Le dépôt MOCVD, l’oxydation naturelle sous air et l’oxydation naturelle suivie d’un dépôt MOCVD ont été utilisés pour synthétiser des couches de zircone d’environ 1 µm d’épaisseur. Dans un premier temps, nous avons déterminé les conditions optimales pour le dépôt MOCVD sur le 304L et le Zy-4, à 400°C et 500°C. Les deux autres techniques nous ont permis d’obtenir des couches plus épaisses et de compositions différentes en termes de fractions de phases quadratique et monoclinique. Nous avons caractérisé les phases et les contraintes résiduelles dans les couches par DRX. Grâce à un chargement de flexion ou de traction dans l’enceinte d’un MEB, nous avons réalisé des essais de multifissuration. Sur le Zy-4, nous avons obtenu le schéma classique d’endommagement : apparition de fissures perpendiculaires à la direction d’extension, augmentation du nombre de fissures jusqu’à saturation de la multifissuration. Sur le 304L, nous avons observé une hétérogénéité de fissuration pour les couches les moins épaisses, qui peut être due à la taille des grains du substrat par rapport à l’épaisseur de couche. On montre que la distance entre les fissures à saturation ne dépend ni des phases, ni des contraintes résiduelles. Elle varie linéairement avec l’épaisseur de la couche. La modélisation par éléments finis des essais de flexion nous a permis d’obtenir la contrainte à l’amorçage des fissures. La résistance des couches ne dépend pas de la fraction de phase quadratique et ne semble pas dépendre des contraintes résiduelles, mais elle décroît lorsque l’épaisseur croît. La prise en compte des contraintes résiduelles pour expliquer l’amorçage des fissures conduit à supposer que ces contraintes sont fortement hétérogènes dans les couches. / MOCVD deposition, air thermal oxidation and thermal oxidation followed by MOCVD deposition were used to produce the zirconia layers. First, in order to obtain films of controlled thickness (a few microns), we determined the optimal MOCVD deposition conditions on the 304L and Zy-4, at 400°C and 500°C. The two other techniques allowed us to obtain thicker layers of different tetragonal phase fractions. The volume fraction of tetragonal phase of zirconia and the residual stresses in the layers was characterized by DRX. Multiple cracking tests were performed inside a SEM through bending or tensile tests. On the Zy-4, we obtained the classic damage scheme: cracks perpendicular to the extension direction appear and multiply until saturation. On the 304L, cracks were localized for the thinner layers; this may be due to the grain size of the substrate with respect to the layer thickness. For the layers obtained on Zy-4, the minimal distance between the cracks does not depend neither of the tetragonal phase fraction nor of the residual stresses. It varies linearly with the layer thickness. Using the finite element method, the stress at fracture initiation was obtained. It decreases with the increase of the layer thickness independently of the tetragonal phase fraction and of the residual stresses. To take into account the residual stresses in assessment of the layer strength, high residual stress gradient have to be supposed.

