В. С. Булгаков Конспект лекций по по материаловедению для студентов Медицинского факультета рудн специальности «Стоматология» оглавление лекция

Вид материала

Конспект

Содержание Силиконовые материалы Полифосфазеновые флюорэластомеры (фторкаучуки) Полимерные быстротвердеющие материалы Материалы для индивидуальных оттискных ложек Облицовочные полимеры для несъемных протезов Стоматологический фарфор. Ситаллы Состав и структура Полевой шпат Оптические свойства фарфора Причинами усадки являются Большое практическое значение имеет направление усадки. Усадка может быть Основными показателями прочности являются Ситаллы, применяемые в стоматологии Металлы и сплавы Наиболее распространенными понятиями и определениями свойств металлов и сплавов являются Упругость, или эластичность Пластическая деформация Сплавы металлов В ортопедической стоматологии используют следующие сплавы Технология обработки сплавов ... Полное содержание

Подобный материал:

• Конспект лекций по курсу "Информатика и использование компьютерных технологий в образовании", 1797.24kb.
• Конспект лекций москва Издательство Российского университета дружбы народов 2008, 1192.83kb.
• План лекции Острое воспаление. Определение. Общая схема острого воспаления Основные, 241.55kb.
• Конспект лекций. В. И. Емельянов, 1315.8kb.
• Конспект лекций по курсу «Неорганическая и аналитическая химия», 18.21kb.
• Учебно-методический комплекс Для студентов специальности 060105 «Стоматология», 438.28kb.
• План лекций по дисциплине «Фармакология» для студентов 4 курса медицинского факультета, 15.14kb.
• Примерная программа дисциплины химия для студентов обучающихся по: специальности Стоматология, 374.48kb.
• Примерная программа дисциплины физика и математика для студентов, обучающихся по: специальности, 307.93kb.
• Конспекты лекций по курсу «Информатика» Для студентов Аграрного факультета рудн, 699.31kb.

Силиконовые материалы


Сравнение ряда эластичных материалов различной химической природы показывает существенные преимущества силиконов и, прежде всего, стабильную эластичность этих материалов при ис­пользовании их в качестве подкладки базиса зубного протеза. Кроме того, силиконовый материал холодной вулканизации весьма техно­логичен и позволяет изготавливать эластичную подкладку в условиях клиники, минуя зуботехническую лабораторию.

Силиконовые материалы для мягких базисных подкладок пред­ставляют собой наполненные силиконовые композиции холодной вулканизации. Поставляются они в виде пасты и катализирующей жидкости. Паста упакована в металлическую тубу. В комплект мате­риала могут входить 1–3 жидкости. Первые две – катализаторы вул­канизации, третья используется как фунтовый адгезив.

Паста содержит такие компоненты, как силиконовый каучук, на­полнитель, краситель. Лучшими наполнителями являются органо-кремнеземы. В качестве катализаторов используются метил-триаце-то-оксисилан, который одновременно является и сшивагентом, хелатные соединения титана и алюминия, аминосилана.

Силиконовые подкладки, обладая высокой эластичностью и способностью амортизировать жевательное давление, повышают адгезию протеза к слизистой оболочке полости рта в 4 раза, длитель­но сохраняют эластичность, но недостаточно прочно сращиваются с материалом базиса, имеют невысокую прочность на разрыв, плохо смачиваются, хуже противостоят стиранию, чем акриловые и поли­хлорвиниловые материалы. Повышение показателей механической прочности может быть достигнуто за счет выполнения и подбора каучука с оптимальной молекулярной массой и использования усиливающих наполнителей (органо-кремнезема), которые позволяют увеличить прочность на разрыв с 0,2 до 1,8 Н/мм2. Для улучшения связи подкладки с базисом последний перед наложением на него силиконовой части обрабаты­вают адгезивом. В качестве фунтового адгезива используют, напри­мер, аллигриметоксилан.


Полифосфазеновые флюорэластомеры (фторкаучуки)


Недостаток силиконовых эластомеров – слабые амортизирующие свойства, нафузка не дробится, а отражается на зубах-антагонистах. Наилучшими материалами в этом плане являются полифосфазено­вые. Они долго не теряют эластичности, являются хорошими аморти­заторами. Кроме того, они надежно соединяются с жестким базисом и не вбирают в себя жидкости и запахи. Однако из-за сложностей, связанных с дорогостоящей и экологически опасной технологией, выпуск этих эластомеров для стоматологии временно прекращен.


Полимерные быстротвердеющие материалы

для реставрации съемных протезов

и изготовления индивидуальных оттискных ложек


Материалы для реставрации протезов


Полимеризация быстротвердеющих пластмасс не требует обору­дования для нафева и может проводиться при комнатной температуре. Технология переработки таких пластмасс значительно проще и быстрее. Поэтому эти материалы используются для работы в каби­нете ортопеда-стоматолога и в зуботехнической лаборатории для ре­ставрации съемных протезов при трещинах, переломах базисов, до­бавлении кламмера или искусственного зуба. Кроме того, они при­меняются для изготовления учебных пособий, различных видов шин', временных протезов и др. Порошки быстротвердеющих акриловых пластмасс содержат го-мо- или сополимер и инициатор (как правило, перекись бензоила в количестве около 1,5%). Жидкости содержат мономер или смеси мономеров, активатор и ингибитор. При замешивании материала необходимо строго соблюдать ре­комендации производителя данной пластмассы, особенно касаю­щиеся соотношения полимера и мономера. При увеличении количе­ства мономера возрастает усадка, удлиняется время полимеризации, повышается содержание остаточного мономера и значительно сни­жаются прочностные показатели. При смешивании компонентов (порошка и жидкости) активатор (третичные амины, меркаптаны, производные сульфиновой кисло­ты) расщепляет перекись бензоила на радикалы. В результате этого инициируется реакция полимеризации, которая протекает: в течение 20–30 мин. Для ее ускорения сосуд с полимер-мономерной компо­зицией помещают в теплую воду. После формовки массы реставрируемый протез на гипсовом ос­новании помещают в емкость с теплой водой или в гидрополимери­затор на 10–15 миН, что предотвращает чрезмерное испарение моно­мера из поверхностных слоев материала и способствует максималь­ной реализации потенциальных прочностных свойств пластмассы. Проведение полимеризации в течение 6–8 мин при давлении 5–6 атм. уменьшает пористость сжатия. После каждой реставрации протеза необходимо дезинфицировать гидрополимеризатор (вулка­низатор).

