Керамика (дентален порцелан, стъклокерамика) - Трезубов 2011 СВОЙСТВА НА ДЕНТАЛНИЯ ПОРЦЕЛАН
Керамика (дентален порцелан, стъклокерамика) - Трезубов 2011г
Глава 4. КЕРАМИКА (ДЕНТАЛЕН ПОРЦЕЛАН, СИТАЛИ)
4.2 ОСНОВНИ СВОЙСТВА НА ДЕНТАЛНИЯ ПОРЦЕЛАН
По физични свойства денталните порцелани са близки до стъклата, структурата им е изотропна. Те са свръхохладени течности и поради високия си вискозитет могат да запазят стъкловидно изотропно състояние при охлаждане без забележима кристализация.
Стоматологичните порцелани могат да преминат от твърдо в течно състояние (и обратно) по време на омекване или втвърдяване без образуване на нова фаза.
Стъклата нямат собствена точка на топене, но се характеризират с диапазон на омекване. Порцеланът се образува в резултат на сложен физико-химичен процес на взаимодействие на компонентите на порцелановата маса при висока температура. И така, при температура от 1100-1300 ° C калиевият шпат се превръща в калиево фелдшпатно стъкло. Каолинът и кварцът имат по-висока точка на топене от фелдшпат. В стопилката на фелдшпатно стъкло обаче каолинът и кварцът взаимодействат със стъклото. В този случай каолинът образува мулитови кристали с форма на игла, които проникват в цялата маса на порцелана. Кварцовите частици се стопяват, губят игловидната си форма и малко количество от тях преминава в стъклената стопилка.
Многобройни микроскопски изследвания са установили следнитеосновни структурни елементи на порцелана:
─ стъкловидна изотропна маса, състояща се от фелдшпатно стъкло с различна степен на насищане (Al2O3; SiO2);
─ разтопени частици кварц, които не се разтварят в стъкло;
─ кристали мулит 3Al2O3 2SiO2, разпределени в стопилка от силициево-фелдшпатно стъкло;
Стъкловидно тялоизотропната маса в съвременните дентални порцелани е основната им част. Той определя качеството и свойствата му. Количеството стъклена фаза се увеличава с повишаване на температурата на топене и увеличаване на времето за топене. Съотношението на кристалната и стъкловидната фаза определя физичните свойства на порцелана. Съдържанието на стъклена фаза в порцелановите маси осигурява техния блясък и прозрачност. Прекомерната температура на изпичане води до появата на прекомерен гланц и малки мехурчета на повърхността на продукта (Karalnik D.M. et al., 1983).
При прекомерно увеличаване на стъклената фаза силата на порцелана намалява. Кварцови частици, които не са разтворени във фелдшпатно стъкло, заедно с кристали мулит и алуминиев оксид, образуват порцелановия скелет. Порите са важен фактор в структурата на порцелана. Материалът има най-висока порьозност (35–45%) преди началото на синтероването (Budnikov P.P. et al., 1972).
С образуването на стъкловидната фаза порьозността намалява. Това увеличава плътността на материала и съответно намалява размера на продукта. Пълното разрушаване на порите се предотвратява от затворените в тях газови мехурчета, които се образуват в резултат на физикохимичното взаимодействие на отделните компоненти на масата. Високият вискозитет на фелдшпатното стъкло пречи на отстраняването на газовите мехурчета от порцелановия материал, което води до образуването на затворени пори.
Според температурата на изпичане съвременният дентален порцелан се класифицира катоогнеупорен(1300-1370°C),средно топим(1090-1260°C) инискотопим(870-1065°C). Приблизителният състав на компонентите на порцелана е показан в таблица 45.
Съставът на огнеупорен, среднотопим и нискотопим порцелан
Огнеупорният порцеланобикновено се използва за производство на изкуствени зъби заподвижни протези.
Порцелани със средна и ниска точка на топенесе използват за получаване на корони, инлеи и мостове. Използването на порцелан с ниска и средна точка на топене направи възможно използването на пещи с нихром и други нагреватели.
Присъздаване на корони, инлеи, мостовепорцелановият прах се смесва с дестилирана вода до консистенция на гъста каша. Порцелановата каша се нанася върху матрица, приготвена от платинено фолио, или върху огнеупорен модел за приготвяне на инкрустации, или директно върху метал, когато порцеланът се нанася върху метални неподвижни протези (фиг. 4.1). Суспензията внимателно се кондензира, излишната вода се отстранява с филтърна хартия. След това продуктът се поставя върху керамична тава и се суши във входа на вакуумна пещ. След това протезата за изпичане се поставя в пещта и се изпича в съответствие с режима, препоръчан от производителя на порцелановия материал.
