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Artificial bone replacement by individual customized three-dimensional resorbable bioactive glass has not yet been widely established in the clinical use. This is mainly due to the antagonism of sintering ability and suitable bioactivity. Competitive crystallization often prevents the generation of dense sintered bodies, especially for additive manufactured 3D structures. Previous studies of the fluoride-containing glass F3 have shown its potential to combine both sintering ability and suitable bioactivity. Furthermore, the occurring sintering blockade by surface crystallization of Na2CaSi2O6 was tunable by glass particle size.
In this study the glasses F3, F3-Cu with 1 mol% CuO added at the expense of CaO and the well-known 13-93 were chosen to determine the influence of surface crystallization on 3D printed sinter bodies. For this purpose, grain size fractions in range of smaller 32 µm to 315 µm in fraction size of 6-20 µm were sieved from jaw crushed glass frit as well as glass cubes were cut from casted blocks for all glasses. Sintering behavior of both pressed and printed powder compacts was observed via heating microscopy. Crystallization was determined by DTA and crystallization progress was monitored on fractured sinter bodies and polished cubes via electron and laser scanning microscopy as well as with diffractometry.
Depending on grain size the formation of crystalline support framework along former grain boundaries shows the capability to stabilize fully densified sinter bodies before softening. Beside of this, the generation of complex hierarchic porosity was possible as well.
Um die Langzeitbeständigkeit von Hochtemperatur-Festoxidbrennstoffzellen (SOFC) sicherzustellen, ist das grundlegende Verständnis der viskosen Schließung oder Heilung von Rissen, als Folge wechselnder thermischer oder mechanischer Belastung, in Gläsern und teilkristallinen Materialien ein entscheidender Faktor. In Glas ist die Rissheilung hauptsächlich durch viskoses Fließen bestimmt. In teilkristallinen Schmelzen bewirkt der kristalline Volumenanteil die Erhöhung der effektiven Viskosität. Um die Auswirkungen des kristallinen Volumenanteils auf die Rissheilung zu ergründen, wurden Glasmatrixkomposite mit variierten inerten kristallinen Fülleranteilen, die während der Wärme-behandlung konstant blieben, hergestellt. Verwendet wurde ein kristallisationsträges Natrium-Calcium-Silicatglas und ZrO2 als inerter Füller. Komplexe, reproduzierbare Rissstrukturen wurden durch Vickers-Eindrücke erzeugt und die viskose Rissschließung während isothermer Wärmebehandlungs-schritte mittels Laser-Scanning-Mikroskopie verfolgt. Die Untersuchungen zeigen, dass, verglichen zum füllerfreien Glas, der kristalline Phasenanteil die effektive Viskosität erhöht und dadurch großräumiges Fließen verlangsamt. Dies verzögert das Aufweiten der Risse. Dieser Effekt erschwert die Rissverkürzung und führt oftmals zu großen gerundeten Kavitäten und dadurch zu einer verzögerten Rissschließung. Wird dieses Aufweiten verringert, ist zunächst ein lokales viskoses Fließen der Restglasphase weiterhin gegeben, sodass sich die Risse sogar schneller schließen. Für kristalline Anteile > 27 Vol% bildet sich dann ein stabiles Perkolationsgerüst aus, das die weitere Rissschließung auch lokal unterbindet. Nur innerhalb größerer glasiger Bereiche ist hierbei noch eine Rissschließung zu beobachten. Ein Optimum der Risslängenverkürzung konnte bei 17 Vol% beobachtet werden.