Материалы для индивидуальных оттискных ложек

Индивидуальные оттискные ложки предназначены для получе­ния функциональных оттисков при протезировании частичными и полными съемными пластиночными протезами. Для изготовления индивидуальных ложек применяют базисные, быстротвердеющие пластмассы, а также полистирол.

Облицовочные полимеры для несъемных протезов


Облицовочные полимерные материалы, окрашенные в цвета ес­тественных зубов, применяют в качестве метода выбора при восста­новлении зубов. Кроме того, к этим материалам фактически приме­нимо большинство требований, рассмотренных ранее. В качестве облицовочных материалов в клинике, кроме керами­ческих масс, используются композитные материалы и акриловые полимеры. Керамика, за счет своей твердости и высокой износоустойчиво­сти, не амортизирует функциональную нагрузку. Это вызывает пе­регрузку пародонта при замещении дефектов зубного ряда боль­шой протяженности мостовидными протезами. В этом отношении полимерное покрытие имеет большое преимущество перед кера­мическим.

Облицовочные материалы на основе метилметакрилата хо­рошо моделируются и полируются, однако не обладают достаточной механической стойкостью при длительной нагрузке в полос­ти рта.

Отдаленные результаты эксплуатации протезов с пластмассовой облицовкой показывают ряд недостатков. К ним относятся:

1) изменение цвета облицовки (одноцветность, нестойкость);

2) недостаточная абразивная и механическая прочность;

3) набухание пластмассовой облицовки в ротовой жидкости;

4) образование краевой щели между облицовкой и металличе­ским каркасом;

5) образование зубного налета на поверхности пластмассовой об­лицовки.


Стоматологический фарфор. Ситаллы


Фарфоровые массы и ситаллы, благодаря вы­сокой эстетичности, широко используются в изготовлении несъем­ных протезов. Состав фарфора обусловливает его свойства, которые в свою очередь обусловливают его клиническое применение. Успех лечения во многом зависит от умения выбрать материал и рацио­нально его использовать.

Фарфор – белый спекшийся, просвечивающийся в тонком слое, непроницаемый для воды и газов керамический продукт, изготавли­ваемый из тонкой смеси каолина, кварцевого песка и полевого шпа­та с добавлением в случае необходимости красителей.

Ситаллы представляют собой стеклокристаллические материа­лы, полученные в результате термообработки определенных соста­вов стекол.

Фарфоровые массы находят свое применение в качестве исход­ного материала для:

1) заводского изготовления стандартных искусственных зубов;

2) заводского изготовления стандартных фарфоровых коронок и заготовок для фарфоровых вкладок;

3) индивидуального изготовления фарфоровых коронок и вкла­док в условиях зуботехнической лаборатории;

4) облицовки цельнолитых каркасов металлических несъемных протезов (коронок, мостовидных протезов).


Состав и структура


Свойства керамических и ситалловых материалов зависят от их структуры, химического и фазового состава, степени измельчения компонентов, температуры и продолжительности обжига.

Фарфор представляет собой смесь, содержащую каолин, кварц, полевой шпат и различные красители. Каолин играет роль связую­щего вещества, скрепляющего частицы наполнителя – кварца, обра­зуя твердую основу фарфора, отдельные зерна которого цементиру­ются во время обжига полевым шпатом.

Каолин – белая или светлоокрашенная глина, содержание в фар­форовой массе от 3 до 65%. Чем больше содержание каолина в сме­си, тем меньше прозрачность и тем выше температура обжига фар­форовой массы. Основной частью каолина (99%) является алюмоси­ликат-каолинит (А12О3 • 2512О • 2Н2О). Температура его плавления 1800°С. Каолин обеспечивает механическую прочность и термичес­кую стойкость фарфора.

Полевой шпат представляет собой безводные алюмосиликаты ка­лия, натрия или кальция. Содержание полевого шпата в смеси до­стигает 60-70%. Чем больше в смеси полевого шпата, тем прозрач­нее полученная фарфоровая масса. Калиевый полевой шпат называ­ют ортоклазом (К2О • А12О3 • 6312О), натриевый – альбитом, каль­циевый – анортитом. Температура плавления – 1180–1200°С. При обжиге фарфоровой массы полевой шпат, как более легкоплав­кий компонент, понижает температуру плавления смеси, образуя стекловидную фазу, в которой растворяются квкрц и каолин. Поле­вой шпат обеспечивает пластичность фарфоровой массы и создает блестящую глазурованную поверхность после обжига.

Кварц представляет собой оксид кремния (SiO2). Содержание кварца в фарфоровой смеси – 25-30%. Устойчивая при обычных ус­ловиях низкотемпературная в -модификация кварца – бесцветные кристаллы призматической формы тригональной системы. При 573°С происходит переход а-формы в b -форму, что сопровождается поглощением теплоты и увеличением объема. Кварц тугоплавок, температура его плавления 1710°С. В процессе обжига кварц увели­чивает вязкость расплавленного полевого шпата. При температуре 870-1470°С кварц увеличивается в объеме на 15,7%, снижая усадку фарфоровой массы. Кварц уменьшает усадку и хрупкость фарфора, придавая керамическому изделию твердость и химическую стой­кость.

Красителями обычно являются оксиды металлов. Они окраши­вают фарфоровые массы в различные цвета, свойственные естест­венным зубам.

