica debido a los enlaces covalentes que son más fuertes que los enlaces metálicos. Esto hace que el circonio sea superior a los metales en varios aspectos
- Resistencia a la Corrosión
Los metales tienden a combinarse con elementos corrosivos del entorno, como el oxígeno y el azufre, y se corroen con relativa facilidad, mientras que el circonio prácticamente no se corroe. - Gran Dureza y Resistencia al Calor
El circonio está formado por enlaces covalentes que son más fuertes que los enlaces metálicos, lo que lo hace extremadamente duro, tenaz y difícil de deformar, y su elevado punto de fusión de 1.855°C también lo hace altamente resistente al calor.
Por otro lado, a diferencia de los metales, casi no tiene ductilidad y no se estira, por lo que es vulnerable a los impactos fuertes, y en algunos casos puede agrietarse.
4. Diferencias entre la Cerámica de Zirconia y la de Sílice
La zirconia se ha utilizado mucho en odontología en los últimos años, como ya se ha mencionado, debido a su dureza, flexibilidad y propiedades anticorrosivas en comparación con los metales. Además de los metales, otros materiales que se han utilizado para aplicaciones dentales son las cerámicas a base de sílice. Sin embargo, el inconveniente de las cerámicas a base de sílice es que, a pesar de su dureza en comparación con los dientes reales, son propensas a fracturarse.
La zirconia es tan dura que se la denomina diamante artificial, y su dureza es diez veces superior a la de la cerámica convencional, lo que la hace extremadamente duradera. Además, es de color blanco y estéticamente agradable, por lo que puede utilizarse no sólo para los dientes posteriores, sino que últimamente también se está extendiendo su uso para los dientes anteriores.
5. Desventajas de la Zirconia en Aplicaciones Dentales
Aunque la zirconia dental es de color blanco y estética, su baja transparencia en comparación con las cerámicas de sílice y la falta de variación de color se han considerado desventajas. Recientemente, sin embargo, el número de variaciones ha aumentado y la zirconia se está utilizando para dientes anteriores en aplicaciones dentales en las que se requiere un alto nivel de estética.
Sin embargo, la zirconia es extremadamente dura, unas 10 veces más que la cerámica, y si se ajusta mal la mordida, puede afeitar los dientes contra los que se utiliza, lo cual es una desventaja que hay que mejorar. Otra desventaja es que la elevada dureza del óxido de circonio dificulta su procesamiento, por lo que a los dentistas les resulta difícil darle forma manualmente, y como básicamente se moldea a máquina por ordenador, es menos preciso que la cerámica.
Por último, otra desventaja es el elevado coste del tratamiento. Esto se debe al elevado precio de la propia zirconia de alta calidad que se utiliza en odontología y al hecho de que el tratamiento no está cubierto por el seguro, pero éste es un punto que debería mejorarse en el futuro.