<p><a>Zirconium oxide (zirconia, ZrO₂) is one of the essential structural ceramics for industrial applications due to its superb strength and fracture toughness. ZrO₂ has three main polymorphs: cubic, tetragonal, and monoclinic phase, depending on temperature, type, and concentration of dopants. Stabilized zirconia with metastable tetragonal phase can transform into monoclinic phase with ~ 4% volume expansion under an applied external stress. The tetragonal-to-monoclinic transformation can hinder crack propagations by generating a compressive stress field near crack field, thereby enhancing fracture toughness. In addition, other deformation mechanisms such as dislocation activities, crack deflection, and ferroelastic domain switching can further enhance its deformability. Bulk ZrO₂ is typically prepared by sintering at high temperatures over a long period of time. Recently, field-assisted sintering techniques such as flash sintering and spark plasma sintering have been applied to effectively sinter ZrO₂. These techniques can significantly decrease sintering temperature and time, and more importantly introduce a large number of defects in the sintered fine grains.</a></p> <p>The miniaturization of sample dimension can alter the mechanical properties of materials by increasing the surface-to-volume ratio and decreasing the likelihood of retaining process-induced flaws. The knowledge of mechanical properties of ZrO₂ at micro and nanoscale is critical in that superelasticity and shape memory effect of ZrO₂ can be utilized for applications of actuation, energy-damping, and energy-harvesting at small scale. Here, we performed <i>in-situ</i> microcompression tests at various temperatures inside a scanning electron microscope to examine and compare the mechanical properties of ZrO₂ prepared by flash sintering, spark plasma sintering, plasma spray, and thermal spray. Detailed microstructural analyses were conducted by transmission electron microscopy. The unique microstructures in ZrO₂ prepared by field-assisted sintering largely improved their plasticity. Temperature and processing technique-dependent underlying deformation mechanisms and fracture behavior of ZrO₂ are discussed.</p>

The feasibility of highly dispersed gold nanocatalyst supported on yttria-stabilized zirconia (YSZ) for the model reactions of C2H4 and CO oxidation is demonstrated for the first time. Gold nanoparticles are synthesized on YSZ powder by chemical reduction of the precursor salt in the mixture of ethanol, water and polyvinylpyrrolidone (PVP). Resulting metal loading of the catalysts are 1 wt.% with average particle sizes ranging from 6 to 9 nm. Results of CO and C2H4 oxidation display catalytic activity at 65 0C and 25 0C for CO and C2H4 oxidation, respectively. The catalytic properties of the catalysts are different due to their average particle size. Electrochemical Promotion of Catalysis (EPOC) of C2H4 oxidation is demonstrated. Application of constant potential difference between two electrodes in the bipolar electrochemical cell led to increase in C2H4 conversion. A proposed mechanism explains the bipolar EPOC phenomenon through formation of O2- flux across the electrochemical cell, resulting in the change of Work Function of gold nanoparticles placed in between the electrodes and is electronically isolated.

Le sujet de recherche de cette thèse est consacrée à l'étude du comportement à une haute température de revêtements nanostructurés à base de zircone, lequel comprend: la caractérisation des matières premières, la fabrication et caractérisation des propriétés des dépôts et finalement le plus important du travail a été son comportement à une haute température, surtout dans des ambients agressifs. Trois types de techniques de projection thermique ont été utilisés pour élaborer les dépôts: flamme (FS), plasma atmosphérique en utilisant comme matière première des poudres (APS) et suspensions (SPS). Trois types de substrats ont été utilisés et caractérisés pour la fabrication des revêtements: un acier à faible carbone (AISI / SAE12L15), acier inoxydable 304L et superalliage Inconel 718. Une couche de liaison de Ni-Al-Mo a été utilisée pour la projection thermique pour flamme et une couche de liaison de NiCrAlCo-Y2O3 pour la technique de APS et SPS. Les revêtements ont été caractérisés pour analyser sa morphologie de la section transversale, la surface, la composition élémentaire des zones d'intérêt, des phases, l'épaisseur, la porosité, la microdureté, groupes vibratoires, la résistance à la corrosion et à l'usure. En addition, le plus important était caractériser les performances à haute température des dépôts par des tests comme le choc thermique, l'oxydation isothermique et la corrosion à chaud avec des sels. Pour analyser le comportement des revêtements après avoir été soumis à ces essais, une étude de la morphologie de la surface et section transversal, la composition élémentaire et l'analyse des phases dans les régions d'intérêt ont également été effectuées. / The research topic of this thesis is devoted on the study of the behavior of nanostructured coatings based on zirconia, which extends from the characterization of raw materials through manufacturing, characterization of the properties of the coatings and then end up in the study of their behavior at high temperature, especially in strong environments to make them comparable. Three kinds of techniques were used for manufacturing the coatings: flame spraying (FS), atmospheric plasma spraying (APS) and suspensions plasma spraying (SPS).Three types of substrates were used and characterized for manufacturing the coatings: a low carbon steel (AISI/SAE12L15), stainless steel 304L and superalloy Inconel 718. A surface treatment of blasting with corundum was applied to all substrates in order to generate a noticeable roughness (> 5 µm), then apply a bond coat of Ni-Al-Mo for the technique FS and a bond coat of NiCrAlCo-Y2O3 for the technique APS and SPS. The coatings were characterized to know and correlate the morphology of the cross section and surface, elemental composition of the zones of interest, phases, thickness, porosity, microhardness, vibrational groups, corrosion resistance and wear resistance. Additionally, the most important was to characterize the high temperature performance of the coating by tests as thermal shock, isothermal oxidation and hot corrosion with salts. For knowing the behavior of the coatings after being subjected to these tests, a study of the morphology of the surface and cross-section, elemental composition and phases analysis in the regions of interest have also been carried out.