По своим свойствам стоматологические фарфоры близки к стек­лам, поскольку также характеризуются изотропной структурой. Они представляют собой переохлажденные жидкости и вследствие высо­кой вязкости могут сохранять стеклообразное состояние при охлаж­дении без заметной кристаллизации. Стоматологические фарфоры могут переходить из твердого состояния в жидкое и наоборот без об­разования новой фазы.

Стекла не имеют собственной температуры плавления, а харак­теризуются интервалом размягчения. Фарфор образуется в результа­те сложного физико-химического процесса при высокой температу­ре. Так, при температуре 1100-1300°С калиевый шпат превращается в калиевое полевошпатное стекло. Каолин и кварц взаимодействуют с расплавом полевого шпата, образуя кристаллы муллита, пронизы­вающие массу фарфора. Частицы кварца оплавляются, теряют игольчатую форму и переходят в состав стекла.

Основными структурными элементами фарфора являются:

1) стекловидная изотропная масса, состоящая из полевошпатного стекла с различной степенью насыщения (А12О3; 512О);

2) нерастворившиеся в стекле оплавленные частицы кварца;

3) кристаллы муллита (ЗА12О3* 2312О,), распределенные в распла­ве кремнезем-полевошпатного стекла;

4) поры.

Стекловидная изотропная масса, являясь основным элементом в современных стоматологических фарфорах, обусловливает их ка­чества и свойства. Количество стеклофазы возрастает при повыше­нии температуры плавления и времени плавки. Соотношение крис­таллической и стекловидной фаз определяет физические свойства фарфора. Наличие стеклофазы в фарфоровой массе обеспечивает ей блеск и прозрачность. Завышенная температура обжига приводит к появлению на поверхности чрезмерного блеска и мелких пузырь­ков. Увеличение содержания стеклофазы приводит к уменьшению прочности фарфора.

Важную роль в строении фарфора играют поры. Наибольшую по­ристость (35–45%) материал имеет перед началом спекания. По мере образования стекловидной фазы пористость фарфора снижается, по­вышается прочность и уменьшаются размеры изделия. Полному уничтожению пор мешают заключенные в них пузырьки газов, обра­зующихся в результате взаимодействия компонентов фарфоровой массы. Высокая вязкость полевошпатного стекла мешает удалению газовых пузырьков, что и обусловливает образование закрытых пор.


Оптические свойства фарфора


Оптические свойства фарфора являются одним из важнейших его достоинств. Коронка естественного зуба просвечивается, но не про­зрачна, как стекло, поскольку наряду с абсорбцией света прозрач­ность определяется также соотношением диффузно рассеянного и проходящего света. Свет, состоящий из волн разной длины, попадая на поверхность зуба, может поглощаться, отражаться и преломляться. Короткие волны (менее 400 нм) отражаются от эмали режущего края зуба, создавая голубоватый оттенок. Длинные волны, проходя через серединную часть зуба, содержащую основную массу твердых тканей, отражаясь и преломляясь, образуют множество цветовых от­тенков от желто-оранжевого до голубого. Оптический эффект фарфора, схожий с естественным, обеспе­чивается определенным соотношением между стеклофазой и замутнителями фарфора. Этому препятствует наличие пор и замутняющее действие кристаллов. Следовательно, оптимальный оптический эф­фект может быть достигнут либо снижением кристаллических вклю­чений, либо уменьшением размеров и числа пор. Снижение числа кристаллических включений приводит к повы­шению деформации и снижению прочности фарфора, поэтому та­кой путь повышения прозрачности имеет определенный предел. В настоящее время существует четыре способа уменьшения чис­ла газовых пор: обжиг фарфора в вакууме, обжиг в диффузном газе, обжиг под давлением и атмосферный обжиг. При обжиге фарфора в вакууме воздух удаляется раньше, чем он успевает задержаться в расплавленной массе. В случае обжига в диффузном газе обычную атмосферу печи за­полняют способным к диффузии газом (водород, гелий) и во время обжига воздух выходит из промежутков и щелей фарфора (на прак­тике метод непригоден). При охлаждении расплавленного фарфора под давлением 10 атм. воздушные пузырьки уменьшаются в объеме и их светопреломляющее действие ослабевает. Недостаток метода заключается в невозможности повторного разогрева и глазурования под атмосферным давлением, по­скольку пузырьки газа восстанавливаются до первоначальных размеров. При атмосферном обжиге для повышения прозрачности исполь­зуется крупнозернистый материал, образующий более крупные по­ры, но в гораздо меньших количествах, чем при применении мелко­зернистых материалов. Наибольшее распространение получил вакуумный обжиг, при­меняющийся в настоящее время как для изготовления протезов в зуботехнических лабораториях, так и для изготовления искусственных зубов. Фарфор, обжигаемый в вакууме, имеет в 60 раз меньше пор, чем при атмосферном обжиге. При обжиге фарфоровых масс происходит усадка материала, ве­личина которой составляет 20-40%.


Причинами усадки являются:

1) недостаточное уплотнение частичек керамической массы;

2) потеря жидкости, используемой при изготовлении фарфоро­вой кашицы;

3) выгорание органических добавок (декстрин, сахар, крахмал, анилиновые красители).

Большое практическое значение имеет направление усадки. Усадка может быть:

1) в направлении большего тепла;

2) в направлении силы тяжести;

3) в направлении большей массы;

В первом и втором случаях усадка незначительна, поскольку в современных печах распределение тепла равномерное, а влияние силы тяжести минимально. Усадка в направлении больших масс зна­чительно выше. Вследствие поверхностного натяжения и связей между частицами масса в расплаве стремится принять форму капли. Она подтягивается от периферических участков (шейки коронки) к центральной части коронки (большей массе фарфора), что может привести к появлению щели между искусственной фарфоровой ко­ронкой и уступом модели препарированного зуба.


Прочность


Прочность фарфора зависит от состава компонентов фарфоро­вой массы и технологии производства. Основными показателями прочности являются:

1) прочность при растяжении;

2) прочность при сжатии;

3) прочность при изгибе.

