Synthese von bioinspirierten, gradierten, kristallinen Li2Si2O5-Strukturen als dentale CAD/CAM-Glaskeramiken

• Antragstellerin: Dr. Julia Lubauer
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Zahnheilkunde; Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 546265228

Hier nutzen wir die gewonnenen Erkenntnisse über die mechanischen Prinzipien, die die Struktur-Eigenschafts-Beziehung in biologischen Strukturmaterialien bestimmen, z. B. die hierarchische Anordnung, das hohe Aspektverhältnis der mikrostrukturellen Elemente, die Ausrichtung der Mikrostruktur, die Gradientenorientierung usw., um sie auf die Herstellung von teilkristallisierten Gläsern mit naturähnlicherem Aufbau anzuwenden und entsprechende mechanische Verbesserungen zu erzielen. Dieses Projekt wird sich auf die Synthese und die Verarbeitungsparameter von Lithiumdisilikatgläsern konzentrieren, die eine Gradientenkristallinität aufweisen und für die Anwendung in der CAD/CAM-Bearbeitung geeignet sind. Insbesondere werden wir uns darauf konzentrieren, die Kristallisationsphase so zu gestalten, dass ein thermischer Gradient im Glasmonolithen erzeugt wird. Zu diesem Zweck werden wir uns auf zwei Strategien konzentrieren: die thermische Isolierung (TI) und die Kristallisation mit Hilfe elektrischer Felder (EF). Wir arbeiten an der Entwicklung eines Verfahrens zur thermischen Isolierung des Glases unter Verwendung von Schablonen mit geringer thermischer Diffusivität während der Keimbildung/Kristallisations-wärmebehandlungen, wodurch die Dichte der Keimbildung und des Kristallwachstums in Bezug auf die Richtung des thermischen Gradienten gesteuert wird. Zu diesem Zweck werden verschiedene Materialien und geometrische Iterationen von isolierenden Keramikschablonen untersucht, um unterschiedliche Wärmegradienten im vorgegossenen Glas zu erzeugen. Ebenso werden die Parameter der zweiten Glühbehandlung für das Kristallwachstum evaluiert, um das effektivste Programm zu ermitteln, das das mechanisch vielversprechendste Verhältnis von Kristallgröße und -ausdehnung sowie die Verzahnung der Mikrostruktur hervorruft. Parallel dazu werden wir den neuartigen, durch ein elektrisches Feld unterstützten Kristallisationsprozess entwickeln, um einen thermischen Gradienten innerhalb unserer Proben zu erreichen. Beide Strategien werden mit dem Feedback aus Finite-Elemente-Simulationen vernetzt. Das daraus resultierende Material soll einen doppelten Gradienten aus einem entmischtem Glas aufweisen, der in eine gradientenkristallisierte Glaskeramik übergeht. Vielversprechende Proben aus erfolgreichen Synthese-/Fertigungsprotokollen werden im Hinblick auf die Mikrostruktur, den Phasengehalt und die mechanischen Eigenschaften umfassend charakterisiert. Wichtige mechanische Eigenschaften wie Gradientenfestigkeit, Bruchzähigkeit und R-Kurven-Verhalten werden verwendet, um den Erfolg bei der Schaffung einer Gradientenarchitektur zu demonstrieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Brasilien
• Mitverantwortliche: Privatdozent Renan Belli, Ph.D.; Professorin Kerstin Galler, Ph.D.; Professor Dr.-Ing. Ulrich Lohbauer
• Kooperationspartner: Dr. João Vitor Campos