Objectives: The purpose of this in-vitro study was to evaluate the effects of three different surface preparation methods on the shear bond strength of orthodontic brackets bonded to zirconia and determine the most appropriate method. Methods: 45 zirconia and 30 leucite-reinforced porcelain mandibular premolar crowns were divided into 5 groups and received the following surface preparations: 37% phosphoric acid and non-hydrolyzed silane, 4% hydrofluoric acid and hydrolyzed silane, microetch with 50μ Al 2 O3 particles. A universal adhesive primer containing MDP was applied and the brackets were bonded with a bis-GMA composite resin. Shear bond strength (SBS) at bond failure and ARI score were recorded. Results: There was a statistically significant difference among the studied groups for the SBS. The highest mean SBS (11.03 MPA) was recorded for the zirconia/microetch group, and the lowest SBS (3.49 MPa) for the zirconia/phosphoric acid group. The leucite-reinforced porcelain/ hydrofluoric acid group had significantly more fractures than any other debond pattern. The zirconia/hydrofluoric acid group was the only one with a SBS (8.08 MPa) that fell within the recommended range of 6-8 MPa. This group also had a favorable debond pattern with most composite remaining on the bracket. Conclusions: Important consideration should be given to the surface preparation of porcelain and zirconia prior to bonding orthodontic attachments. Phosphoric acid etch is not an adequate surface preparation when bonding to zirconia. Hydrofluoric acid is not suitable when bonding to leucite-reinforced porcelain, as it is associated with a higher rate of surface fracture. Microetch with 50μ Al 2 O3 particles in combination with an MDP containing universal adhesive primer provided optimal mean shear bond strength, along with favorable debond patterns when bonding to zirconia. Hydrofluoric acid etch in combination with a silane and a universal primer containing MDP provided acceptable shear bond strength to zirconia. This protocol was not significantly different from zirconia prepared with microetch and either method can be successfully employed.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Background: Traditionally, zirconia has been used as a core material for allceramic crowns that are later covered by a more esthetic veneering layer. Recently, new zirconia materials with higher translucency commonly referred to as the “full contour zirconia” have been introduced with the aim to allow dentist to fabricate entire allceramic crown from the material with acceptable esthetic and mechanical functions without the need for veneering. However, there is little information in the literature regarding the translucency of full contour zirconia and the degree of conversion of resin cement underneath the full contour zirconia. Objectives: 1) To investigate the translucency parameter (TP) of recently marketed full contour zirconia and compare that to traditional zirconia and lithium disilicate glass ceramic (LDGC) at different thicknesses. 2) To evaluate the degree of conversion (DC) of the resin cement through different thicknesses of the full contour zirconia, traditional zirconia and LDGC. Alternative hypothesis: The new generation zirconia at the clinically recommended thickness has lower translucency than that of LDGC and higher than that of non-veneered traditional zirconia. In addition, DC of resin cement under full contour zirconia is lower than that of LDGC and higher than that of traditional zirconia. Methods: 150 ceramic specimens (12 x12 mm with thickness of 1-2 mm for LDGC and Zirconia) were divided into 6 groups according to the type of material, as follow: LDGC (IPS e-max CAD), Traditional Zirconia (CAP QZ), full contour zirconia (CAP FZ, Zirlux, Bruxzir, KDZ Bruxer). The TP for materials at various thicknesses were measured by a spectrophotometer (CM-2600D). The DC of the light curing resin cement (Variolink II) underneath the ceramic disks was measured by FTIR. Result: All full contour zirconia has lower translucency parameter and light transmission than LDGC. The translucency parameter decreases with increasing thickness of any type of ceramic. There were no significant differences in the degree of conversion of resin cement among the type of ceramic disc, except Bruxzir. The correlation of TP between various thicknesses and the types of ceramic materials was established by a regression analysis.