Прочность фарфора обусловливается явлением конденсации ча­стичек фарфора, что может быть осуществлено с помощью:

1) электрохимической вибрации;

2) колонковой кисти;

3) метода гравитации (без конденсации);

4) рифленого инструмента.

Наилучшее уплотнение достигается при использовании рифле­ного инструмента с последующим давлением фильтровальной бума­гой при отсасывании жидкости.

На прочность фарфоровой массы оказывают влияние следующие технологические условия:

1) необходимое уплотнение материала;

2) хорошее просушивание массы перед обжигом;

3) оптимальное (как правило, не более 3-4) количество обжигов;

4) проведение обжига при оптимальной для данной массы темпе­ратуре;

5) время обжига;

6) способ применения вакуума при обжиге;

7) глазурование поверхности протеза.

Прочность фарфора также зависит от изменения технологии об­жига:

1) начало обжига должно совпадать с началом разрежения атмо­сферы рабочей камеры печи;

2) по достижении оптимальной температуры обжига необходимо наличие полного вакуума в печи;

3) увеличение количества обжигов приводит к остекловыванию, что снижает прочность фарфора;

4) обжиг при температуре, превышающей оптимальную, увели­чивает количество стеклофазы, что также снижает прочность;

5) время обжига по достижении оптимальной температуры не должно превышать 2 мин, поскольку при увеличении времени выдержки под вакуумом прочность фарфора снижается.

Лучшие сорта стоматологического фарфора при соблюдении оп­тимальных режимов изготовления имеют прочность при изгибе 600–700 кг/см2. Данная прочность стоматологического фарфора недо­статочна, что обусловливает поиск путей повышения его прочности. , Введение в стекло или фарфор кристаллических частичек высо­кой прочности и эластичности, имеющих одинаковый с ними коэф­фициент термического расширения, приводит к значительному по­вышению прочности. Увеличение прочности происходит пропорци­онально росту кристаллической фазы. Частички кварца, добавляе­мые в фарфор как усилитель кристаллической фазы, хорошо соединяются со стеклом основного вещества, но имеют иной коэф­фициент термического расширения. При охлаждении вокруг крис­таллов кварца возникают зоны напряжения, хорошо заметные под поляризационным микроскопом. Трещины в фарфоре, усиленном кварцем, проходят по зонам напряжения, минуя кристаллы.

Добавление частичек алюминия, т.е. использование глиноземно­го фарфора, приводит к значительному увеличению механической прочности. Данный материал содержит 60% стоматологического фарфора и 40% оксида алюминия, что обусловливает снижение тем­пературы обжига до 1050°С и увеличение прочности почти в 2 раза. Оксид алюминия и стоматологический фарфор имеют одинаковый коэффициент термического расширения, трещина в глиноземном фарфоре распространяется как через стеклянную, так и через крис­таллическую фазу. Кристаллы являются потенциальными фактора­ми, препятствующими появлению трещин.


Ситаллы, применяемые в стоматологии


Ситаллы – это стеклокристаллические материалы, получаемы* при введении в расплавленное стекло катализаторов, в результат! чего в объеме стекла возникают центры кристаллизации, на которы: происходит рост кристаллов основной фазы. Термин «ситаллы» предложен И.И.Китайгородским и происходит от слов «стекло» и «кристалл». В зарубежной литературе подобные материалы известны как «пирокерам», «витрокерам», «стекло-фарфор», «силиталь», «стеклокерамика». Изобретателем стеклокристаллического материала «пирокерама» является З.Stoокеу (США). Ситаллы применяются при протезировании первого отдела зуб­ных рядов искусственными коронками и мостовидными протезами небольшой протяженности. К достоинствам ситаллов можно отне­сти высокую прочность, твердость, химическую и термическую стойкость, низкий коэффициент расширения. Недостатками ситал­лов являются одноцветность массы и возможность коррекции цвета только нанесением на поверхность протеза эмалевого красителя. В составе ситаллов выделяются индивидуальные кристаллы, связанные между собой межкристаллической прослойкой. Размеры кристаллов не превышают 1 мкм, а их содержание варьирует от 20 до 70% по объему. Степень закристаллизованности и вид кристаллической фазы (кордиерит, сподумен, силикат лития) определяют основные физи­ко-химические свойства ситаллов: прочность, упругость, хрупкость и твердость. Прочностью называется способность ситалла противостоять внешней нагрузке. Различают прочность при растяжении, сжатии, изгибе, ударе, кручении. В зависимости от состава прочность ситаллов на изгиб изменяет­ся от 0,03 до 0,12 МПа, на сжатие – от 0,5 до 2,6 М Па. Ситаллы обла­дают только упругой деформацией, при этом модуль упругости составляет 40-90 МПа. Увеличение содержания щелочных металлов уменьшает значе­ние модуля упругости, а внесение оксидов щелочноземельных ме­таллов в свою очередь приводит к его повышению. Большое влияние на упругие свойства ситаллов оказывает режим термообработки при резком охлаждении изделий из ситаллов модуль упругости по­нижается. Стоматологический ситалл имеет плотность 2300 кг/м\ прочность при сжатии 4000-5000 МПа, прочность при изгибе 200-300 МПа, ударную вязкость 3-4 Дж/м2, микротвердость 650-750 кг/м2 и отлича­ется повышенной устойчивостью к коррозирующему воздействию аг­рессивных сред.


Металлы и сплавы являются важнейшими конструкционными материалами для изготовления зубных проте­зов, шин, аппаратов и имплантантов. Изучение свойств этих материалов является необходимым для прогнозирования их поведения и взаимодействия со средой полости рта и выбора оптимальных составов сплавов, удовлетворяющих ком­плексу физико-химических, механических и медико-биологических требований, предъявляемых к материалам в ортопедической и кли­нической стоматологии.

Выделяют физико-механические, химические и технологиче­ские свойства металлов и сплавов.

Наиболее распространенными понятиями и определениями свойств металлов и сплавов являются:

Прочность – это способность металлов и сплавов без разрушения сопротивляться действию внешних сил, вызывающих деформацию.

