Эта работа была опубликована в сборнике научных трудов "Проблемы и перспективы современной науки
" с материалами Четвертой Международной Телеконференции
"Фундаментальные науки и практика" под редакцией д.б.н, проф. Ильинских
Н.Н. (Томск, 2011 год)
В настоящее время отечественная стоматология развивается в направлении интенсивного использования металлокерамических технологий. И каждый зубной техник чтобы владеть в совершенстве технологией нанесения керамических покрытий должен знать особенности физических свойств используемых стоматологических сплавов и керамических масс. Так как несоблюдение определенных правил работы изготовления металлического каркаса, и нанесения металлокерамического покрытия приводит порою к нежелательным результатам.
Настоящая статья посвящена проблемам грубых нарушений технологии при использовании никель-хром-молибденовых и кобальт-хром-молибденовых сплавов, и ставит своей целью объяснить причины появления трещин и зеленого оттенка металлокерамических протезов, и дать рекомендации для их недопущения.
Керамическое покрытие «ТРЕЩИТ»
Вероятность возникновения подобных нежелательных явлений может быть сведена к минимуму специалистом, знакомым с физическими свойствами материалов, используемых им в работе, и способным учесть такой важный фактор как КТЛР.
В металлокерамических конструкциях используются два несхожих по своим свойствам материала: металл и керамика. Металл – пластичен, имеет высокую прочность, допускает любые схемы напряжений: сжимающие и растягивающие. Керамика – хрупка, может работать только на сжатие. При самых небольших сгибающих или растягивающих усилиях оно разрушается. Чтобы этого не происходило, для снижения внутренних термических напряжений возникающих при образовании переходных слоев, на физические свойства и металла и керамики накладываются определенные условия.
Практически было установлено, что материал металлического каркаса должен иметь коэффициент термического линейного расширения (КТЛР) в области температур от 20 до 600°С приблизительно на 0,3 х 10-6 больше, чем керамика. Подобное различие в КТЛР материалов, приводит к тому, что при охлаждении с высоких температур сплав каркаса уменьшает линейные размеры быстрее, чем керамическое покрытие, которое по этой причине подвергается сжатию.
В случае равномерного охлаждения согласованной металлокерамической конструкции, температура металлического каркаса чуть выше температуры керамического покрытия, и величина возникающих сжимающих керамический слой напряжений невелика и составляет 2–5 кг/мм2.
В случае неравномерного или быстрого охлаждения эта величина может возрасти в 10 – 100 раз и керамическое покрытие может разрушиться. Например, при быстром охлаждении в потоке холодного воздуха от вентилятора или в воде.
Если возникающие напряжения не превысили предел прочности керамического слоя, то разрушения не происходит. Но керамический слой остается в сжатом состоянии и при комнатной температуре. И в последствии эти сжимающие усилия, приложенные к керамическому покрытию от металлического каркаса, компенсируют растягивающие напряжения приложенные к керамическому слою при последующем нагреве. Например, когда происходит повторный нагрев протеза в процессе нанесения дентинного или глазуровочного слоя, или в случае готового протеза, когда пациент пьет горячий чай.
Коэффициент линейного расширения в интервале температур от 20 до 600°С для кобальт-хром-молибденовых сплавов колеблется в пределах от 14,3 х 10-6 до 14,5 х 10-6, а для никель-хром-молибденовых от 13,9 х 10-6 до 14,2 х 10-6. Для этих групп сплавов были разработаны две группы керамических масс. Так, например, фирма IVOCLAR выпускает керамику типа IPS для работы с никелехромовыми и HPS для работы с кобальтохромовыми сплавами соответственно.
Если же вопреки рекомендациям использовать керамику HPS для никелехромовых или керамику IPS для кобальтохромовых сплавов, то с увеличением скорости охлаждения после отжига возрастает вероятность растрескивания покрытия. При медленном охлаждении растрескивания может сразу и не произойти, что не исключает появления этого дефекта впоследствии.
Если соблюдены все условия нанесения керамического покрытия и процессы нагрева и охлаждения протеза в керамической печи производились с заведомо малой скоростью, а керамическое покрытие растрескивается. Неважно, когда это разрушение происходит: в процессе изготовления – при отжиге, или сразу после отжига, или в процессе отделки готового протеза, – или во рту у пациента; всегда, во всех случаях причиной появления этого дефекта является несоответствие КТЛР сплава и керамического покрытия.
Вариантов допущенных технологических ошибок немного:
1. Несовместимость КТЛР сплава и керамики – неверный выбор сплава. Будьте внимательны в выборе сплава и керамики!
2. Использование литейных отходов другого, чаще железосодержащего сплава. Например, остатков от предыдущей плавки нержавеющей стали. Присутствие железа в сплаве усиливает парамагнетизм сплава (никелехромовые сплавы не ферромагнитны) и явление магнитострикции, тем самым резко увеличивает КТЛР сплава. Во всех технических условиях на изготовление никелехромовых сплавов для металлокерамических работ в химическом составе сплавов содержание железа не допускается выше 1–2%!
