Состав и свойства металлических сплавов, применяемых при изготовлении ортопедических конструкций.

В ортопедической стоматологии для изготовления протезов используют различные металлические сплавы, которые должны обладать высокими механическими свойствами (пластичностью, вязкостью, упругостью, твёрдостью, высоким сопротивлением износу); хорошими технологическими свойствами (жидкотекучестью, ковкостью, свариваемостью); обладать необходимыми физическими свойствами (невысокой температурой плавления, небольшой плотностью, минимальной усадкой); и химическими (иметь коррозийную стойкость в полости рта).

Механические свойства материалов – это способность материалов сопротивляться деформирующему и разрушающему воздействию внешних механических сил в сочетании со способностью при этом упруго и пластически деформироваться.

Деформацией называется изменение размеров и формы тела под действием приложенных к нему сил. Деформация может быть упругой и пластичной. Первая исчезает после снятия нагрузки. Она не вызывает изменений структуры, объема и свойств металлов и сплавов. Вторая не устраняется после снятия нагрузки и вызывает изменение структуры, объема, и свойств металлов и сплавов. Пластическая деформация приводит к изменению физических свойств металла, а именно: к повышению электросопротивления, уменьшению плотности, изменению электромагнитных свойств. Упрочнение металла под действием пластической деформации еще называется наклепом. Имеющие наклеп металлы более склонны к коррозионному разрушению при эксплуатации.

Выделяют следующие механические свойства: твердость, прочность, упругость, пластичность.

Твердостью называется способность тела оказывать сопротивление при внедрении в его поверхность другого тела. Это важная характеристика материала, позволяющая судить о способности материала сопротивляться износу.

Прочностью называют способность материала сопротивляться действию внешних сил, не разрушаясь и не деформируясь. Это одно из основных требований, предъявляемых к материалам, из которых изготавливают все виды протезов. Прочность материала зависит от его природы, строения, размеров изготовленных из него изделий, величины нагрузок и характера их действия.

Упругость – это способность материала изменять форму под действием внешней нагрузки и восстанавливать форму после снятия этой нагрузки. Наглядным примером упругих свойств материала может служить растяжение металлической пружины и изгиб стальной проволоки. После устранения действия силы все эти тела приобретают прежнюю форму.

Пластичность – свойство материала, не разрушаясь, изменять форму под действием нагрузок и сохранять эту форму после того, как нагрузка перестает действовать. Этим свойством обладают многие слепочные массы, воск, металлы.

К физическим свойствам материалов относятся цвет, плотность, плавление, теплопроводность, тепловое расширение и сжатие при нагревании и охлаждении.

Цвет материала играет важную роль совпадать с цветом тех тканей, которые он замещает. Все металлы не соответствуют этому требованию, но пластмассы и фарфор, наоборот, могут быть приведены в точное соответствие с цветом близлежащих тканей.

Плотностью называется количество данного вещества, содержащегося в единице объема. Это свойство имеет большое значение при выборе материала для изготовления различных конструкций протезов. Зная плотность материала, можно легко вычислить, какой будет масса всего изделия, изготовленного из этого материала.

Плавление – это переход тела из твердого состояния в жидкое под действием тепла. Твердые тела переходят в жидкое состояние при разной температуре, которая называется температурой плавления.

Тепловое расширение – это способность тел расширяться при нагревании, т.е. в большей или меньшей степени изменять линейные и объемные размеры. При охлаждении этих тел наблюдается обратное явление – уменьшение объема или сжатие. В стоматологической практике постоянно приходится иметь дело с телами, обладающими разными коэффициентами линейного и объемного расширения. Если не учесть коэффициента теплового расширения, то отлитые металлические детали не будут соответствовать заготовленной детали вследствие усадки при охлаждении.

Технологические свойства – это свойства, определяющие пригодность материала к обработке и возможность применения его в тех или иных условиях. Наиболее важными для ортопедической стоматологии являются ковкость, усадка и текучесть.

Ковкость – это способность материала поддаваться обработке давлением, принимать новую форму и размеры под действием прилагаемой нагрузки без нарушения целостности. Свойство ковкости присуще многим металлам и почти отсутствует у пластмасс.

Под текучестью понимают способность материала в жидком, пластифицированном или расплавленном состоянии заполнять тонкие места литьевой или прессовочной формы. Это свойство материалов в ортопедической стоматологии используется для изготовления литых деталей из металлов, протезов из пластмассы.

Усадка – это уменьшение объема отлитой или отпрессованной детали при охлаждении или затвердении материала при переходе из одного состояния в другое и хранении. Она зависит от свойств материалов, степени их нагрева и способа охлаждения.