Упругость, или эластичность, – способность металлов и сплавов восстанавливать свою форму после прекращения действия внешних сил, вызвавших изменение его формы (деформацию).

Пластичность – это свойство металлов и сплавов деформиро­ваться без разрушения под действием внешних сил и сохранять но­вую форму после прекращения их действия (т.е. пластичность – свойство, обратное упругости).

Деформацией называется изменение размеров и формы тела под действием приложенных к нему сил.

Деформация может быть упругой и пластической (остаточной). Первая исчезает после снятия нагрузки. Она не вызывает изменений структуры, объема и свойств металлов и сплавов. Вторая не устраня­ется после снятия нагрузки и вызывает изменения структуры, объ­ема, а порой и свойств металлов и сплавов.

Твердость характеризует свойства металла противостоять пластиче­ской деформации при проникновении в него другого твердого металла.

Текучесть – это способность расплавленного металла заполнять форму.

Пластическая деформация приводит к изменению физических свойств металла, а именно к: повышению электросопротивления; уменьшению плотности; изменению магнитных свойств. Все внутренние изменения, которые происходят при пластиче­ской деформации, вызывают упрочнение металла. Прочностные ха­рактеристики (временное сопротивление, предел текучести, твер­дость) повышаются, а пластические – снижаются.

Упрочнение металла под действием пластической деформации называют наклепом.

Нагартованные (имеющие наклеп) металлы более склонны к коррозионному разрушению при эксплуатации. Для полного сня­тия наклепа металлы подвергаются рекристаллизационному отжигу.

Рекристаллизация – это процесс возникновения и роста новых недеформированных кристаллических зерен поликристалла за счет других зерен. Рекристаллизацию применяют на практике для прида­ния материалу наибольшей пластичности

Сплавы металлов – это смесь двух и более различных металлов, при этом образующийся сплав обладает совершенно новыми качест­вами. При составлении сплавов учитываются требования, предъяв­ляемые к тем или иным деталям зубного протеза. Различают два вида сплавов: металлические и неметаллические. Металлические сплавы могут состоять либо только из металлов, ли­бо из металлов с содержанием неметаллов. Неметаллические сплавы состоят из неметаллических веществ, например, стекла, фарфора, ситаллов и др.

В ортопедической стоматологии используют следующие сплавы:

1) на основе золота, серебра, палладия;

2) на основе железа, хрома, кобальта, никеля;

3) на основе меди, никеля, титана, алюминия, ниобия, тантала.

Сплавы металлов, применяемые в клинической и ортопедиче­ской стоматологии, должны обладать рядом физико-механических свойств, таких как прочность, твердость, легкоплавкость, пластич­ность, легкость, а также обладать значительной коррозийной стой­костью, химической инертностью и биосовместимостью. Многие из этих свойств сплавов являются структурно-чувствительными и под­даются варьированию в широких пределах (в отличие от чистых ме­таллов).

Свойства сплавов. Сплавы, применяемые в ортопедической сто­матологии, по определенным свойствам можно разделить на две группы.

К первой группе относятся сплавы, обладающие общемедицин­скими свойствами. Они не должны вызывать в полости рта токсиче­ского и аллергического действия. Во вторую входят сплавы с опреде­ленными технологическими свойствами:

1) высокой антикоррозийной стойкостью;

2) прочностью, твердостью;

3) малой усадкой при литье;

4) невысокой температурой плавления;

5) ковкостью, текучестью при литье;

6) возможностью паяния и сварки;

7) хорошей механической и электролитической обработкой и полировкой.

Все эти требования зависят от свойств компонентов, входящих в сплав. Каждый из них привносит свое качество. Так, в нержавею­щей стали хром (17–19%) придает сплаву коррозийную стойкость, никель (8-10%) – пластичность, усиливает вязкость, делает его ковким.

Для улучшения литейных свойств добавляют титан (около 1%), что придает стали высокие механические свойства. Молибден – мелкокристаллическая структура, усиливающая прочность. Марга­нец понижает температуру плавления, способствует удалению сер­нистых соединений и газов.


Технология обработки сплавов


Изготовление любого зубного протеза, ортопедического аппара­та – сложный технологический процесс, в ходе которого материал подвергается различным механическим, термическим и химиче­ским воздействиям. В результате этого в материале происходят раз­личные структурные превращения, изменяются физико-химиче­ские свойства.

Знание механизма и сущности указанных процессов дает воз­можность управлять ими, регулировать и использовать процесс в же­лаемом направлении. Изменяя режим технологического процесса, можно из одного сплава получать изделия с различными свойствами. В свою очередь, изменение свойств сплавов приводит к необходимости изменения приемов работы с ними. Наиболее заметные изменения структуры и физико-химических свойств сплавов наблюдаются при термиче­ской обработке, литье, паянии.

Литье – процесс производства фасонных отливок путем заполне­ния жидким металлом заранее приготовленных форм, в которых ме­талл затвердевает. Процесс литья зубных протезов складывается из нескольких этапов:

1) моделирование из воска конструкций будущего протеза;

2) подготовка восковой модели для формовки;

3) формовка;

4) литье.

Важнейшие литейные свойства: жидкотекучесть, малая усадка, незначительная ликвация.

Жидкотекучестью сплава называется его способность заполнять форму, точно воспроизводить ее очертания.

Усадкой сплава называется уменьшение линейных размеров и объема тела при его охлаждении, затвердевании и хранении. Она зависит от свойства сплава (его состава, степени нагрева, способа охлаждения).

Ликвацией называют неоднородность состава сплава в различных ча­стях отливки, возникающую при кристаллизации. Различают зональ­ную, внутрикристаллическую ликвацию и ликвацию по удельному весу.

Зональная ликвация возникает из-за разноститемператур затвер­девания отдельных составляющих и разной плотности составляю­щих этих сплавов.

Внутрикристаллическая ликвация образуется при ускоренном ох­лаждении отливок.

