Учебная тема: Фарфоровые массы, виды фарфоровых масс, состав, свойства, характеристика компонентов фарфоровых масс, правила подбора цвета фарфора, режим обжига фарфоровых масс.
Цель изучения темы:
1. Изучить состав, свойства и основные характеристики фарфоровых масс.
2. Изучить режим и условия обжига фарфоровых масс.
3. Научиться правилам определения цвета при изготовлении фарфоровых или комбинированных конструкций.
Основные термины: каолин, полевой шпат, кварц, плавни (флюсы), опаковая масса, плечевая масса, шликерное литье, CAD-CAM, стеклокерамика, обжиг фарфора, глазурование, флюоресценция, фтористоводородная (плавиковая) кислота.
План изучения темы:
На занятии № 17 (семинар) рассматриваются вопросы № 1,2,3,4 на занятии № 18 (практическое занятие) рассматривается вопрос № 5, 6 и проводится практическая часть.
1. Письменный контроль :дать определение фарфоровым массам, перечислить виды фарфоровых масс по температуре обжига.
Фарфор - керамический продукт, получаемый в результате обжига фарфоровой массы, приготовленной из основных компонентов - каолина, полевого шпата, кварца и красителей.
Фарфор относится к группе материалов, представляющих собой смесь, содержащую глинистые вещества (слово «керамический» происходит от греч. «керамос » - горшечная глина). В этой смеси каолин как глинистый материал играет главную роль связующего вещества, скрепляющего частицы наполнителя - кварца. Оба эти вещества образуют твердую основу фарфора, отдельные зерна которого цементируются во время обжига третьим элементом - полевым шпатом.
Современный стоматологический фарфор является результатом совершенствования твердого, т.е. бытового декоративного фарфора.
По своему назначению фарфоровые массы являются исходным материалом для:
1. Заводского изготовления стандартных искусственных зубов;
2. Заводского изготовления стандартных фарфоровых заготовок для коронок и фарфоровых вкладок;
3. Индивидуального изготовления фарфоровых коронок, вкладок и виниров в условиях зуботехнической лаборатории;
4. Облицовки цельнолитых каркасов металлических несъемных зубных протезов (коронок, мостовидных протезов), а также безметалловых конструкций из оксида и диоксида циркония и оксида алюминия;
5. Индивидуального изготовления фарфоровых коронок, вкладок и виниров в условиях клинического приема и зуботехнической лаборатории (CAD-CAM);
Современный стоматологический фарфор по температуре обжига классифицируется как:
- тугоплавкий (1300-1370°С);
- среднеплавкий (1090-1260°С);
- низкоплавкий (870-1065°С).
В настоящее время выделяется также “холодная керамика” с температурой обжига 600-750°С.
2. Описать состав и охарактеризовать компоненты фарфоровых масс. Перечислить структурные элементы фарфора.
Каолин — белая или светлоокрашенная глина, которой содержится в фарфоровой массе от 3 до 65%. При этом чем больше в смеси каолина, тем меньше прозрачность и тем выше температура обжига фарфоровой массы. Основной частью каолина (99%) является алюмосиликат - каолинит (А12O3 х 2SiO2 х 2Н2O). Температура его плавления равна 1800 С. Каолин оказывает влияние на механическую прочность и термическую стойкость фарфора и действует, как связующее вещество, позволяя моделировать необожженный фарфор. Каолин непрозрачен, даже если он присутствует в небольших количествах, поэтому у первых стоматологических фарфоров отсутствовала необходимая прозрачность. Таким образом, каолин был исключен из состава стоматологического фарфора, который сегодня представляет полевошпатное стекло с включениями кристаллического кварца.
Полевой шпат — это безводные алюмосиликаты калия, натрия или кальция. Температура плавления его равна 1180-1200° С. При высокой температуре полевой шпат обеспечивает развитие стекловидной фазы, в которой растворяются и другие компоненты (кварц, каолин). Стекловидные фазы придают пластичность массе во время обжига и связывают составные части. Полевой шпат создает блестящую глазурованную поверхность зубов после обжига. При расплавлении он превращается в вязкую аморфную стеклоподобную массу. Чем больше в смеси полевого шпата (и кварца), тем прозрачнее фарфоровая масса после обжига. При обжиге фарфоровой массы полевой шпат, как более легкоплавкий компонент, понижает температуру плавления смеси. В этой связи его рассматривают в роли плавня (флюса). Содержание полевого шпата в фарфоровой смеси достигает 60-70%. Полевой шпат, чаще калиевый, называют микроклином или ортоклазом - в зависимости от структуры. Ортоклаз (K2О х А12O3 х 6SiO2) — основной материал для получения стоматологической фарфоровой массы. Натриевый полевой шпат называется альбитом, кальциевый — анортитом.
