Физические особенности материалов, применяемых для зубного протезирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

полимерный материал ортопедическая стоматология

Введение

Полимерные материалы

Способы проведения полимеризации

Типы полимерных материалов в стоматологии и их применение

Жесткие базисные полимеры

Эластичные базисные полимеры

Акриловые эластичные материалы

Поливинилхлоридные материалы

Силиконовые материалы

Полифосфазеновые флюорэластомеры (фторкаучуки)

Материалы для реставрации протезов

Материалы для индивидуальных оттискных ложек

Облицовочные полимеры для несъемных протезов

Стоматологический фарфор. Ситаллы

Состав и структура

Оптические свойства фарфора

Прочность

Ситаллы

Металлы и сплавы

Технология обработки сплавов

Сплавы благородных металлов

Сплавы золота

Сплавы палладия и серебра

Сплавы железа

Сплавы титана

Сплавы на основе никеля, кобальта, хрома

Вспомогательные металлы и сплавы

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Стоматологическое протезирование - раздел стоматологии, который занимается восстановлением тканей зуба, замещением утраченных зубов, восстановлением структуры и функции жевательного аппарата.

Зубной протез необходим в тех случаях, когда объем вмешательства на зубе делает невозможным установку пломбы, либо если отсутствует полностью один или несколько зубов. Зубной протез выполняет не только косметическую функцию, но и обеспечивает в значительной степени стабильность и форму прикуса.

Вопросы, касающиеся материалов для зубного протезирования, являются очень актуальными. Так как изучение свойств и особенностей различных материалов приводят к открытию новых, и более совершенных веществ для протезирования зубов в стоматологии.

Объектом курсовой работы являются физические особенности материалов.

Предмет данной работы - физические особенности материалов применяемые для зубного протезирования.

Полимерные материалы

Полимерные материалы - пластмассы составляют большую группу материалов, применяемых в ортопедической стоматологии. Из них изготавливают базисы съемных протезов, челюстно - лицевые и ортодонтические аппараты, различные шины, искусственные зубы, покрытия для металлических частей несъемных протезов, коронки, металлополимерные имплантаты и др. Успех лечения во многом зависит от правильного выбора полимерного материала с учетом его взаимодействия с тканями ротовой полости.

Полимеры имеют широкое применение в качестве материала для изготовления:

базиса съемных протезов;

челюстно-лицевых и ортодонтических аппаратов;

различных шин;

искусственных зубов;

покрытия для металлических частей несъемных протезов;

коронок;

металлополимерных имплантатов.

Классификация полимерных материалов

По действию на свойства пластмасс нагревания:

термопласты (при повышении температуры размягчаются, состав при этом не изменяется) ;

обратные термопласты (при понижении температуры затвердевают, при этом состав не изменяется) ;

реактопласты (термореактивные; необратимые полимеры), их переработка сопровождается химическими реакциями.

По составу смеси:

однокомпонентные;

многокомпонентные;

сополимерпые (полимеры, содержащие в одной макромолекуле несколько типов мономерных звеньев).

По типу полимера:

линейные (целлюлоза) ;

разветвленные, имеют структуру, подобную крахмалу и гликогену;

пространственные (сшитые), построены в основном как сополимеры;

регулярные (целлюлоза) ;

нерегулярные (нуклеиновые кислоты, белки).

По типу наполнителя.

По эксплуатационным характеристикам.

По числу атомов, входящих в молекулу:

низкомолекулярные;

высокомолекулярные;

органические (полиэтилен, полиметилметакрилат, биополимеры) ;

неорганические (силикаты).

По химической структуре мономера:

гомоцептные, имеющие связи углерод-углерод;

гетероцептные, имеющие кроме углеродных связей связи с атомами кислорода, серы, галогенов.

Основными исходными соединениями для получения полимерных стоматологических материалов являются мономеры и олигомеры. Моноакрилаты летучи, поэтому их используют в комбинации с высокомолекулярными эфирами, это позволяет уменьшить усадку полимера (усадка - уменьшение линейных размеров и объема тела при его затвердевании, охлаждении, хранении). Тетраметакрилаты содержатся в большинстве композитных материалов, а также в базисных пластмассах в качестве сшивагентов. Их подразделяют на отвердители (для полимеров) и вулканизирующие (для каучуков). Наполнители - вещества, придающие изделию прочность, твердость, теплопроводность, стойкость к действию агрессивных сред, липкость и другие физико-механические свойства.