Ликвация по удельному весу возникает в сплавах, содержащих тя­желые металлы.

Термическую обработку сплавов проводят с целью изменения структуры и свойств сплавов в желаемом направлении.

Пластическая деформация делает металл структурно неустойчи­вым. При этом к процессам, которые приводят пластический дефор­мированный металл к более устойчивому состоянию, относится сня­тие искажений кристаллической решетки путем нагревания. Про­цесс не требует высокой температуры, так как при этом происходит определенное перемещение атомов. Но большой нагрев (для стали 400–500°С) снимает искажение кристаллической решетки, умень­шает внутреннее напряжение.

Рекристаллизация металлов – образование и рост одних кристал­лических зерен за счет соседних той же фазы. Различают первичную и собирательную рекристаллизацию.

Рекристаллизация происходит при нагревании (отжиг) после хо­лодной деформации и при горячей деформации (прокатке), штам­повке, прессовании и др. В результате рекристаллизации обычно снижаются прочность и твердость металла и увеличивается его пла­стичность. Рекристаллизация начинается при нагревании выше не­которой температуры, характерной для данного состояния металла и режима отжига.

Отжиг – вид термической обработки, заключается в нагревании металла (сплава), выдерживании его при определенной температуре и последующем медленном охлаждении. Отжиг способствует пере­ходу неустойчивой структуры в близкую к равновесной, снятию ме­ханического напряжения, повышению пластичности и улучшению обрабатываемости.


Сплавы благородных металлов


Сплавы золота

Золото – желтый, мягкий, ковкий, тягучий металл, не окисляю­щийся ни при какой температуре, не растворяющийся в кислотах и щелочах, растворяющийся только в царской водке. Золото облада­ет высокой пластичностью; устойчиво к воде, воздуху и физиологи­ческим жидкостям. Золото для изготовления зубных протезов применяют с древних времен (IX–VI вв. до н.э.). В настоящее время оно широко использу­ется в стоматологии в виде сплавов с медью и другими металлами. Чистое золото в этих целях не применяют, так как оно является слишком мягким металлом. Сплавы золота различают по процентному содержанию золота. Чистое золото обозначают 1000-й пробой. Помимо метрической пробы, в России существовала до 1927 г. и золотниковая, в основу которой положена весовая единица – фунт, состоящая из золотни­ков (химически чистое золото обозначалось 96-й пробой). Одна золотниковая проба равна 1000:96 = 10,4 метрической про­бы. Следовательно, для перевода золотниковой пробы в метричес­кую необходимо умножить показатель золотниковой пробы на ко­эффициент 10,4. Помимо русской метрической системы, существует каратная система. Карат является единицей массы и равен 0,12 г. По каратной системе исчисляется ценность алмазов и других драго­ценных камней. Для перевода каратной системы в метрическую сле­дует показатель каратной системы умножить на 41,66. Наиболее распространены сплавы золота 900-й и 750-й пробы. Золото 900-й пробы используют для изготовления штампованных и цельнолитых коронок, а 750-й пробы – для изготовления кламмеров, вкладок, литых частей бюгельных протезов. Сплав 900-й пробы содержит 90% золота, 4% серебра и 6% меди, а 750-й – 75% золота, 8% серебра, 9% меди и 8% платины. Платина и медь делают его бо­лее твердым, упругим. Если в сплав 750-й пробы добавить 5-10% кадмия, то температура плавления снижается до 750– 800°С и сплав можно использовать как припой. Температура плавления сплавов золота 900-й и 750-й пробы около 1000°С.

Сплавы палладия и серебра

В последние годы широкое распространение получили сплавы на основе палладия и серебра. Они относительно недороги, техноло­гичны, характеризуются высокой механической прочностью и высо­кими антикоррозийными свойствами. В большинстве таких сплавов серебро является основой, а палладий придает им антикоррозийность. Л.С.Липец в начале 1930-х годов предложил сплавы с содержанием палладия (18 и 30%). В последние годы выпускаются сплавы: ПД-250, ПД-150, ПД-140, содержащие палладия от 13,5 до 24,5%. Кроме серебра и палладия, сплавы содержат небольшие количества легирующих элементов. Используются металлы: медь, алюминий, оло­во, висмут, сурьма, свинец, кадмий, цинк, магний. Для улучшения ли­тейных и антикоррозийных качеств в сплав добавляют до 10% золота. В настоящее время применяется сплав серебра – 11%, палладия – 11%, золота – 6%. А для изготовления каркасов для металлокерамики исполь­зуются более 60 сплавов на основе палладия. Палладий входит в со­став сплавов, применяемых для изготовления каркасов металлокерамических зубных протезов, так как фарфор лучше соединяется с поверхно­стной оксидной пленкой сплавов на основе палладия.


Сплавы железа

Сталями называются железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 1,7%. В ортопедической стоматологии применяют толь­ко специальные малоуглеродистые хромоникелевые легированные стали. Легированные стали – железоуглеродистые сплавы с мини­мальным содержанием специально введенных в сплав элементов (хром, никель, молибден, титан и др.), обеспечивающих получение сплавов с нужными свойствами. Основу всех сталей составляет железо, они также содержат хром, никель и небольшое количество углерода для улучшения литейных, прочностных и других свойств сталей, к ним делают добавки. Добавки никеля, хрома и кобальта дают так называемые нержавеющие стали, отличающиеся особой антикоррозийной устойчивостью по отноше­нию к кислотам и другим агрессивным средам. Эти качества стали особенно необходимы и ценны, так как в полости рта коррозия мо­жет возникнуть от действия сплава, кислых щелочей, вводимых с пищей, от поваренной соли и др.

В настоящее время в ортопедической стоматологии широкое рас­пространение получили хромоникелевые сплавы. Для всех марок не­ржавеющих сплавов, состоящих в основном из сплава железа, углеро­да, хрома, установлены следующие буквенные обозначения элемен­тов, входящих в их состав: хром, титан, ниобий, ни­кель, молибден, марганец, кремний, вольфрам, алюминий.

