Глава 2. Основные свойства материалов.

Основные и вспомогательные материалы в процессе изготовления протезов и аппаратов и пользования ими подвергаются разнообразным воздействиям, которые могут изменять структуру и свойства материалов. Специалисты должны четко представлять характер этих изменений и, по возможности, регулировать, поправлять их в нужном направлении. Для этого необходимо хорошо знать основные свойства материалов.

Различают физические, механические, технологические, химические и биологические свойства материалов, применяемых в ортопедической стоматологии.

К физическим относят: цвет, плотность, теплопроводность, тепловое расширение, температуру плавления, температуру кипения, усадку и т.д.

Цвет - это свойство материала отражать свет со своей поверхности. Для готовых протезов это очень важное качество. Чем ближе подходит по цвету материал, из которого сделан зубной протез, к естественным зубам, тем лучше. Фарфоровые, ситалловые, металлокерамические протезы можно идеально подобрать по цвету. Цвет цельнометаллических протезов отрицательно влияет на внешний вид человека.

Плотность - это отношение массы тела к его объему. Плотность измеряют в г/см. За единицу принята плотность воды. Зная плотность и объем материала можно определить массу. По массе копии (восковой композиции) будущего протеза, оперируя данными плотности воска и взятого в конкретном случае сплава, нетрудно высчитать, например, количество золотого сплава для получения точного литья (протеза в процессе литья сплава).

Теплопроводность - это способность тела или вещества передавать тепло при нагревании с одной поверхности на другую. Наиболее высокой теплопроводностью обладают металлы, особенно серебро, имеющее коэффициент 100. Золото имеет 68,3, железо-14,7. Базисные пластмассы имеют низкую теплопроводность. Съемный пластиночный протез из материала с низкой теплопроводностью долго ощущается в полости рта как инородный предмет. Вкладки из металла, изготовленные на живой зуб, вследствие их высокой теплопроводности, могут причинять боль и даже повреждать пульпу, если специалисты не примут соответствующие профилактические меры.

Все металлы и сплавы (кроме висмута, сурьмы и сурьмянистых сплавов) и подавляющее большинство других материалов при нагревании увеличиваются в объеме и длине. Эти увеличения определяются коэффициентами объемного (КОР) и линейного (КЛР) расширении. Коэффициенты различны у разных материалов. Например, КЛР золота равен 0,0000144, платины-0,0000087. Это свойство специалисты обязаны учитывать при изготовлении протезов, оставляя в отдельных случаях температурный (термический) шов или зазор для предупреждения раскатывания протезом естественного зуба.

Температура плавления - это та температура, при которой нагретый материал из твердого состояния переходит в жидкое. Для каждого металла своя, постоянная температура плавления. Сплавы металлов, воски и другие материалы, составленные из нескольких ингредиентов, могут плавиться при различных температурах в зависимости от соотношения в них последних. Зная температуру плавления материала, можно без труда подобрать источник расплавления последнего, а также очередность расплавления веществ при составлении собственной или известной специалистам рецептуры.

При дальнейшем нагревании расплавленного металла или сплава наступит момент, когда он из жидкого состояния начнет переходить в газообразное. Это температура кипения. Вода кипит при температуре 100°С У разных металлов температура кипения различна, но постоянна для каждого из них. Самая низкая температура кипения у кадмия (778С). При нагревании кадмия или сплава, его содержащего, выше указанной температуры, происходит улетучивание металла с изменением свойств сплава. Пары кадмия ядовиты.

Усадка. Она зависит от состава, свойств материала, степени нагрева, способа охлаждения (для сплавов), времени и условий хранения (для оттискных материаюв), соотношения компонентов и условий полимеризации (для пластмасс). Усадка измеряется в процентах по отношению к первоначальной модели или объёму. В зуботехнической практике усадка считается только отрицательным свойством. Чем она больше, тем заметнее могут быть нарушения и неточности при изготовлении протезов или аппаратов. Усадка одного и того же материала во многом зависит от специаписта. При соблюдении технологии она минимальна.

К механическим свойствам относят: твёрдость, вязкость, упругость, пластичность, усталость и др.

Твёрдость - это способность пела сопротивляться внедрению в него другого тела, более твёрдого. В настоящее время твердость материала чаще определяют по методикам Виккерса или Бринелля, суть которых состоит в том, что в испытуемый материал специальным прессом вдавливают четырёхгранные алмазные пирамиды или стандартные шарики. По величине отпечатка на испытуемой поверхности судят о твёрдости материала. Результат называют числом твёрдости и обозначают через НВ или в килограмм/силах на один квадратный миллиметр (кгс/мм2).

