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Femtosekundenlaserbearbeitung tetragonalen Zirconiumdioxids zur Mikrostrukturierung und Erzeugung von Nanopartikeln
Tetragonales Zirconiumdioxid wird aufgrund seiner Biokompatibilität und mechanischen Eigenschaften für Implantate verwendet, die starken Beanspruchungen ausgesetzt sind. Alle konventionellen Bearbeitungsverfahren, auch unter Verwendung von Lasern bis in den Nanosekundenbereich, gehen jedoch mit Qualitätseinbußen am Endprodukt einher. Femtosekundenlaser dagegen ermöglichen einen präzisen schädigungsarmen Materialabtrag. Die Produktivität des Verfahrens wird an drei Anwendungsfeldern untersucht: der Mikrostrukturierung von Oberflächen, dem Ausschneiden von Materialblöcken sowie der Erzeugung von Nanopartikeln in Flüssigkeiten. Für jeden dieser Bereiche werden optimale Prozessbedingungen und Bearbeitungsparameter bestimmt. Erstmals demonstrieren und untersucht wird unter anderem die Erzeugung stabiler Zirconiumdioxidnanopartikeln durch Femtosekundenlaserabtrag in Flüssigkeiten. Anwendungsschwerpunkt der untersuchten Verfahren ist die Mikrostukturierung der Innenfläche von Zahnkronen: Durch lasererzeugten Gräben wird die Verklebung zwischen Probekörpern und einem Dentalbefestigungszement nachweislich verbessert. Due to ist biocompatibility and mechanical properties, tetragonal zirconia is used for implants that are subject to strong operational demands. However, all conventional machining tools, including lasers with pulse durations down to the nanosecond regime, cause quality losses of the final product. Femosecond lasers allow to process material precisely and with low damage. The productivity is investigated at three application fields: microstructuring of surfaces, cutting removal of material blocks, and generation of nanoparticles in liquids. For each of these fields, optimal processing conditions and parameters are determined. The generation of stable zirconia nanoparticles by femtosecond laser ablation in liquids is demonstrated and investigated for the first time. Main applicational focus of the processes is the micorstucturing of dental crowns at the inner surface: by means of laser-ablated trenches, the bonding between zirconia samples and dental adhesive cements is demonstrably improved.
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