Для изготовления штампованных коронок и паянных мостовидных протезов используется нержавеющая сталь марки 1Х18Н9Т. Ци­фры данной марки означают, что в нее входят 0,1% углерода, 18% хрома, 9% никеля, титана; оставшееся процентное содержание вос­полняется железом и незначительным количеством нежелательных примесей (сера, фосфор до 0,02%). Хром придает сплаву антикоррозийную устойчивость, никель – пластичность, делает его ковким, облегчает обработку давлением. Для предупреждения образования карбидов хрома, которые появля­ются в сплаве при термической обработке, в состав стали вводят ти­тан, вступающий в связь с углеродом. При этом образуется карбид титана, а образование карбидов хрома прекращается. Это предотвра­щает межкристаллитную коррозию.

Температура плавления нержавеющей стали – 1450°С. Усадка при плавлении – 2,7-3% от объема.

Сплавы титана

В последнее время созданы новые сплавы металлов, имеющие по­вышенные качественные характеристики: биологическую инерт­ность, высокую удельную прочность, отличную химическую стой­кость по отношению ко многим агрессивным средам, низкий коэф­фициент усадки при литье. К таким перспективным конструкцион­ным материалам относятся сплавы титана. Их' физические, химические и механические- свойства открывают широкие возмож­ности использования во многих отраслях промышленности. В меди­цине у титана нет конкурентов по удельной прочности и коррозион­ной стойкости, в связи с чем он быстро завоевал признание и выхо­дит на этап широкого внедрения в хирургическую (имплантология) и ортопедическую стоматологию. Анализ данных научных исследова­ний последнего времени убедительно показывает практически неог­раниченную возможность обработки сплавов титана известными в зубопротезной технике методами (штампованием и литьем). Из со­единений титана в зуботехнической практике применяется двуокись титана (TiO2). Она представляет собой белый порошок, который ис­пользуется в качестве замутнителя при производстве пластмасс, а также при приготовлении лаков для покрытия металлических час­тей зубных протезов. Однако в зубном протезировании можно при­менять не только соединения титана с кислородом, но и конструкци­онный титан – легкий, прочный, биологически инертный, хорошо поддающийся обработке металл. Титановые имплантаты вживляют в костную ткань челюсти. Стандартные верхушечные штифты из ти­тана используются для закрытия корневого канала при его резекции. Для ортопедической стоматологии интересен также факт приме­нения титановой металлокерамики и возможность химического и электролитического полирования титана. Биологическая индифферентность, немагнитность, малый удельный вес, высокая прочность, коррозионная стойкость во мно­гих агрессивных средах, нетоксичность и доступность, дешевизна сделали титан и его сплавы почти универсальным и необходимым материалом не только в технике, но и в медицине, особенно в орто­педической стоматологии.

Применяют различные марки титановых сплавов. Для металлокерамики используют сплав Тi -6АG-4V. Для изготовления вкладок, штифтовых конструкций, коронок, мостовидных протезов, каркасов бюгельных протезов, имплантатов, а также мелкого медицинского инструментария применяются сплавы ВТ1Л, ВТ5Л, ВТ6Л. Высокая коррозионная стойкость, биологическая инертность титана и его сплавов позволяют широко применять их в имплантологии. Эти сплавы наиболее перспективны. Широко применяют следующие сплавы титана: ВТ1-00, ВТ1-010,

Тi -6АG-4V и др.

Сплавы на основе никеля, кобальта, хрома.

Высокая стоимость благородных металлов, их недостаточная прочность и высокая теплопроводность побудили к поиску новых сплавов на основе никеля, хрома, кобальта и др. В настоящее время широкое распространение получили сплавы, не содержащие железа: хромокобальтовые и хромоникелевые. Они применяются для изго­товления современных металлокерамических, бюгельных протезов и протезов с литым базисом.

С 1953 г. в нашей стране выпускается кобальтохромовый сплав (КХС). Основу его составляет кобальт, имеющий высокие механиче­ские свойства. Молибден придает сплаву, мелкокристаллическую структуру, что также усиливает прочность. Марганец повышает каче­ство литья, понижает температуру плавления, способствует удале­нию газов и сернистых соединений. В настоящее время выпускают следующие виды кобальтохромомолибденовых сплавов:

Углеродсодержащие:

1) бюгодент СС5 (63% кобальта, 27% хрома, 5% молибдена, 3,5% – никель, марганец, кремний, углерод);

2) бюгодент ССЕ;

3) бюгодент ССН.

Бюгодент СС5 включает бор и кремний, что повышает жидкотекучесть и понижает температуру плавления.

Не содержащие углерод:

1) КХ – дент С5, аналогичен сплаву бюгодент ССS, но не содер­жит углерода;

2) КХ – дент СЕ, не содержит никеля;

КХ – дент СL. Содержит бор и имеет повышенное содержание
углерода.

Эти сплавы более простые и дешевые. Для изготовления карка­сов металлокерамических протезов в основном используются спла­вы двух групп – на основе никеля (Ni-Сг) и на основе кобальта (Со-Сг). Сплавы обеих групп содержат добавки хрома для увеличе­ния коррозионной стойкости и уменьшения способности к потуск­нению. Никелевые сплавы содержат добавки алюминия и титана для повышения прочности. Бериллий снижает температуру плавления никелевых сплавов и обеспечивает увеличение абсолютного удлине­ния в обеих группах. При тех же режимах тепловой обработки свой­ства сплавов на основе кобальта меняются очень незначительно. Не­благородные сплавы для металлокерамики по своим литейным свойствам хуже благородных. Для улучшения литейных свойств в со­став никелевых сплавов вводят бериллий, обладающий значитель­ной токсичностью. Выведение его из состава никелевых и кобальто­вых сплавов приводит к ухудшению литейных свойств последнего, увеличивает поры, внутренние пустоты, что приводит к снижению коррозийной стойкости сплавов.