Наполнители по происхождению делятся на органические и минеральные, по структуре - на порошкообразные и волокнистые. При наличии химической связи наполнителя и полимера первый называется активным. Если такая связь отсутствует, наполнитель называется инертным. Наилучший эффект достигается при применении активных наполнителей. В качестве наполнителей применяют древесную муку, стекловолокно, порошки различных металлов, минералов и т. д.

Пластификаторы - вещества, придающие материалам пластичность в процессе обработки и обеспечивающие эластичность готового материала. Кроме того, они облегчают смешивание в полимере сыпучих ингредиентов, регулируют клейкость полимерной композиции, снижают ее вязкость и температуру формирования. В качестве пластификаторов используют дибутилфтолат, диоктилфтолат, трикрезалфосфат и ряд других низкомолекулярных веществ, способных разрыхлять цепи полимеров.

Стабилизаторы - вещества, тормозящие старение полимеров. Они снижают скорость химических процессов, приводящих к старению пластмасс. Применяются антиоксиданты, препятствующие окислению.

Красители применяют для окрашивания материалов, для получения эстетического эффекта и имитации мягких и твердых тканей. Базисные материалы окрашивают под цвет слизистой оболочки. Искусственным зубам придают цвет зубов пациента. Красители должны обладать высокой дисперсностью, отсутствием склонности к миграции на поверхность изделия, не токсичностью, стойкостью к ротовой жидкости. Для окраски полимеров используют различные органические красители и пигменты.

Сшивагенты - вещества, которые образуют поперечные связи между макромолекулами для повышения прочности полимерных материалов.

Сшивагенты используются в некоторых конструкционных и пломбировочных материалах.

Антимикробные агенты - добавки, препятствующие зарождению и размножению микроорганизмов в полимерных материалах. Эти вещества должны быть достаточно эффективными и в чрезвычайно малых концентрациях.

Антиоксиданты - антиокислители, это природные или синтетические вещества, способные тормозить или предотвращать процессы, приводящие к старению полимеров.

Основные физико-механические свойства стоматологических сополимеров определяют следующие показатели:

Прочность на разрыв;

Относительное удлинение при разрыве;

Модуль упругости;

Прочность при прогибе;

Удельная ударная вязкость.

Важнейшими характеристиками базисного материала являются его пластичность и ударопрочность. В основном эти свойства определяют функциональные качества и долговечность протеза.

Одним из основных качеств сополимерных материалов является водопоглощение (набухание), которое может приводить к изменению геометрических форм базисных пластмасс, ухудшать оптические и механические свойства, способствовать инфицированию. Водопоглощение как физическое свойство проявляется при длительном пребывании базисных пластмасс (т. е. базиса протеза) во влажной среде полости рта.

Увеличение ударной прочности и эластичности хрупких сополимеров может быть достигнуто путем их совмещения с эластичными сополимерами.

К теплофизическим свойствам сополимерных материалов относятся теплостойкость, тепловое расширение и теплопроводность.

Величина теплостойкости определяет предельную температуру эксплуатации материала. Так, например, теплостойкость полиметилметакрилата по Мартенсу равна 60-80°С, а по Вика - 105 - 115°С. Введение неорганических наполнителей повышает теплостойкость, введение пластификаторов ее снижает.

Тепловое расширение характеризуется величиной линейного и объемного расширения.

Теплопроводность определяет способность материалов передавать тепло и зависит от природы сополимерной матрицы, природы и количества наполнителя (пластификатора).

Механизм полимеризации имеет несколько основных стадий:

Инициирование полимеризации;

Рост полимерной цепи;

Обрыв цепи;

Передача цепи.

Для получения полимеров используют радикальные и частично ионные инициаторы (чаще других применяют перекись бензоила).

Инициаторы - вещества, которые при своем разложении на свободные радикалы начинают реакцию полимеризации. Добавление активаторов в небольших количествах к катализатору вызывает значительное увеличение активности последнего (активаторы - химические вещества, усиливающие действие катализаторов).

Инициирование - превращение небольшого количества мономера в активные центры, способные присоединить к себе новые молекулы мономера [9].