Под химическими свойствами материалов понимают отношение материалов к другим химическим веществам, в частности, их поведение в различных средах: кислотах, щелочах, растворах солей, воде и на воздухе. К химическим свойствам относят растворимость, окисляемость, жаростойкость.

Широко известны такие явления как коррозия металла и гальванизм. Зубные протезы в полости рта постоянно подвергаются воздействию химически активных веществ. Если материал, из которого они изготовлены, будет вступать во взаимодействие с жидкостями полости рта, то он будет разрушаться, и образующиеся в результате реакции вещества, попадая в организм, могут оказать на него вредное воздействие. Поэтому основным требованием, предъявляемым к материалам, является их абсолютная химическая стойкость в полости рта.

Взаимодействие между металлом и полости рта первоначально может заключаться в некоторой адсорбции компонентов этой среды поверхностью металла. При определенных условиях адсорбция может привести к возникновению химических реакций, которые чаще всего приводят к коррозии, т.е. процессу разрушения металлов вследствие их химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой, ротовой жидкостью, слюной, пищей. Усилению процессов коррозии способствуют и знакопеременные нагрузки, которые претерпевают металлические конструкции в полости рта.

Характер коррозии металлов различают по: а) форме разрушения; б) механизму процесса.

По форме разрушения коррозии делят на: 1) равномерную (сплошную); 2) местную; 3) межкристаллитную.

По механизму процесса различают: 1) химическую; 2) электрохимическую коррозию.

Хромоникелевые сплавы.

Нержавеющая сталь - представляет собой сплав железа и углерода с хромом, последний придаёт высокую коррозийную стойкость. Легирование некоторыми элементами (никель, титан, марганец, кремний и др.) улучшает коррозийные и технологические свойства сплава. В основу обозначения легированных сталей положена буквенно-цифровая система. Элементы обозначаются буквами. Цифры с левой стороны формулы означают среднее содержание углерода: если цифры две – в сотых долях процента, если одна - десятых долях процента, если цифра отсутствует – содержание углерода в сплаве около 1%. Для изготовления несъёмных протезов используется нержавеющая сталь марки 1X18H9Т. Сплав данной марки помимо железа содержит 0,1% углерода, 18% хрома, 9% никеля и примеси титана. Нержавеющая сталь плавится при температуре ≈1450 - 1500С и имеет высокую усадку при литье до 3%. Углерод - обеспечивает сплаву твердость, хрупкость, увеличивает способность к коррозии. Хром - придает устойчивость против окисления и коррозии, повышает твердость сплава, упругость, уменьшает его пластичность, вязкость и хрупкость. Никель - повышает пластичность, ковкость, вязкость, проч­ность, улуч­шает антикоррозийные свойства, снижает коэффициент ли­нейного рас­ширения сплава. Титан – придает мелкозернистое строение стали, уменьшает хруп­кость, устраняет склонность стали к межкристаллической коррозии. Кремний – придает сплаву жидкотекучесть, более однородную струк­туру, улучшает его литейные свойства, повышает вязкость и упругие свойства стали. Марганец – повышает прочность и твердость стали, снижает пласти­ческие свойства, улучшает показатели жидкотекучести, снижает температуру плавления и способствует уда­лению вредных серных соединений в сплаве.

Сталь коррозионностойкая стоматологическая 3СКС-01 является аналогом широко известной в стоматологии стали 25Х18Н9С2 (ЭИ95) предназначена для изготовления литых протезов с покрытием нитридом титана. Сплав представляет собой материал, полученный сплавлением в индукционных печах из технически чистых металлов и ферросплавов. Повышенная жидкотекучесть стали позволяет отливать из нее тонкостенные детали, толщиной до 0,3 мм. Изделия из стали хорошо обрабатываются режущим и абразивным инструментом и полируются. Свойства стали обеспечивают достаточно высокую прочность связи соединения при нанесении массы из пластмассы и карбонитридов титана.

Никельхромовые сплавы.

К его основным элементам относится никель (60 – 65%), хром (23 – 26%), молибден (6 – 11%) и кремний (1,5 – 2%). Никельхромовые сплавы, в отличие от хромоникелевых сталей, не содержат углерода и широко применяются для изготовления ортопедических конструкций методом литья. Сплавы обладают хорошими литейными свойствами, позволяющими получать отливки с тонкими (ажурными) стенками. Наиболее популярными из этих сплавов являются Wiron NT и Wiron 99 (BEGO, Германия), Heraenium NA (Heraeus Kulzer, Германия), Нихролит (ООО «Медар-сервис»,Россия).

Кобальтохромовые сплавы.