Кобальтовые сплавы имеют лучшую, по сравнению с никелевыми, биосовместимость и превосходные физико-механические свойства.

Для изготовления стандартных деталей зубных протезов (зубы, каркасы и т.п.) КХС не используют из-за большой твердости и труд­ностей припасовки. Так же, как и нержавеющая хромоникелевая сталь, кобальтохромовый сплав не соответствует цвету естественных зубов. Изделия из КХС трудно полируются механическим способом, для придания им зеркального блеска требуется электрополировка.

С учетом отрицательных качеств, применяемых в ортопедиче­ской стоматологии основных или конструкционных сплавов, идет постоянный поиск новых материалов. В настоящее время созданы сплавы, имеющие меньшую усадку, повышенную удельную проч­ность, химическую стойкость ко многим агрессивным средам и био­логическую инертность в полости рта. К таким материалам относят­ся сплавы на основе титана ВТ5Л и ВТ 1-00.

С целью придания протезам лучших декоративных свойств предложены материалы, внешне имитирующие протезы из золотых сплавов. В качестве защитно-декоративного покрытия используют, в основном, нитрид-титановые и титан-цирконевые соединения, напыленные в вакууме на протез из стали или КХС. Несмотря на повышенную износостойкость, индифферентность к биологичес­ким средам, эти материалы не решают одну из главных задач зуб­ного протезирования – восстановление эстетической нормы.

Данная задача может быть почти полностью и достаточно успеш­но решена, если в одной конструкции протеза соединить эстетичную пластмассу или керамику с прочными металлическими сплавами. Соединение, например, фарфоровой массы, восстанавливающей в полном объеме эстетические нормы, с металлической основой, за­ключенной внутри протеза, достигается, главным образом, путем спекания их в вакууме во время обжига фарфора.

Вспомогательные металлы и сплавы


Вспомогательные металлы в небольших количествах могут вхо­дить в состав конструкционных сплавов. Они не определяют их основные свойства, а лишь подправляют отдельные качества. Боль­шинство вспомогательных металлов входит в сплавы, которые ис­пользуются на промежуточных этапах изготовления протезов и ап­паратов. Из них делают зуботехнические инструменты, приспособления и часть расходного материала. Для указанных целей чаще дру­гих используются алюминий, висмут, кадмий, магний, медь, олово, свинец, сурьма, титан, цинк.

Алюминий хорошо штампуется, вытягивается. На воздухе покры­вается оксидной пленкой. Применяется в виде проволоки для изго­товления временных шин при переломах челюстей. Входит в состав сплавов.

Висмут при накаливании горит ярким пламенем. Имеет самую низкую среди твердых металлов температуру кипения. Мягкий. При красном калении сгорает. Вводится в припой для снижения температуры плавления. Входит в состав легкоплавких сплавов.

Магний – самый легкий из металлов. При температуре 600°С вос­пламеняется. Вводится в состав сплавов как очиститель и раскисли-тель. Входит в состав припоя для нержавеющей стали.

Медь обладает хорошей ковкостью, тягучестью, большой тепло-и электропроводностью. Во влажной среде окисляется, покрываясь зеленым налетом. Входит в состав золотых и золото-платиновых сплавов для повышения вязкости и нейтрализации отрицательных качеств «белящих» металлов (серебра, платины). Применяется при приготовлении амальгамы и серебряного припоя.

Олово имеет самую низкую температуру плавления из всех метал­лов. Ковкий металл. Применяется в виде фольги, припоя для холод­ного паяния. Входит в состав бронзы, легкоплавких сплавов для штампов и серебряной амальгамы.

Свинец под влиянием влажного воздуха пассивируется. Без окис­ления хранится в керосине. Имеет малую усадку (1,4%). Применяет­ся в виде фольги, для прокладок с целью обеспечения герметич­ности. Из чистого свинца делают массивные подставки («подушки») Для предварительной штамповки коронок. Входит в состав припоя lля холодного паяния и в состав сплавов для штампов.

Сурьма – очень хрупкий металл. Входит в состав сплавов для полу­чения очень точных штампов. Применяется в составе подшипников Многочисленных машин и моторов зуботехнической лаборатории.

Титан покрывается тонкой защитной пленкой, которая предох-'раняет его от дальнейшего окисления. В нержавеющей стали умень шает содержание карбидов хрома. Сплавы на основе титана способ­ны заменить нержавеющую сталь. Двуокись титана используется как замутнитель пластмассы и в качестве основы в маскировочных (по­крывных) лаках. Цинк в интервале 500-600°С в присутствии воздуха горит ярким синевато-зеленым пламенем. Стоек против окисления. Применяется для зашиты железных емкостей от коррозии. Входит в состав латуни и припоев.

К вспомогательным сплавам, наиболее часто применяемым в ла­боратории, относятся: алюминиевая бронза, дюралюминий, латунь, припой для золотых сплавов, припой типа припоя Цитрина, сплав Мелота. Дюралюминий, или твердый алюминий, применяется для изго­товления больших и малых кювет. Латунь входит в состав золотых и серебряных припоев. Из нее го­товят ортодонтические замки (винты), делают большие и малые кю­веты.

Припой для золотых и золото-платиновых сплавов изготавлива­ют на основе золота 750-й пробы. В последнее время поставляется припой марки ЗлСрКдМ 750-30-120-100. Выпускается в виде по­лосы шириной 100 мм и толщиной 0,3 мм. Применяется для соеди­нения деталей мостовидных протезов, шинирующих и бюгельных конструкций, а также для утолщения окклюзионной стенки золотых коронок. Припой типа припоя Цитрина применяется для соедине­ния деталей из нержавеющей стали и КХС. В настоящее время ис­пользуется припой марки ПСрМЦ-37, в состав которого входит 37% серебра. Выпускается в виде проволоки в мотках весом 40 г, упако­ванных в целлофановые пакеты. Чтобы без затруднения спаять серебряно-палладиевые сплавы, к припою для нержавеющей стали надо добавить 15% палладия (по весу).


Лекция 5