Способы проведения полимеризации

Полимеризация в блоке (в массе) проводится в отсутствие растворителя, благодаря чему не происходит загрязнения полимера. Однако эта полимеризация трудно поддается регулированию вследствие высокой экзотермичности. По мере полимеризации увеличивается вязкость среды и затрудняется отвод тепла, вследствие чего возникают местные перегревы, приводящие к деструкции полимера, неоднородности его по молекулярной массе. Достоинством полимеризации в массе является возможность получения полимера в форме сосуда, в котором проводится процесс без какой-либо дополнительной обработки.

Полимеризация в растворе. При ее проведении устраняется возможность местных перегревов, поскольку теплота реакции легко снимается растворителем, выполняющим также роль разбавителя, уменьшается вязкость реакционной системы, что облегчает ее перемешивание. Но при проведении полимеризации в ряде растворителей возрастает доля реакций передачи цепи, что приводит к уменьшению молекулярной массы полимера. Кроме того, полимер может быть загрязнен остатками растворителя, который не всегда легко удаляется из полимера. Полимеризацию в растворе проводят двумя способами. При первом способе для полимеризации применяют растворитель, в котором растворяются и мономер, и полимер. Из получаемого раствора выделяют полимер осаждением или испарением растворителя. При втором способе полимеризацию в растворе проводят в жидкости, в которой растворяется мономер, но не растворяется полимер. Полимер по мере образования выдается в твердом виде и может быть отделен фильтрованием.

Полимеризация в суспензии. При этом методе, мономер диспергируют в воде в виде мелких капелек. Устойчивость дисперсии достигается механическим перемешиванием и введением в реакционную систему специальных добавок - стабилизаторов. При полимеризации в суспензии применяют растворимые в мономере инициаторы. Процесс полимеризации осуществляется в каплях мономера, которые можно рассматривать как микрореакторы блочной полимеризации. Достоинством этого способа является хороший отвод тепла, а недостатком - возможность загрязнения полимера остатками стабилизатора.

При эмульсионной полимеризации в качестве дисперсионной среды обычно используют воду, в качестве эмульгатора - различные масла. В качестве инициаторов применяют водорастворимые и окислительно-восстановительные системы. Полимеризация может протекать в растворе, на поверхности раздела капля мономера - вода, на поверхности или внутри мицелл мыла, на поверхности или внутри образующихся полимерных частиц, набухших в мономере. Достоинством эмульсионной полимеризации является возможность осуществления процесса с большими скоростями с образованием полимера высокой молекулярной массы, а также легкость теплоотвода; недостатком - необходимость удаления эмульгатора [1].

Типы полимерных материалов в стоматологии и их применение

Классификация полимеров по назначению:

Основные, используемые для изготовления съемных и несъемных зубных протезов:

базисные (жесткие) полимеры;

эластичные полимеры, или эластомеры (силиконовые) ;

полимерные (пластмассовые) искусственные зубы;

полимеры для замещения дефектов твердых тканей зубов, т. е. материалы для пломб, штифтовых зубов и вкладок;

полимерные материалы для временных несъемных зубных протезов;

полимеры облицовочные;

полимеры реставрационные (быстротвердеющие).

Вспомогательные.

Клинические.

К вспомогательным полимерным материалам можно отнести некоторые оттискные массы. Из полимеров выполнены стандартные и индивидуальные ложки для получения оттисков, стандартные и индивидуального изготовления защитные полимерные колпачки и временные коронки для защиты препарированных зубов.

Полимеры входят в состав композитных материалов, некоторых фиксирующих цементов. Многие основные и вспомогательные полимерные материалы следует отнести к группе клинических, поскольку они используются врачом на клиническом приеме.

Жесткие базисные полимеры

Указанные материалы применяются для изготовления базисов съемных пластиночных и дуговых (бюгельных) протезов.

В настоящее время в стоматологии в качестве базисных материалов широкое применение получили пластмассы.

Пластмассы - материалы, основу которых составляют полимеры, находящиеся в период формирования изделий в вязкотекучем или высокоэластичном, а при эксплуатации - в стеклообразном или кристаллическом состоянии.

Применяемые в клинике ортопедической стоматологии базисные пластмассы можно классифицировать по общепринятым (традиционным) признакам:

по степени жесткости - пластмассы жесткие (для базисов протезов и их реставрации) и мягкие, или эластичные, которые применяются самостоятельно (боксерские шины) или в качестве мягкой подкладки под жесткий базис;

по температурному режиму полимеризации - пластмассы «горячего» и «холодного» отвердения («самотвердеющие», «быстротвердеющие») ;

по наличию красителей - пластмассы «розовые» и «бесцветные» и др.