Bisher erweisen sich Materialfrakturen als die häufigste Ursache für Misserfolge bei dem Einsatz dentaler Keramiken. Verbesserte mechanische Eigenschaften neuer dentalkeramischer Werkstoffe wie zirkonoxidverstärke Lithiumsilikatkeramik (ZLS) sollen die Möglichkeit bieten, materialbedingtes Versagen zu reduzieren und die Indikation für keramische Werkstoffe zu erweitern. Ziel der vorliegenden, prospektiv-klinischen Studie war die Bewertung von Risikofaktoren für materialbezogenes Versagen von chairside-hergestellten Teilkronen (Cerec System SW 4.2, Sirona Dental Systems GmbH, Bensheim, Deutschland) unter Verwendung einer ZLS-Keramik (VITA Suprinity, VITA Zahnfabrik, H. Rauter GmbH & Co. KG, Bad Säckingen, Deutschland). Hierbei sollten die angewandte Zementierungstechnik sowie eine reduzierte Mindestschichtstärke (MMT) von 0,5 bis 1,0 mm untersucht werden. Die Nullhypothese der vorliegenden Studie war, dass die Überlebens- und Erfolgsraten unabhängig von der angewandten Zementierungstechnik und der MMT der Restaurationen sind. In die klinische, monozentrische Studie wurden 45 Patienten (28 weiblich, 17 männlich) mit der Indikation für maximal zwei vollständig höckerbedeckende, chairside-hergestellte Teilkronen aus ZLS-Keramik eingeschlossen. Einschlusskriterien waren vitale, symptomfreie Prämolaren und Molaren mit existierendem Antagonisten und wenigstens einem Approximalkontakt. 1 Ausschlusskriterien waren klinische Anzeichen eines Bruxismus, für die lichtoptische Abformung mittels Intraoralscanner ungeeignete (tief subgingivale) Präparationen, unbehandelte parodontale Erkrankungen und ein Patientenalter jünger als 18 Jahre bzw. die fehlende Einwilligungsfähigkeit. Die Behandlung fand in der Poliklinik für Präventive Zahnmedizin, Parodontologie und Kariologie der Universitätsmedizin Göttingen, Göttingen, Deutschland, zwischen dem 1. Januar und dem 31. Juli 2014 statt. Die Präparation der Zähne erfolgte gemäß der veröffentlichten Richtlinien zur Präparationsgestaltung bei Vollkeramikrestaurationen nach Ahlers et al. (Ahlers et al., 2009). Mit Hilfe eines intraoralen Scanners (Cerec AC Omnicam, Sirona Dental Systems GmbH, Bensheim, Deutschland) wurden die präparierten Zähne digitalisiert / digtial abgeformt. Anschließend erfolgte die Konstruktion der monolithischen Restaurationen digital (Cerec software 4.2, Sirona Dental Systems GmbH, Bensheim, Deutschland). Nach der computergestützen Herstellung in einer Nassfräseinheit (Cerec MCXL, Sirona Dental Systems GmbH, Bensheim, Deutschland) wurden die Restaurationen gemäß Herstellervorgaben kristallisiert und gebrannt (VITA Vacumat, VITA Zahnfabrik, H. Rauter GmbH & Co. KG, Bad Säckingen, Deutschland). Aufgrund der