Сплав марки КХС. Основными компонентами кобальтохромовых сплавов являются кобальт, хром и никель, общее содержание которых в сплаве должно быть не менее 85%. Широкое их применение обусловлено высокими физико-механическими свойст­вами, относи­тельно малой плотностью и отличной жидкотекучестью, позво­ляющей отливать ажурные ортопедические конструкции высокой прочности. Температура плавления составляет 1450С, усадка 1,8 - 2,0%. Благодаря хорошим литейным и антикоррозийным свойст­вам сплав используется в ортопедической стоматологии для изго­товле­ния каркасов металлокерамических и литых коронок, мостовидных и бюгельных протезов, съёмных протезов с литыми базисами, литых кламмеров.

Серебряно-палладиевые сплавы.

Суммарное количество серебра и палладия в этих сплавах очень велико и колеблется от 64,4 до 99,6%. Эти сплавы по физико-механическим свойствам аналогичны сплавам золота, но уступают им по коррозийной стойкости и темнеют во рту, особенно при кислой реакции слюны. Во рту они не создают значительных микротоков (1-5 мА) как между собой, так и в сочетании с золотыми сплавами. Применение зубных протезов из серебряно-палладиевых сплавов с конструкциями из нержавеющей стали недопустимо, так как может возникнуть гальваноз. Гальваноз - заболевание, обусловленное действием гальванических токов, появляющихся вследствие возникновения электрохимических процессов в полости рта между металлическими протезами. Температура плавле­ния серебряно-палладиевых сплавов около 1100C, усадка до 2%.

Сплав ПД-250. Состав: 24,5% палладия, 72,1% серебра, небольшие ко­личества леги­рующих элементов. Применение: для изготовления штампованных металлических коронок.

Сплав ПД-190. Состав: 18,5% палладия, 78% серебра, небольшие ко­личества леги­рующих элементов. Применение: для изготовления несъемных протезов методом литья.

Сплав ПД-150. Состав: 14,5% палладия, 84,1% серебра, небольшие количества ле­гирующих элементов. Применение: для изготовления вкладок методом литья.

Сплав ПД-140. Состав: 13,5% палладия, 53,9% серебра, небольшие количества ле­гирующих элементов. Применение: при несъемном протезировании для заливки внутрь коронки на режущий край и жевательную поверхность.

Сплавы золота.

Чистое золото - мягкий металл. Для повышения упругости и твердости сплавов золота в их состав добавляют так называемые легирующие металлы - медь, се­ребро, платина. Сплавы золота различаются по проценту его содержа­ния. Чистое золото в метрической системе обозначается 1000-й пробой. Высшая проба в ней соответствовала 96 золотникам. Известна также английская каратная система, в которой высшей пробой золота являются 24 карата. Температура плавления сплавов золота около 950ºС, усадка до 1,25%.

Сплав золота 900 пробы (90% золота, 6% меди, 4% серебра) - для изготовления штампованных коронок и промежуточных частей мостовидных протезов, литых коронок. Медь придает механическую прочность, вязкость, твердость сплава. Сплав обладает большой пластичностью, вязкостью, жидкотекучестью в расплавленном состоянии, легко поддается штамповке, вальцеванию, ковке и другим методам механической обработки под давлением, а также литью. Сплав имеет невысокую твердость и легко подвергается истиранию. Поэтому, при изготовлении штампованных коронок во внутрь их, на жевательную поверхность или режущий край, заливают припой.

Сплав золота 750 пробы (75% золота, 8% меди и 8% серебра, 9% платины) - для изготовления каркасов бю­гельных протезов, кламмеров, вкладок. Слав обладает высокой упру­гостью и малой усадкой при литье. Эти качества приобретаются за счет добавления платины и увели­чения количества меди.

Сплав золота 750 пробы служит припоем при добавлении 5 – 12 % кадмия. Последний снижает температуру плавления припоя до 800°С. Это дает возможность соединять детали протеза не опасаясь расплавить их.

Сплавы титана

Свойства: сплавы титана обладают высокими технологическими и фи­зико-механическими свойствами, а также токсикологической инертностью. Температура плавления сплавов титана составляет около 1640°С. Изделия из титана обладают абсолютной инертностью к тканям полости рта, полным отсутствием токсического, термоизолирующего и аллергического воз­дей­ствия, малой толщиной и массой при достаточной жесткости базиса бла­годаря высокой удельной прочности титана, высо­кой точностью вос­про­изведения мельчайших деталей рельефа протез­ного ложа.

ВТ-100 – листовой - используется для изготовления штампованных коронок (толщина 0,14-0,28мм), штампованных базисов (0,35-0,4мм) съемных протезов.

ВТ-5Л – литьевой - используется для изготовления литых коронок, мостовидных протезов, каркасов бюгельных шинирующих протезов, ли­тых металлических базисов (температура плавления 1640С, линейная усадка – 1,0-1,2%, состав: титан, алюминий – 4,1-6,2%).