Кварц (SiO2) — минерал, ангидрид кремниевой кислоты. Кварц тугоплавок, температура его плавления составляет 1710° С. Он упрочняет керамическое изделие, придает ему большую твердость и химическую стойкость. Кварц уменьшает усадку и снимает хрупкость изделия. В процессе обжига кварц (кремнезем) увеличивает вязкость расплавленного полевого шпата. При температуре 870-1470°С кварц увеличивается в объеме на 15,7%, в результате чего снижается усадка фарфоровой массы. В состав фарфоровой массы для искусственных зубов кварц вводят в количестве 25-32%. Кварц остается неизменным в процессе обжига и действует, как упрочняющий компонент состава. Он присутствует в виде тонкокристаллической дисперсии в стеклофазе, образовавшейся в результате расплавления полевого шпата. При охлаждении расплава полевого шпата образуется стеклянная матрица.
Красители окрашивают фарфоровые массы в различные цвета, свойственные естественным зубам. Обычно красителями являются оксиды металлов.
Плавни (флюсы) - вещества, понижающие температуру плавления фарфоровой массы (карбонат натрия, карбонат кальция и др.).
Пластификаторы - в фарфоровых массах, не содержащих каолин. Роль пластификаторов выполняют органические вещества (декстрин, крахмал, сахар), которые полностью выгорают при обжиге.
Анилиновые краски - для облегчения моделирования фарфоровых зубов порошки массы подкрашивают анилиновыми красками, которые, как и органические пластификаторы, полностью выгорают при обжиге фарфора.
Состав тугоплавкого, среднеплавкого и низкоплавкого фарфора (%)
| полевой шпат | кварц | каолин | |
| Тугоплавкий | |||
| Среднеплавкий | |||
| Низкоплавкий |
Установлены следующие основные структурные элементы фарфора:
ü стекловидная изотропная масса, состоящая из полевошпатного стекла с различной степенью насыщения;
ü нерастворившиеся в стекле оплавленные частицы кварца;
ü кристаллы муллита, распределенные в расплаве кремнеземполевошпатного стекла;
ü поры.
3. Перечислить и охарактеризовать основные свойства стоматологического фарфора.
По физическим свойствам стоматологические фарфоры близки к стеклам, структура их изотропна. Они представляют собой переохлажденные жидкости и вследствие высокой вязкости могут сохранять стеклообразное изотропное состояние при охлаждении без заметной кристаллизации.
Коэффициент теплового расширения фарфора равен 12. При изготовлении металлокерамических конструкций КТР фарфора должен соответствовать КТР сплава. Коэффициент термического расширения большинства керамических материалов намного ниже, чем у металлов. При охлаждении металл сжимается быстрее, чем керамика, так как его коэффициент термического расширения выше. Это приводит к тому, что керамика остается в состоянии сжатия. Несмотря на то, что нахождение хрупкого материала
под действием напряжений сжатия является потенциально выгодным состоянием, очень важно, чтобы расхождение между коэффициентами расширения было небольшим. Если это расхождение окажется слишком высоким, то внутренние напряжения, возникающие при охлаждении зубного протеза, могут привести к разрушению керамического покрытия, причем самым вероятным местом разрушения станет поверхность раздела между
металлом и керамикой.
Прочность фарфора зависит от рецептуры (состава компонентов) фарфоровой массы и технологии производства:
- прочность на сжатие – 350-550 МПа;
- прочность на растяжение – 20-60 МПа;
- прочность на изгиб – 20-30 МПа.
Такие прочностные характеристики типичны для хрупких твердых веществ.
Большое влияние на прочность оказывает метод конденсации частичек фарфора. Существует четыре метода конденсации:
- электромеханической вибрацией;
- коронковой кистью;
- методом гравитации (без конденсации);
- рифленым инструментом.
Среди технологических условий, которые существенно влияют на прочностные показатели, необходимо отметить следующие:
ü необходимое уплотнение материала, т.е. конденсация частичек фарфора;
ü хорошее просушивание массы перед обжигом;
ü оптимальное (как правило не более 3-4) количество обжигов;
ü проведение обжига при адекватной для данной массы температуре;
ü время обжига;
ü способ применения вакуума при обжиге;
ü глазурование поверхности протеза.
Керамика подвержена растворению фтористоводородной (плавиковой) кислотой, что применяется для создания микрошероховатости и улучшения к ней полимера
Оптические свойства фарфора.
Оптический эффект фарфора близок к таковому естественных зубов в тех случаях, когда удается найти правильное соотношение между стеклофазой и замутнителями фарфора.
Основной путь увеличения прозрачности фарфоровых масс заключается в уменьшении размера и количества газовых пор (до обжига суммарный объем воздушных включений сконденсированной фарфоровой кашицы составляет 20-45%). Для этого обжиг фарфора проводят в вакууме.