Твёрдость в различных ситуациях может выступать как положительное свойство, позволяющее пользоваться протезом длительное время, но нередко проявляется и с отрицательной стороны. Например, фарфоровые зубы, имея твёрдость в два раза больше твёрдости эмали зуба, вызывают повышенное стирание естественных зубов - антагонистов. Детали протеза, изготовленные из кобальтохромового сплава, содержащего в своём составе много исключительно твёрдого хрома, с трудом поддаются незначительной обработке и механической полировке.

Прочность - это способность материала сопротивляться действию внешней силы, постепенно возрастающей и стремящейся его разорвать. Прочность определяют делением величины нагрузки на значение площади поперечного сечения испытуемого образца. Прочность обозначают в килограмм/силах на один квадратный миллиметр (кгс/мм). Хорошие прочностные свойства - одно из основных требований к материалу.

Вязкость - это способность материала удлиняться, вытягиваться под действием внешней силы, постепенно возрастающей и стремящейся материал растянуть. Отношение добавленной в результате растяжения длины к первоначальной длине называется относительным удлинением. Оно выражается в процентах. Железо способно удлиняться на 50%, золото на 45%, а твёрдый хром только на 6%. Вещества, не обладающие вязкостью (висмут, сурьма, чугун, фарфор и др.), относятся к хрупким материалам.

Упругость - это способность материала изменять форму под действием давления, а после прекращения давления возвращаться в исходное, первоначальное состояние. Максимальная нагрузка, при которой малериал ещё способен восстановить форму и размеры, называется пределом упругости. Если нагрузка превысит предел упругости, а тело не возвратится в первоначальное положение, говорят об остаточной деформации. Остаточная деформация крайне нежелательна в пружинящих элементах протезов и аппаратов. На упругость материала можно влиять, изменяя её специальными приёмами.

Пластичность - это способность материала изменять свою форму под действием нагрузки и сохранять новую форму после снятия нагрузки. Высокая степень пластичности одно из основных требований к оттискным материалам в момент введения их в полость рта. Пластичными также должны быть материалы, которые подвергают штамповке, вальцеванию, протягиванию. Пластичность можно улучшать термической обработкой в определенном режиме.

Усталость - это такое состояние, когда материал разрушается под действием многократных нагрузок. Обычно усталость проявляется в местах внутренних напряжений. Внешне усталость незаметна. При микроскопическом исследовании уставшего материала заметны трещины, сдвиг кристаллических элементов. Главным способом предупреждения усталости является строгое соблюдение технологического процесса.

К технологическим свойствам относят: текучесть, ликвацию, ковкость, спаиваемость (свариваемость), обрабатываемость и др.

Текучесть - это свойство материала заполнять форму в процессе литья или литьевого прессования. Чем быстрее кристаллизуется вещество при затвердевании, тем оно жидко текучее. Использование при литье нагретой формы, повышение температуры вещества, находящегося в расплавленном состоянии, применение некоторых добавок могут значительно улучшить жидкотекучесть.

Ликвация - это неоднородность затвердевающего сплава. Она возникает чаще тогда, когда в состав сплава включены металлы, с значительно отличающейся плотностью. Большое значение имеет скорость охлаждения расплавленного сплава и способность отдельных металлов к кристаллизации. Это отрицательное свойство, ухудшающее вязкость, пластичность, коррозийное сопротивление сплава.

Ковкость - это способность материала приобретать заданную форму с помощью давления или ударной силы. Если материал заставляют приобретать форму штампа, ковку называют штамповкой. Примером ковки в зуботехнической лаборатории следует считать придание металлической гильзе форму будущей коронки на наковальне с помощью молотка. Насаженная же на штамп из легкоплавкого сплава металлическая гильза подвергается штамповке. Вязкие, пластичные материалы (металлы и сплавы) хорошо к>ются и штампуются.

Спаиваемость (свариваемость) - это способность материала образовывать прочные соединения с помощью специальных сплавов-припоев или соединяться под действием высоких температур. Учитывая то. что в зуботехнической лаборатории паяние до сих пор применяется часто, хорошая спаиваемость детали только улучшает качество работы. Свариваемость материалов происходит без использования припоев. Примерами свариваемости являются: точечная электросварка перед паянием, лазерное соединение отдельных деталей в единое целое, плазменная сварка.

Обрабатываемость - это способность материала поддаваться обработке всеми видами инструментов и приспособлений, применяемых в зуботехнической лаборатории, с целью получения гладкой, чистой поверхности зубных протезов. Хорошо обрабатываются пластические массы, золотые сплавы. Трудно подвергаются обработке изделия из фарфора кобальтохромовых сплавов.