В то же время пластмассы как полимерные материалы делят на 2 основные группы:

Термопластические (термопласты) - при их затвердевании не протекают химические реакции и материалы не утрачивают способности размягчаться при повторном нагревании, т. е. они обратимы. Несмотря на успешные результаты ряда исследований по применению термопластов в качестве базисных материалов и методов изготовления из них зубных протезов литьем под давлением, этот вид материалов не нашел широкого применения в практике ортопедической стоматологии.

Термореактивные (реактопласты), при переработке которых в изделии происходит химическая реакция, приводящая к отвердению, а материал при этом теряет способность размягчаться при повторном нагревании, т. е. она необратима.

В стоматологии несколько десятилетий удерживают первенство базисные материалы на основе производных акриловой и метакриловой кислот. Ведущую роль акриловые материалы заслужили благодаря своим главным свойствам:

относительно низкой токсичности;

удобству переработки;

химической стойкости;

механической прочности;

эстетическим качествам.

Большинство базисных материалов в настоящее время содержит виметилметакрилат как основной ингредиент.

Совершенствование акриловых базисных материалов ведется по следующим направлениям:

сополимеризация акрилатов;

изменения в режиме переработки полимер-мономерных акриловых композиций при изготовлении зубных протезов:

полный отказ от акрилатов и применение для изготовления базисов литьевых термопластов или других материалов неакриловой природы, например полиуретана.

Наиболее результативным для улучшения физико - механических свойств базисных материалов оказался метод сополимеризации.

Сополимеризация - процесс образования макромолекул из двух и более мономеров.

Создание более совершенных полимерных базисных материалов определяется следующими методами:

сшиванием сополимерных молекул метилметакрилата (например, Акрел) ;

получением сополимерных композиций (Акронил, Фторакс) ;

введением пластифицирующих добавок (Акронил).

Таким образом, модификация акриловых полимеров остается основным путем совершенствования базисных материалов, с помощью которого можно достичь повышения ударной и усталостной прочности базисов съемных протезов. Примерами такой модификации являются: добавка каучуковой фазы в частицы- шарики порошка, введение в состав материала высокомодульных волокон. Введение высокомодульных полиэтиленовых волокон в базисный материал оказалось более эффективным в достижении повышенной ударной прочности материала и при этом не ухудшались его эстетические свойства, как в случае добавления углеродных волокон [2].

Эластичные базисные полимеры

Наличие в полости рта костных выступов и экзастозов, покрытых тонкой атрофированной слизистой оболочкой, значительная или полная резорбция альвеолярных гребней с наличием продольных складок слизистой оболочки затрудняет пользованием протезом из-за боли, что приводит к значительному снижению эффективности протезирования. В таких случаях показано применение протезов с подкладкой из эластичной пластмассы - эластомеров.

Эластичные пластмассы должны отвечать следующим специфическим требованиям:

должны обеспечивать прочное и долговременное соединение с материалом базиса, которое должно обладать минимальной адсорбирующей способностью по отношению к слюне и пищевым продуктам;

благодаря своей высокой пластичности должны плотно прилегать к слизистой оболочке во время жевания, не вызывать ее раздражения и амортизировать жевательное давление, т. е. создавать удобства при пользования протезом;

не должны содержать ни внешних, ни внутренних пластификаторов, благодаря чему исключено отверждение подкладки из-за их вымывания;

должны иметь хорошую смачиваемость при отсутствии набухания в условиях полости рта и постоянстве объема;

начальная мягкость и эластичность подкладки должны быть стабильно эластичными в полости рта;

не должны растворяться в полости рта;

должны обладать высокими износоустойчивостью и цветостойкостью.

Эластичные подкладки для базисов протезов можно классифицировать:

В зависимости от природы материала:

акриловые;

поливинилхлоридные или на основе винилхлорида с бутила-крилатом;

силоксановые или силиконовые;

полифосфазеновые флюорэластомеры (фторкаучуки).

В зависимости от условий полимеризации:

пластмассы высокотемпературной полимеризации;

пластмассы низкотемпературной полимеризации.

Акриловые эластичные материалы

Акриловые эластичные материалы могут иметь 2 формы выпуска:

комплект порошка и жидкости;

эластичные пластины.

Комплекты порошка с жидкостью могут быть высоко - и низкотемпературной полимеризации.