3. Неоднократные повторные попытки расплавить металл; или увеличение времени нахождения металла в расплавленном состоянии; (рекомендуемое максимальное время расплавления – 90–120 сек.). Здесь уместно рекомендовать литейщикам при любой выплавке плавить быстро, на максимальной мощности, но не перегревать металл. Так как даже в процессе вакуумной выплавки, при высокой температуре, всегда происходит загрязнение сплава окислами и, как следствие, ухудшение его свойств.
Керамическое покрытие зеленеет
Это явление в первую очередь относится к никелехромовым сплавам. Все никелехромовые сплавы, используемые в стоматологии для металлокерамических работ, созданы на основе жаростойких сплавов сопротивления, предназначенных изначально для нагревательных элементов печей, электроплит и пр. Это так называемые «НИХРОМЫ». Их высокая коррозионная стойкость обусловлена тем, что при высокой температуре на поверхности никелехромового сплава образуется прочная окисная пленка, состоящая из окислов NiO(8%) и Cr2O3(90%). Технологический процесс нанесения керамического покрытия включает в себя этап предварительного окисления в вакууме. Именно тогда и образуется эта пленка. Изначально она очень тонка (10-6–10-5мм) и выполняет полезную функцию промежуточного адгезивного слоя для грунта керамики. В таких толщинах она имеет матово-серый графитовый цвет.
Но если процесс окисления происходит на воздухе или в недостаточном высоком вакууме, или при повышенной температуре и чрезмерно длительное время (давление в печи выше 60 мбра, температура окисления выше 980°С, а время нахождения при высокой температуре более 10 минут), то эта пленка, утолщаясь, приобретает зеленоватый оттенок, интенсивность которого возрастает по мере увеличения толщины пленки. Это цвет окиси хрома. (Цвет пасты Гои – используется для полировки зубных протезов, стекла и ювелирных изделий).
Следует также обратить внимание на тот факт, что металл каркаса имеет определенное количество растворенного в нем кислорода, обычно это 0,002–0,005% для металла вакуумной выплавки и 0,01–0,01% – для металлов открытой выплавки. Да и сам порошковый грунт и порошковая керамика содержат в себе абсорбированные молекулы кислорода. Поэтому, процесс образования окисной пленки происходит не только на первой стадии вакуумного отжига металлического каркаса, но и при дальнейших процессах нанесения и формирования керамического покрытия, как грунтового слоя, так и дентинных слоев керамики.
Подчеркиваем: утолщение хромосодержащего окисного слоя происходит на всех стадиях формирования керамики.
К нежелательному зеленоватому оттенку протеза приводит чрезмерная толщина окисного слоя. Так как, активизирует диффузное проникновение окислов хрома в поверхностные слои керамики.
Этому явлению может частично содействовать и невысокое качество литейных заготовок: повышенное количество газов в исходном сплаве – открытая выплавка, непосредственная отливка заготовок в атмосфере воздуха и пр. О качестве литейных заготовках можно судить по их внешнему виду.
Если заготовки для литья производят на заводах, непосредственно разливая металл в виде маленьких слиточков массой 7–10г, то получаемые литейные заготовки всегда могут иметь литейные дефекты и повышенное содержание газов. Такие же дефекты имеют и литейные заготовки, полученные методом отсоса жидкого металла в кварцевые или металлические трубки .
Плохо раскисленный металл, т.е. с повышенным содержанием газов (кислорода), имеет меньшую коррозионную стойкость, и пониженную пластичность – плохо поддается деформации. Поэтому некоторой гарантией, что металл хорошо раскислен и не содержит в своем составе большого количества газов, является прокатанный металл с чистой гладкой поверхностью.
Таким образом, если готовый протез имеет зеленоватый оттенок, то причина этого, однозначно, лежит в большой толщине окисной пленки под керамическим покрытием.
Для предупреждения возникновения подобного явления можно рекомендовать:
1. Использовать для отливки каркасов металлические заготовки вакуумной выплавки.
2. Вести плавку на максимальной мощности, не перегревая металл.
3. Не использовать литейные отходы.
4. Следить за вакуумной системой керамической печи и проверять натекание: спустя 40 сек после выключения откачивающего насоса величина давления в системе не должна быть выше 70 мбар.
5. На всех стадиях нанесения керамического покрытия всегда поддерживать нормальное давление в печи (20–55 мбар). Периодически производить замену масла в масляном вакуумном насосе. Не допускать «сквозняков» в вакуумной системе печи (случается, что манометр показывает низкое давление, но присутствует натекание воздуха – загрязнилась резиновая прокладка в вакуумной печи и пр.).
6. Регулярно проверять правильность показаний термометра печи, используя хотя бы серебряный тест.
7. Корректировать режим образования поверхностной окисной пленки в сторону снижения температуры и уменьшения времени выдержки.
8. Использовать для керамических покрытий проверенные марки керамики.
9. При нанесения грунта и дентинных слоев использовать свежеприготовленные растворы.
Запрещать использовать литейные отходы, было бы непозволительной роскошью, поэтому в целях экономии можно рекомендовать использовать отходы при выплавке менее ответственных работ: одиночных цельнолитых коронок или под пластмассовую облицовку, с соответствующим изменением прейскурантных цен. Это позволит использовать литейные отходы как никелехромовых, так и кобальтохромовых сплавов без какого-либо риска получения некачественной продукции или нанесения экономического ущерба фирме.