К химическим свойствам относят: окисление, восстановление, растворение, полимеризацию, сополимеризацию, сшивку, пластификацию, коррозию и др.

Окисление - это взаимодействие материала, чаще металла или сплава с кислородом. В результате такого взаимодействия получаются оксиды, меняющие цвет изделия, ухудшающие его качество. Окисление усиливается при нагревании металла. Так, подвергшаяся термической обработке (отжигу) при температуре 1050-1100 гр.С блестящая гильза из нержавеющей хромоникелевой стали становится черной в результате образования на ее поверхности окалины-смеси оксидов.

Восстановление - это реакция обратная окислению. Восстановительной реакцией пользуются при отбеливании протезов после термической обработки (отжига или паяния). При восстановлении нередко используют катализаторы - вещества, ускоряющие данную реакцию.

Растворение - это получение однородной смеси растворителя и растворимого вещества. Получая смесь, можно добиться насыщенного, ненасыщенного и пересыщенного раствора. Растворенное вещество выделяют химической реакцией или выпариванием. Смесь нескольких соединений называют компаундами. Смесь нерастворимых друг в друге жидкостей называется эмульсией.

Полимеризация - это процесс получения высокомолекулярного вещества (полимера) из низкомолекулярных веществ (мономеров). Во время полимеризации происходит последовательное присоединение низкомолекулярных веществ к активному центру. На скорость полимеризации влияет наличие активатора, температура при которой идет реакция и другие факторы.

В результате полимеризации многих пластических масс порошок и жидкость, смешанные в определенной пропорции, превращаются в твердый, достаточно прочный материал.

Поликонденсация - это реакция синтеза полимеров, при которой происходит химическое взаимодействие мономеров с образованием побочных низкомолекулярных веществ (вода, аммиак, спирты).

Сополимеризания - это процесс образования макромолекул из двух и более мономеров. В настоящее время большинство стоматологических пластмасс являются сополимерами. Благодаря применению ряда мономеров, изменяя количественные соотношения между ними, можно целенаправленно получать сополимеры с улучшенными свойствами.

Сшивка - это образование поперечных связей между макромолекулами. Ее проводят с целью повышения прочности полимерных материалов. Вещества, с помощью которых происходит сшивка, называются сшивагентами.

Пластификация - это повышение пластичности и эластичности полимерных материалов. Различают внешнюю (наружную), внутреннюю и механическую пластификацию. Внешняя пластификация проводится путем введения в полимер специальных низкомолекулярных веществ (пластификаторов), которые уменьшают силу межмолекулярного взаимодействия, не влияя на жесткость цепи макромолекулы полимера. Внутренняя пластификация достигается за счет реакции полимеризации, при этом уменьшаются силы внутримолекулярного взаимодействия.

Механическая пластификация осуществляется путем целенаправленного ориентирования макромолекул полимера, нагретого выше температуры стеклования и последующего охлаждения в растянутом состоянии. Улучшение одних свойств полимеров за счет пластификации, нередко ухудшает другие. Так. полимеры с наружной пластификацией, в результате выщелачивания, улетучивания пластификаторов быстро стареют. Они становятся менее прочными, более хрупкими.

Коррозия - это сложный химический процесс окисления (ржавления) с последующим разрушением металла или сплава, в результате чего изделие может придти в полную негодность. Коррозия бывает местной, равномерной и межкристаллитной. Местная коррозия отмечается на отдельных участках металла или сплава в виде пятен различной глубины.

Ее возникновение связывают с неоднородностью структуры, наличием включений и внутренних напряжений в сплаве. Равномерная коррозия видна на всей поверхности металла или сплава с одинаковой или различной глубиной поражения. Межкристаллитная коррозия внешне незаметна, так как агрессивная среда проникает между зернами металла (кристаллитами).

Возникает в результате неправильной термической обработки, охлаждения горячих сплавов и других причин. Увеличению коррозии способствует наличие кислорода, повышенная температура в сочетании с большой влажностью, кислая и щелочная среда. В полости рта, как правило, сталкиваются с электрохимической коррозией. Наличие слюны и металлов вызывает образование электрической системы с появлением постоянных токов. Коррозия металлических протезов нередко связана с нарушением их технологии.

К биологическим свойствам материалов в первую очередь относят возможность их воздействия на ту биологическую среду, в которой они находятся. Большую роль в соответствии материалов предъявляемым к ним биологическим требованиям отводят соблюдению технологических процессов.