Жидкость для приготовления формовочной массы бывает двух видов:

смесь акриловых мономеров или метилметакрилат (может содержать пластификатор - диоктилфталат или другие, а также некоторые органические растворители)

смесь акриловых мономеров - жидкость для быстротвердеющих пластмасс.

Жидкость некоторых эластических материалов содержит вещества, регулирующие рост полимерной цепи. При полимеризации в этом случае образуется полимер меньшей молекулярной массы. Снижение молекулярной массы повышает эластичность материала.

Эластичные пластины для базиса поставляются в виде бесцветных или окрашенных в розовый цвет пластинок 100x65x1 мм для верхней челюсти и 100x65x2 мм для нижней челюсти. Оптимальной эластичности материал достигает в полости рта при 37°С.

Существенным недостатком некоторых акриловых материалов можно считать их относительно быстрое старение, проявляющееся в потере эластичности.

Поливинилхлоридные материалы

Поливинилхлоридные материалы выпускаются двух типов:

комплект порошка и жидкости;

гель в виде тонкой лепешки, ламинированной полиэтиленовой пленкой.

Материалы обоих типов представляют собой сополимеры винилхлорида с другими мономерами. В качестве сополимеров могут использоваться акрилаты, винилацетат и др. Эластичность достигается за счет внешней пластификации. Полихлорвиниловые материалы лучше противостоят истиранию, чем акриловые и силиконовые. Их соединение с базисом лучше, чем у силиконовых эластомеров. Наличие в составе полихлорвиниловых композиций пластификаторов обусловливает недостатки, присущие пластмассам с внешней пластификацией (миграция пластификатора, старение) [3].

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, нагрузка не делится, 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 нагрева 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) [3].

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:

изменение цвета облицовки (одноцветность, нестойкость) ;

недостаточная абразивная и механическая прочность;

набухание пластмассовой облицовки в ротовой жидкости;

образование краевой щели между облицовкой и металлическим каркасом;

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.

Рис. 1 (Применение фарфора при зубном протезировании)

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.

Рис. 2 (Применение ситаллов при зубном протезировании)

Фарфоровые массы находят свое применение в качестве исходного материала для:

заводского изготовления стандартных искусственных зубов;

заводского изготовления стандартных фарфоровых коронок и заготовок для фарфоровых вкладок;

индивидуального изготовления фарфоровых коронок и вкладок в условиях зуботехнической лаборатории;

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 фар ­ форовой 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 кварц и каолин. Полевой шпат обеспечивает пластичность фарфоровой массы и создает блестящую глазурованную поверхность после обжига [4].

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:

стекловидная изотропная масса, состоящая из полевошпатного стекла с различной степенью насыщения;

нерастворившиеся в стекле оплавленные частицы кварца;

кристаллы муллита, распределенные в расплаве кремнезем-полевошпатного стекла;

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:

недостаточное уплотнение частичек керамической массы;

потеря жидкости, используемой при изготовлении фарфоровой кашицы;

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

Большое практическое значение имеет направление усадки. Усадка может быть:

в направлении большего тепла;

в направлении силы тяжести;

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 [5].

Прочность

Прочность фарфора зависит от состава компонентов фарфоровой массы и технологии производства.

Основными показателями прочности являются:

прочность при растяжении;

прочность при сжатии;

прочность при изгибе.

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

электрохимической вибрации;

колонковой кисти;

метода гравитации (без конденсации) ;

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:

необходимое уплотнение материала;

хорошее просушивание массы перед обжигом;

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

проведение обжига при оптимальной для данной массы температуре;

время обжига;

способ применения вакуума при обжиге;

глазурование поверхности протеза.

Прочность фарфора также зависит от изменения технологии обжига:

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

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

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

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

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

Ситаллы - это стеклокристаллические материалы, получаемые при введении в расплавленное стекло катализаторов, в результате чего в объеме стекла возникают центры кристаллизации, на которых 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». 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 МПа. 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/м2 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

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.

Схема 1 (Основные свойства стоматологических сплавов)

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.

Схема 2 (Сплавы использующиеся в ортопедической стоматологии)

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) [6].

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:

высокой антикоррозийной стойкостью;

прочностью, твердостью;

малой усадкой при литье;

невысокой температурой плавления;

ковкостью, текучестью при литье;

возможностью паяния и сварки;

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:

моделирование из воска конструкций будущего протеза;

подготовка восковой модели для формовки;

формовка;

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 [7].

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.