Standardeinstellung der Konstruktionssoftware wurde eine MMT von 0,7mm festgelegt. Diese Abweichung vom Behandlungsprotokoll der Studie, welches initial eine Mindestschichtstärke von 1,0mm vorsah, wurde erst nach dem Eingliedern aller Restaurationen festgestellt. Die Ethikkommission wurde ohne Zeitverzögerung von der Abweichung informiert und genehmigte die Fortsetzung der Studie. Basierend auf der Analyse der generierten Konstruktionsdaten wurden die hergestellten keramischen Teilkronen final in zwei Gruppen eingeteilt (MMT 0,5-0,74mm und MMT 0,75-1,0mm). Die adhäsive Befestigung der Teilkronenrestaurationen geschah nach dem Zufallsprinzip (randomisiert), entweder mit einem dualhärtenden Komposit-Zement und Multibottle-Bonding in Verbindung mit der Total-Etch- Technik (DC: Syntac classic und Variolink, beides IvoclarVivadent, Schaan, Liechenstein) oder mit einem selbstadhäsiven Zement (SAC: RelyX Unicem, 3M Deutschland GmbH, Neuss, Deutschland). Als Bewertungsparameter wurden Überlebensrate (Restauration blieb in situ) und die Erfolgsrate (interventionsfreie Funktionsperiode der Restauration) der Restaurationen erfasst. Die Nachuntersuchungen, durchgeführt von einer zuvor kalibrierten und erfahrenen Zahnärztin, begannen zum Zeitpunkt der Zementierung (Baseline) und wurden in 6-Monats-Intervallen bis zu einem Beobachtungszeitraum von 2 Jahren durchgeführt. 2 Die statistische Analyse erfolgte auf Basis der erfassten Daten über das Überleben bzw. den Erfolg oder den Totalverlust der Restaurationen. Die zeitabhängigen Überlebensraten der Restaurationen (basierend auf dem In-situ-Kriterium) und die Erfolgsraten (interventionsfrei) der Teilkronen wurden mittels Kaplan-Meier-Überlebensanalyse berechnet. Die MMT (0,5- 0,74 mm vs. 0,75-1,0 mm) und die Zementierungstechnik (SAC vs. DC) wurden als mögliche Kovariate der zeitabhängigen Überlebens- und Erfolgsraten ausgewertet. Alle potentiellen Risikofaktoren liegen auf kategorialen Skalen. Der Einfluss potenzieller Risikofaktoren (Zementierung / MMT) wurde mittels univarianter Log-Rank-Tests untersucht. Eine Cox- Regression war aufgrund der begrenzten Anzahl von Ereignissen nicht möglich (failure time analysis). Ein p-Wert von weniger als 0,05 wurde als statistisch signifikant akzeptiert. Alle Analysen wurden mit der Statistiksoftware R (Version 3.5.3) durchgeführt; für die Zeit-zu- Ereignis-Analysen wurde das R-Paket „Überleben“ (Version 2.44.1.1) verwendet. In die Zweijahres-Nachuntersuchung zwischen März und August 2016 konnten 44 Patienten (27 weiblich / 17 männlich, Recall-Rate: 97,8%) mit insgesamt 59 Teilkronen (mittlerer Beobachtungszeitraum: 24,4±3,4 Monate) einbezogen werden. Das mittlere Alter der Patienten betrug 