Важное значение термического расширения

18 Июня в 10:02 4258 0


Состав керамики для облицовки металлических каркасов зубных протезов отличается от состава керамики для изготовления цельнокерамических реставрации.

Коэффициент термического расширения (а, ТКЛР) полевошпатного фарфора, используемого для изготовления фарфоровых жакет-коронок составляет всего 7-8.10' 1/°С [(70-80). 10" 1/°С]. Такой коэффициент расширения является слишком низким, чтобы фарфор мог быть совместимым со сплавами для металлокерамики, ТКЛР которых находится в пределах от 14.10"1/°C до 16.10" 1/°С [(140 - 160). 10 1/°С]. Это несоответствие коэффициентов расширения может привести к серьезным проблемам из-за слишком высокой разницы при сжатии керамики и сплава в процессе охлаждения. Коэффициенты термического расширения керамики и сплава в значительной степени зависят от состава этих материалов.

Клиническое значение

Крайне важно использовать правильное сочетание керамики и сплава.



Термические напряжения

Керамические материалы, используемые для изготовления металлокерамических реставраций, утрачивают термопластическую текучесть после охлаждения ниже своей температуры стеклования, обычно находящейся в пределах от 600°С до 700°С. С момента утраты керамикой термопластической текучести, любое расхождение по коэффициентам термического расширения между покрытием и металлом приведет к образованию напряжений в керамике, поскольку она будет стремиться к большему или меньшему сжатию, чем металл, в зависимости оттого, каким будет характер термической несогласованности между ними.

stomatologicheskoe_materialovedenie_3.5.3.jpg


Рис. 3.5.3. Влияние термической несогласованности на величину остаточных напряжений в керамике и металле

При гХф > ам керамика будет стремиться к сжатию быстрее, чем металл (Рис. 3.5.3а). Поскольку металл будет этому препятствовать, при охлаждении керамика окажется растянутой, а металл будет находиться в сжатом состоянии. Напряжения растяжения на поверхности керамики вызовут появление микротрещин и последующее образование сетки трещин на поверхности зубного протеза.

При С1ф = ам два материала будут сжиматься с одинаковой скоростью и никакой разницы напряжений не возникнет (Рис. 3.5.З b).

При с1ф < ам металл будет стремиться сжаться быстрее, чем керамика, в результате чего керамика окажется в сжатом состоянии (Рис. 3.5.3 с). Это отчасти снизит склонность керамики к растрескиванию, поскольку до того, как керамика, охватывающая металл, окажется под действием напряжений растяжения, последние должны преодолеть действие напряжений сжатия. Металл будет находиться в состоянии растяжения, однако, поскольку сплавы имеют очень высокую прочность при растяжении (500-1000 МПа), металлический каркас не разрушится. Таким образом, создается впечатление, что лучшей ситуацией является та, в которой коэффициент термического расширения металла выше, чем у керамики.

Следует ли из этого, что чем выше термическая несогласованность между керамикой и сплавом, тем лучше (поскольку керамика будет находиться под действием высоких напряжений сжатия)? Нет, фактически это не так. Термическое несоответствие между керамикой и металлом не должно быть слишком высоким, так как высокие напряжение в системе могут вызвать появление трещин или разрушение самой керамики, или стать причиной разрушения связи на поверхности раздела между керамикой и металлом.

Почему это произойдет, лучше всего можно объяснить на примере керамики, слой которой наплавлен на поверхность круглого металлического образца, так как эта модель близко соответствует реальной ситуации (Рис. 3.5.4). Когда металл стремится сжаться больше, чем керамика, возникают радиальные напряжения растяжения и круговые напряжения сжатия. Последние являются более высокими, но первые могут оказаться достаточными для разрушения связи между металлом и керамикой. При очень большом несоответствии коэффициентов термического расширения, радиальные растягивающие напряжения могут привести к разрушению самой керамики, причем трещины будут круговыми.

stomatologicheskoe_materialovedenie_3.5.4.jpg

Рис. 3.5.4. Растрескивание металлокерамического образца в результате возникновения радиальных напряжений растяжения в случаях, когда осф « ам



Клиническое значение

Лучшим сочетанием металла и керамики является то, при котором коэффициент термического расширения керамики будет только немного меньшим, чем ТКЛР сплава.