Фарфоровые массы должны обладать флюоресценцией – свойство объектов поглощать свет с длинами волн, находящимися вблизи от ультрафиолетовой области спектра (300 — 400 нм), а затем высвобождать свет с большими длинами волн (400 — 450 нм). Ею мож-
но объяснить то, почему зубы выглядят такими белыми при флюоресцентном освещении, и почему коронки, мостовидные протезы или пломбы иногда становятся слишком заметными при попадании на них света от флюоресцентных ламп, хотя при дневном
свете цвет этих реставраций совпадает с цветом натуральных зубов.
Усадка.
При обжиге фарфоровых масс усадка составляет до 20-40%. Причинами такой усадки являются:
ü недостаточное уплотнение (конденсация) частичек керамической массы;
ü потеря жидкости, необходимой для приготовления фарфоровой кашицы;
ü выгорание органических добавок (декстрин, сахар, крахмал, анилиновые красители).
4. Виды фарфоровых масс.
В зависимости от системы упрочнения всю стоматологическую керамику можно разделить на три категории:
ü керамика с упрочненным керамическим каркасом;
ü керамика для фиксации полимерными адгезивами;
ü металлокерамика.
1. Керамика с упрочненным керамическим каркасом.
- Каркасный материал на основе полевошпатного стекла, упрочненного оксидом алюминия, часто называемый алюмооксидным фарфором для жакет-коронок.
Упрочнение опакового (грунтового) слоя коронок оксидом алюминия. Материал представляет собой полевошпатное стекло с добавкой 40 — 50% оксида алюминия
Прочность при изгибе составляет 100 — 150 МПа.
- Стеклонасыщенная высокопрочная керамика для каркасов зубных протезов (In-Ceram, Vita Zahnfabrik, Bad Sackingen, Германия).
Альтернативным подходом является система, названная In-Ceram (Vita). В составе материала для изготовления керамических каркасов в этой системе содержится около 85% оксида алюминия. Керамический каркас моделируют на огнеупорной
модели из тонкого шликера, содержащего порошок оксида алюминия. Этот процесс называется шликерным литьем. После сушки штампика, его обжигают в течение 10 час при температуре 1120°С. Затем пористый каркас насыщают лантановым стеклом, которое плавят при температуре 1100°С в течение 4-6 часов. Для создания функциональной и эстетически привлекательной формы коронки каркас облицовывают обычной стоматологической полевошпатной керамикой.
In-Ceram-Zirconia получен на основе керамики In-Ceram-Alumina, в состав которой введена добавка 33% массы диоксида циркония. In-Ceram-Zirconia отличается повышенной прочностью и позволяет изготавливать керамические каркасы с прочностью ~700 МПа.
Альтернативным подходом к описанной выше технологии шликерного литья является изготовление цельнокерамических реставраций с применением технологии CAD-CAM (компьютерное моделирование/ компьютерное управление процессом изготовления). Эта технология изготовления реставраций используется как в системе CEREC (Siemens), так и в системе Celay (Vident). Блоки из керамики In-Ceram-
Alumina/Zirconia, подлежащие механической обработке для получения готовых реставраций, изготавливаются путем сухого прессования, что позволяет получить более плотный и более однородный материал с открытой пористостью, благодаря чему повышается прочность керамики при изгибе после ее насыщения лантановым стеклом.
- Каркасы, полностью состоящие из плотноспеченного оксида алюминия (Techceram, Techceram Ltd., Procera AllCeram, Nobel Biocare).
Процесс изготовления керамических каркасов Procera AllCeram состоит из снятия оттиска, изготовления штампика, сканирования геометрии штампика и моделирования желаемой формы реставрации на экране компьютера с помощью
использования специально разработанной для этого компьютерной программы, передачи информации через модем в лабораторию в Стокгольме. Керамические каркасы изготовляют по особой технологии, в которую входит спекание частого оксида алюминия со степенью очистки 99,9% при температурах 1600 — 1700°С, что позволяет получить плотноспеченный материал с отсутствием пористости. Керамические каркасы затем отсылают в зуботехническую лабораторию для нанесения эстетического покрытия, представляющего собой полевошпатные стекла, совместимые с плотноспеченным алюмооксидом. Прочность при изгибе плотноспеченного алюмооксидного каркасного материала составляет около 700 МПа.
В системе Techceram применен совершенно иной подход. Полученный оттиск можно отослать на фирму Techceram Ltd, где по нему изготовят специальный штампик, на который методом горячеплазменного напыления из плазменной пушки будет осажден оксид алюминия. Плотность керамических каркасов составляет 80-90%. Для достижения более высокой прочности и прозрачности, каркасы, полученные методом напыления в горячей плазме, подлежат дальнейшему спеканию при температуре 1170°С. Готовый керамический каркас отсылают в зуботехническую лабораторию, где зубные техники-керамисты создадут анатомическую форму и воспроизведут внешний вид натуральных зубов с помощью нанесения полевошпатных стекол.