Фиг.4.1.Комплект инструменти за работа с керамика (а) и керамична палитра за приготвяне на керамични маси с комплект четки за нанасяне, моделиране и уплътняване на маси (б). Долу вляво (b) показва етапа на нанасяне на масата при създаване на металокерамична корона.
Оптичните свойствана порцелана са едно от основните предимства на изкуствените зъби. Коронката на естествения зъб е полупрозрачна, но не прозрачна като стъклото. Това се обяснява с факта, че наред с поглъщането на светлина, прозрачността се изразява чрез съотношението на дифузно разсеяната и пропусната светлина. Светлината, състояща се от вълни с различна дължина, падаща върху повърхността на зъба, може да се абсорбира, отразява и пречупва.
Късите вълни (по-малко от 400 nm) се отразяват от емайла на режещия ръб на зъба, създавайки синкав оттенък (Serova G.A. et al.,1975 г.; Бартелс Г., 1997). Дългите вълни, преминаващи през средната част на зъба, съдържащи по-голямата част от твърдите тъкани, отразявайки и пречупвайки, образуват различни цветови нюанси от жълто-оранжево до синьо (Sked I.R., 1977). В цервикалната част емайлът рязко изтънява. Тази област е жълто-оранжева до кафява на цвят (McLean J.W., 1978). Денталният порцелан също е структурно разнороден материал.
Оптичният ефект на порцелана е близък до този на естествените зъби в случаите, когато е възможно да се намери правилното съотношение между стъклената фаза и порцелановите затъмнители. Това обикновено се предотвратява от големия брой въздушни пори и ефекта на замъгляване на кристалите. Намаляването на кристалните включвания води до увеличаване на деформацията на продукта по време на изпичане и намаляване на якостта на порцелана. По този начинувеличаването на прозрачносттаима определено ограничение.
Вторият начин за увеличаване на прозрачността на денталния порцелан е намаляване на размера и броя на газовите пори. Преди изпичане общият обем на въздушните включвания в кондензираната порцеланова каша е 20–45%.
Занамаляване на газовите пориса предложени четири метода:
1)изпичане на порцелан във вакуум- с този метод въздухът се отстранява, преди да има време да се задържи в разтопената маса;
2)изпичане на порцелан в дифузен газ(водород, хелий), когато нормалната атмосфера на пещта е изпълнена с дифузен газ; по време на изпичане въздухът излиза от пролуките и пукнатините на порцелана (методът е неподходящ на практика);
3)Изпичане на порцелан под налягане10 atm. Ако разтопеният порцелан се охлади под налягане, тогава въздушните мехурчета могат да намалят обема си и ефектът им на пречупване на светлината значително отслабва. наляганеподдържайте до пълното охлаждане на порцелана. Този метод все още се използва в някои фабрики за производство на изкуствени зъби. Недостатъкът на метода е невъзможността за повторно нагряване и остъкляване при атмосферно налягане, тъй като газовите мехурчета се възстановяват до първоначалните си размери;
4)атмосферно изпичанеедрозърнест материал се използва за увеличаване на прозрачността на порцелана. По време на изпичането на такъв порцелан се образуват по-големи пори, но техният брой е много по-малък от този на финозърнестите материали.
От горните четири метода,вакуумното изпичанее най-широко използваният, който в момента се използва както за създаване на протези в зъботехнически лаборатории, така и във фабрики за производство на изкуствени зъби. Вакуумно изпеченият порцелан има 60 пъти по-малко пори от атмосферно изпечения порцелан.
При изпичане на порцеланови масисвиванетое 20-40%. Причините за това свиване са:
─ недостатъчно уплътняване (кондензация) на частиците от керамична маса;
─ загуба на течност, необходима за приготвяне на порцеланова каша;
─ изгаряне на органични добавки (декстрин, захар, нишесте, анилинови багрила).
От голямо практическо значение епосоката на свиване. Свиването може да бъде:
─ в посока на по-голяма топлина;
─ по посока на гравитацията;
─ в посока на по-голямата маса.
В първия и втория случай свиването е незначително, тъй като в съвременните фурни (фиг. 4.2) се гарантира равномерно разпределение на топлината и гравитацията е ниска. Свиването в посока на големи маси е много по-голямо. Масата в стопилката, поради повърхностното напрежение и връзката между частиците, има тенденция да приеме формата на капка. В същото време тя е изтеглена отпериферни зони (например от шийката на коронката) към централната част на коронката (към по-голяма маса от порцелан), което в крайна сметка може да доведе до празнина между изкуствената порцеланова коронка и рамото на препарирания зъбен модел.