Влияние состава керамики

Термическая несогласованность между полевошпатной керамикой для фарфоровых жакет коронок и сплавами для металлокерамики обычно бывает очень высокой. Для того, чтобы решить эту проблему, в составе керамики повышают содержание щелочи (Таблица 3.5.2). Для повышения ТКЛР керамики до 10"1/°С |или (140-160).Ю- 1/°С] в ее состав вводят как соду (Na20), так и поташ (К20).

stomatologicheskoe_materialovedenie_table_3.5.2.jpg  


Более важным является то, что добавление некоторых оксидов приводит к образованию кристаллической фазы в стеклянной матрице. Кристаллическая фаза называется кубический лейцит (лейцит с кубической кристаллической решеткой), и обладает высоким коэффициентом термического расширения, составляющим (22-24). 10-1/°С |или (220-240). 10" 1/°С1. Количество кристаллизующегося лейцита можно точно регулировать путем изменения параметров обжига и охлаждения материала для получения керамики с заданным коэффициентом расширения, который будет согласоваться с ТКЛР используемого сплава, при этом доля кристаллического лейцита может составлять до 30-40% по объему материала (Рис. 3.5.5). Соответствующее снижение конечной температуры обжига может дать существенное преимущество благодаря снижению склонности сплава к деформации в результате крипа.

stomatologicheskoe_materialovedenie_3.5.5.jpg

Рис. 3.5.5. (а) Структура лейцитосодержащей керамики, используемой для изготовления металлокерамических зубных протезов. Обратите внимание на присутствие остаточной пористости. (b) Увеличенное изображение скопления лейцита и образовавшейся возле него трещины. Такое явление часто наблюдается из-за высоких расхождений между коэффициентами термического расширения кристаллического лейцита и стеклянной матрицы

После получения фритты, производители металлокерамики выдерживают ее при повышенной температуре в течение определенного времени для того, чтобы образовывались кристаллы лейцита. Таким образом, этот процесс аналогичен процессу ситаллизации, однако в данном случае основное внимание уделяется не получению материала с максимально возможной прочностью, а обеспечению термической согласованности между металлом и керамикой. Фактически прочность при изгибе керамики для облицовки металлических каркасов зубных протезов составляет всего-навсего 30-50 МПа. Следовательно, если толщина керамической облицовки на поверхности металла будет слишком высокой, то это приведет к растрескиванию керамики под действием функциональных нагрузок в полости рта.

Клиническое значение

Общая рекомендация: толщина спеченного керамического покрытия не должна превышать 1 мм.

При обжиге керамического покрытия в нем может происходить рост числа кристаллов лейцита и увеличение их размеров. При многократных обжигах это приведет к повышению коэффициента термического расширения керамики, что, в свою очередь, может стать причиной термической несогласованности между покрытием и сплавом. Таким образом, проведение любых дополнительных обжигов керамического покрытия является нежелательным. Медленное охлаждение может оказать такое же влияние на кристаллизацию лейцита, как повторные обжиги, или процесс паяния после обжига, поэтому зубной протез следует охлаждать как можно быстрее, но не вызывая термического удара.

Опаковый (грунтовый) слой наносят на металлический каркас первым, поэтому в состав опаковой керамики вводят большее количество оксидов металлов, чтобы сделать ее непрозрачной и замаскировать темный цвет оксидной пленки на поверхности металлического каркаса.

Следует быть предельно внимательным при выборе режима обжига, поскольку керамика склонна к девитрификации за счет образования вторичных кристаллов. Это приводит к замутнению материала, поскольку вновь образовавшиеся мелкие кристаллы служат участками рассеивания падающего света.

Основы стоматологического материаловедения 
Ричард ван Нурт

Похожие статьи
показать еще
 
Стоматология и ЧЛХ