2. Керамика для фиксации полимерными адгезивами- «стеклокерамика».
- Полевошпатная стеклокерамика, упрочненная лейцитом. Прочность приближается к 120 МПа. Цельнокерамические реставрации из полевошпатной керамики, упрочненной лейцитом, можно изготовить либо спеканием, либо методом,
называемым горячее прессование.
Метод спекания. В этом случае, керамическую массу наносят непосредственно на огнеупорный штампик. Массу высушивают и обжигают в вакуумной зуботехнической печи для обжига фарфора. На нижний слой керамики наносят несколько слоев керамической массы для воспроизведения особенностей натуральных зубов пациента.
Горячее прессование керамики. Метод горячего прессования частично основан на применении техники литья по выплавляемой модели. Как и при литье металлических каркасов, сначала создают восковую модель реставрации, а затем эту модель заливают огнеупорным формовочным материалом. Воск выжигают, и в полученной форме остается место для заполнения стеклокерамикой, упрочненной лейцитом. Затем, в специально разработанной для этого прессовочной печи, пространство в форме заполняют стеклокерамикой, полученной разогревом керамической таблетки до состояния вязкого расплава при температуре 1180°С.
- Стеклокерамика на основе дисиликата лития и апатита.
Образующаяся при обжиге кристаллическая фаза представляет собой дисиликат лития (Li2Si205) и занимает до 70% объема материала. Дисиликат лития отличается необычной микроструктурой, состоящей из множества произвольно ориентированных сцепленных друг с другом мельчайших игольчатых кристаллов плоской формы.
Кристаллы дисиликата лития блокируют развитие микротрещин в структуре стеклокерамики, что приводит к существенному повышению прочности материала при изгибе. Прочность при изгибе стеклокерамики на основе дисиликата лития
находится в диапазоне от 350 до 450 МПа, а ее упругость почти в три раза превышает аналогичный показатель лейцитовой стеклокерамики.
5. Технология фарфорового покрытия.
Фарфоровое покрытие выполняется многослойным и состоит из:
- непрозрачной грунтовой массы (толщиной 0,2 - 0,3 мм), маскирующей металлический каркас и обеспечивающий прочную связь фарфора с поверхностью сплава (для повышения прочности сцепления и замутнения в грунтовую массу вводят ряд добавок). Эта масса обладает флюоресцирующим эффектом и может быть стандартно или интенсивно окрашена;
- полупрозрачного дентинного слоя (толщиной 0,65 - 0,8 мм);
- прозрачного (транспарентного) слоя, имитирующего режущий край зуба;
- плечевой (краевой) массы, которой выкладывается уступ.
Температура обжига распространенных фарфоровых масс для металлокерамики не превышает 980°С. Обжиг производиться в вакуумных печах, согласно программе, которая рекомендована производителем массы.
Природа связи между металлическим каркасом и керамикой изучена достаточно глубоко, и в настоящее время считается, что в образовании связи участвуют три механизма:
- механическая ретенция;
- действие напряжений сжатия;
- химическое взаимодействие.
6. Методика подбора цвета керамического покрытия или цельнокерамической конструкции.
В клинике подбор цвета может проходить по следующим алгоритмам:
1. подбор цвета без учета сохранившихся зубов (когда все зубы покрываются протезами или пациент настаивает на изменении цвета без учета сохранившихся зубов);
2. определение цвета с учетом сохранившихся зубов.
При подборе цвета рекомендуют соблюдать следующие правила:
- перед определением необходимо провести снятие зубных отложений;
- этот этап лучше проводить в светлое время суток (оптимально в полдень) при умеренном естественном освещении;
- цвет лучше не определять сразу после препарирования зубов и не откладывать на конец рабочей смены;
- при определении цвета зуб делится на три (минимум) зоны, каждая из которых имеет свои оптические особенности: пришеечная, центральная (ядро) зуба, режущий край (окклюзионная треть);
- лучше, если в определении цвета принимает участие зубной техник;
- при согласовании цвета с пациентом не стоит показывать ему более двух вариантов одновременно, если он настаивает на очень светлой расцветке и попытки переубедить его не приводят к успеху, то его пожелания необходимо задокументировать в карте под роспись;
- будущую расцветку можно опробовать на временных пластмассовых конструкциях, с поправкой на различие оптических характеристик пластмассы и керамики.
УИРС:
1. Самостоятельная работа студентов:
Определение цвета зубов с применением шкалы VITA и Chromascop Vivadent.