Здравствотона порцелана зависи от рецептата (компонентния състав) на порцелановата маса и производствената технология. Основнитеякостни показателина порцелана са:
─ якост на опън;
─ якост на натиск (4600-8000kg/cm2);
─ якост на огъване (447-625 kg/cm 2 ).
Якостта на огъване на съвременната керамика (съгласно международния стандарт ISO-9693 "Дентална металокерамика за зъбопротезиране", якостта на огъване на порцелана не трябва да бъде по-ниска от 50 MPa) за облицовъчни метални рамки е 80-90 MPa, а за порцеланEX-3Noritaki(Япония) е с 30% по-висока (Hiroshi I., Ban К., 1987).
Фиг.4.2.Керамична пещ.
Методът на кондензацияна порцелановите частици има голямо влияние върху якостта. Има четири метода на кондензация:
─ колинска или самурна четка;
─ гравитачен метод (без кондензация);
Повечето изследователи смятат, че най-доброто уплътняване на порцелановата маса може да се постигне с гофриран инструмент, последван от прилагане на натиск с филтърна хартия за отстраняване на течността.
Сред технологичните условия, които значително влияят на якостните характеристики, следва да се отбележи следното;
─ необходимото уплътняване на материала или кондензацията на порцеланови частици (виж по-горе);
─ добро изсъхване на масата преди изпичане;
─ оптимален (като правило не повече от 3-4) брой изпичания;
─ изпичане при подходяща температура зададена масова температура;
─ метод за прилагане на вакуум при изпичане;
─ остъкляване на повърхността на протезата.
─ началото на изгарянето трябва да съвпада с началото на разреждането на атмосферата на работната камера на пещта;
─ когато се достигне оптималната температура на изпичане, трябва да се постигне пълен вакуум;
─ увеличаването на броя на изпичанията намалява здравината на порцелана поради неговата витрификация;
─ изпичане при температура, надвишаваща оптималната, намалява якостта поради липса на стъклена фаза;
─ изпичането при температура под оптималната за дадена маса намалява якостта поради прекомерно увеличаване на стъклената фаза;
─ времето за изпичане във вакуум при достигане на оптималната температура на изпичане не надвишава 2 минути (с увеличаване на времето на излагане във вакуум, дори при оптимална температура, силата на порцелана намалява).
Най-добрите класове дентален порцелан, при оптимални условия за производство на продукти, имат якост на огъване от 600-700 kg/cm 2 . Такава здравина на зъбния материал е недостатъчна. Следователно условно е възможно да се разграничат най-малкодве основни направления в търсенето на начини за повишаване на якостта на порцелана: чрез нови технологии на изпичане, включително разработване на подходящо оборудване и инструменти; чрез промяна на рецептата на порцелановата маса.
Например, въвеждането в стъкло или порцелан на кристални частици с висока якост и еластичност, имащи същия коефициент на топлинно разширение като стъкло или порцелан, води до значително увеличаване на якостта. В този случай нарастването му става пропорционално на растежа на кристалната фаза. Кварцът се добавя към порцелана като подобрител на кристалната фаза. Кварцовите частици се свързват добре със стъклото на основния материал, но коефтоплинното им разширение е различно. По време на охлаждането около кварцовите кристали се появяват зони на напрежение, които се виждат ясно под поляризационен микроскоп. Пукнатините в подсиления с кварц порцелан преминават през зони на напрежение, заобикаляйки кристалите.
Добавянето на частици алуминиев оксид към някои видове порцелан (McLean J.W., Huges, 1965), т.е. използването на алуминиев (алуминиев) порцелан води до увеличаване на механичната якост на разтопения алуминиев оксид със 7 пъти. Точката на топене на алуминиевия оксид е 2000°C. Температурата на изпичане на алуминиевия порцелан е 1650–1750°C. Намаляването на температурата на изпичане се постига чрез въвеждане на други минерални вещества в алуминиевия оксид.
Фиг.4.3.Схема на посоката на пукнатината (a) в керамична облицовка, съдържаща кристали левцит (b).
По този начин алуминиевият порцелан съдържа 60% зъболекарски порцелан и 40% алуминиев оксид, което позволява намаляване на температурата на изпичане до 1050°C, докато здравината се удвоява. Тъй като алуминиевият оксид и денталния порцелан имат еднакъв коефициент на термично разширение, пукнатината в алуминиевия порцелан се разпространява както през стъклената, така и през кристалната фаза. Кристалите са потенциални спирачки за напукване (Фигура 4.3).