50,7±10,6 Jahre. Einunddreißig Restaurationen wurden der Gruppe 1 (MMT 0,5- 0,74mm) und achtundzwanzig der Gruppe 2 (MMT 0,75-1,0mm) zugeordnet. Vierunddreißig der untersuchten Restaurationen waren im Oberkiefer und 25 im Unterkiefer (23 Prämolaren- und 36 Molaren-Teilkronen) eingesetzt. Dreißig der untersuchten Restaurationen wurden mit DC zementiert und 29 Teilkronen mit SAC-Material eingesetzt, wobei die Verteilung auf Gruppe 1 und 2 nahezu gleichmäßig war. Zum Zeitpunkt der 2-jährigen Nachuntersuchung wurde der Verlust von zwei Teilkronen festgestellt. Die Gesamtüberlebensrate nach zwei Jahren betrug demnach 97% (95% Konfidenzintervall (CI): 0,92-1). Alle Verluste traten in der Gruppe 1 auf (MMT=0,5-0,74 mm) und waren mit Materialfrakturen verbunden. Die 2-Jahres-Überlebensrate der Gruppe 1 betrug 94% (95% CI: 0,85-1) und 100% in der Gruppe 2 (MMT=0,75-1,0 mm). Obwohl dieses Ergebnis statistisch nicht signifikant war, zeigte der p-Wert von 0,0797 eine Tendenz zu einem verringerten Materialbruchrisiko bei Restaurationen mit einer erhöhten Materialstärke. Die Zementierungstechnik (SAC vs. DC, HR=0,95, p=0,956) zeigte zum Untersuchungszeitpunkt keinen signifikanten Einfluss auf die Überlebensrate der Teilkronen. Abgesehen von den zwei Totalverlusten waren bei zwei Restaurationen (zwei Patienten) klinische Eingriffe zur Erhaltung der Funktion erforderlich. Beide Eingriffe wurden durch den Verlust der Retention von mit SAC eingesetzten Teilkronen verursacht. Die Restaurationen wiesen keine Defekte auf und wurden mit dem gleichen Material rezementiert. 3 Weitere Eingriffe aufgrund von Temperaturempfindlichkeit, Vitalitätsverlust oder Sekundärkaries waren nicht notwendig. Die Ergebnisse der hier vorgelegten Studie können als erster klinischer Nachweis interpretiert werden, dass für ZLS-Keramiken die Postulierung früherer In-vitro-Studien betreffend einer Reduktion der okklusalen MMT auf 1,0 mm ohne eine gleichzeitige Zunahme frakturbedingter Ausfälle zuzutreffen scheint. Um jedoch einen Grenzwert bzw. eine Empfehlung für eine maximal reduzierte und gleichzeitig langlebige Restauration definieren zu können, sind zusätzliche Studien mit größeren Populationen und längeren Beobachtungszeiträumen erforderlich.:1. Einführung 1.1 Einleitung 1.2 Moderne dentale Keramik 1.2.1 Einteilung 1.2.2 Fertigungstechniken 1.2.3 Indikation und Performance 1.3 Befestigung von Keramiken 1.4 Ziel der Studie 2 Publikation 3 Zusammenfassung der Arbeit 4 Anhang 4.1 Abkürzungsverzeichnis 4.2 Abbildungsverzeichnis 4.3 Tabellenverzeichnis 5 Literaturverzeichnis 6 Darstellung des eigenen Beitrages 7 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 8 Danksagung

No description available.

Aim To assess the clinical outcomes of zirconia implants, namely survival rate and the prevalence of fracture, based on a systematic review of the literature. Material and method An electronic search was conducted in three databases (PubMed, Web of Science, Science Direct), last updated in October 2022. Inclusion criteria were clinical human studies providing information on implant failure rates in any group of patients receiving zirconia dental implants. Log-rank test was used to compare the survival distributions of implants between some groups of variables. Interval survival rate (ISR) and cumulative survival rate (CSR) were calculated. Results Thirty-seven publications were included in the review, with 2941 zirconia implants in 1766 patients, with a mean follow-up of 36.3 ± 22.7 months. There were 182 implant failures, with the great majority of them occurring within the first year after implant installation. Twenty-four implant fractures were reported, most of them in implants of narrow diameter. There was no statistically significant difference of implant failure between the anterior and posterior regions (p = 0.798), nor between maxilla and mandible (p = 0.341), nor between one- and two-piece implants (p = 0.787). The CSR after 10 years was 88.1 %. Conclusion Clinical studies assessing clinical outcomes of zirconia implants in humans have a relatively short mean follow-up time. Zirconia implants present a CSR of 88.1% after 10 years, with most failures happening within the first year after implant installation. Implants of narrow diameter present higher risk of fractures than implants of wider diameter. / Syfte Att bedöma de kliniska resultaten av zirkonia implantat, överlevnadsgrad och förekomst av frakturer, baserat på en systematisk översikt av litteraturen. Material och metod En elektronisk sökning gjordes i tre olika databaser (PubMed, Web of Science, Science Direct), senast uppdaterad i oktober 2022. Inklusions kriterier var kliniska humanstudier som gav information om frekvensen av implantatfel hos vilken grupp patienter som helst som fick zirkonia tandimplantat. Log-rank test användes för att jämföra överlevnadsfördelningen av implantat mellan vissa grupper av variabler. Intervallöverlevnadsfrekvens (ISR) och kumulativ överlevnadsfrekvens (CSR) beräknades. Resultat Trettio-sju publikationer inkluderades i granskningen, med 2941 zirkonia implantat hos 1766 patienter, med en genomsnittlig uppföljning på 36,3 ± 22,7 månader. Det förekom 182 implantatfel, varav den stora majoriteten inträffades under det första året efter implantatinstallationen. Tjugo-fyra implantatfrakturer rapporterades, de flesta i implantat med smal diameter. Det fanns ingen statistiskt signifikant skillnad av implantatfel mellan de främre och bakre områdena (p = 0,798), inte heller mellan maxilla och underkäken (p = 0,341), inte heller mellan implantat i ett och två delar (p = 0,787). CSR efter 10 år var 88,1 %. Slutsats Kliniska studier som bedömer kliniska resultat av zirkonia implantat hos människor har en relativt kort genomsnittlig uppföljningstid. Zirkonia implantat uppvisar en CSR på 88,1 % efter 10 år, med de flesta fel som inträffar inom det första året efter implantatinstallationen. Implantat med smal diameter ger högre risk för frakturer än implantat med bredare diameter.

Ferrosilicon containing 50-75% Si and 1.0-5.0% Zr is used as inoculant in the cast iron industry. Zr can be added to liquid ferrosilicon by use of Zr metal or zirconium ferroalloy (FeSiZr). Then the recovery of Zr, i.e. the fraction of Zr transferred from the additive to the ferrosilicon, as well as the hit rate on specification is high. The aim of this study was to investigate the recovery of Zr from zircon sand, ZrSiO4, and zirconia, ZrO2, in comparison to zirconium ferroalloy when added to liquid ferrosilicon with 75% Si at 1600⁰C.  Also the refining effect of the different additives on Al was investigated. The experiments were carried out by stirring samples of controlled amounts of ferrosilicon and Zr additive in a graphite crucible at 1600⁰C and under inert Ar atmosphere for certain amounts of time. The reaction between ferrosilicon and Zr additive was stopped by rapid cooling of the samples. ICP-OES provided the concentration of Zr and Al and LECO O/N the concentration of O. SEM-ESD was used to examine the microstructures of ferrosilicon and Zr additive after experiments. It was found that ZrO2 was reduced by Si at the particle surface to yield dissolved Zr and ZrSiO4. The ZrSiO4 additive decomposed via two simultaneous reactions, one yielding ZrO2, Si and O2 and the other Zr, Si and O2. The recovery of Zr from ZrO2 and ZrSiO4 was significantly lower than from FeSiZr. Of ZrO2 and ZrSiO4, ZrO2 yielded the highest Zr recovery; the difference was much bigger than predicted by thermodynamics. It was discussed if that could be due to a higher reaction rate of the ZrO2, caused by the smaller size (APS 1 µm compared to d50 91 µm) and larger surface area of this addition. It was also found that utilization of density differences to separate the ferrosilicon and Zr additive did not work for zirconia under the same conditions as it worked for zircon sand, although zirconia has a higher density than zircon sand. The reason was the smaller particle size of the ZrO2 powder. No refining of Al was observed.