Загрузка.
Керамика — неметаллический, неорганический материал. Термин «керамика» применяется к широкому разнообразию материалов, включая окислы металлов, бориды, карбиды, нитриды и сложные соединения этих материалов.
Стоматологическая керамика главным образом состоит из оксидов металлов и других «традиционных» керамических материалов. Однако с ростом интереса в улучшении эстетических качеств реставраций было разработано широкое разнообразие керамических материалов и процессов. Стоматологическая керамика может быть классифицирована но составу, температуре обжига или процессу изготовления. Большинство керамик основаны на полевом шпате и используются для металлокерамических реставраций. Тем не менее возможные эстетические преимущества цельнокерамических реставраций привели к развитию таких систем, как In-Ceram, Empress и Dicor.
Керамика на основе полевого шпата может быть далее классифицирована по температуре обжига. Высокотемпературная керамика используется главным образом для изготовления искусственных зубов для съемных протезов и обжигается при температуре 1260—1400°С. Среднетемпературная керамика применяется в фарфоровых жакетных реставрациях и обжигается при температуре между 1080 и 1260°С. Низкотемпературная керамика составляет основную массу материалов для изготовления металлокерамических реставраций. Они обычно обжигаются при температуре от 900°С до 1000°С. Ввиду недавних разработок в керамике, необходимо отметить четвертую категорию — ультранизкотемпературную керамику, обжигаемую при 650-850°С (McLean, 1982).
Содержание
Стоматологический фарфор
Из всех материалов, используемых в стоматологии для восстановления естественного зубного ряда, керамика имеет наилучшие оптические свойства для имитации цвета и внешнего вида зубной структуры. Обработка керамики требует квалификации опытного техника и является формой искусства, в той же мере, что и личным призванием. В руках тех, кто умеет правильно ее использовать, керамика может обеспечить реставрации настолько подобные естественным зубам по форме, текстуре, отражению цвета и полупрозрачности, что становится невозможным их отличить от натуральных зубов.
Физические качества керамики чрезвычайно подходят для материалов, используемых для восстановления зубов. Их оптические, тепловые, коррозионные качества и растворимость позволяют изготовление реставраций, обеспечивающих хороший внешний вид и устойчивость к среде ротовой полости. Механические качества керамики, однако, только частично подходят для изготовления зубных реставраций. Следовательно, с ней следует обращаться, изготавливать и использовать таким образом, чтобы компенсировать ее недостатки.
Использование стоматологической керамики
Керамические материалы используются в разнообразных стоматологических реставрациях: изготовление искусственных зубов для съемных протезов, одиночные коронки и несъемные частичные протезы. С некоторых пор использование керамики распространилось также на вестибулярные виниры, вкладки и накладки в боковых зубах.
Состав стоматологической керамики
Фарфор особенно подходит для использования в качестве реставрационного стоматологического материала вследствие своих стеклоподобных качеств и оптического сходства с зубной эмалью. Его отличием от стекла является то, что все составляющие обычного стекла (главным образом поташ и кварц) плавятся, образуя однофазный прозрачный материал.
Фарфоры содержат компоненты, которые не плавятся при температуре обжига фарфора. Они остаются в виде кристаллов, окруженных расплавленными компонентами, образуя просвечивающий (но не прозрачный) мультифазный материал, т. е. с дисперсной (или кристаллической) фазой и непрерывной аморфной фазой.
В принципе стоматологическая керамика основывается на составляющих, схожих с используемыми в бытовой и орнаментальной керамике. Эти структуры включают нолевой шпат, кварц и каолин (также называемый глиной). Главным различием в составе между стоматологическим фарфором и фарфором, используемым для других продуктов (т. е. посуда и фарфоровые изделия), является пропорция основных компонентов: глина — основная составляющая других фарфоров, тогда как стоматологический фарфор главным образом основан на полевом пшате.
Полевой шпат представляет собой серый кристаллический материал, встречающийся в горной породе определенных географических мест. Другими составляющими полевого шпата являются железо и слюда. Железо — это примесь, которая удаляется методом механического расщепления породы полевого шпата и визуального исследования тонких обломков на наличие примесей (которые выглядят более непрозрачными, чем чистый полевой шпат), частички чистого полевого шпата выбираются и подвергаются дальнейшему перемалыванию и измельчению в порошок. Оставшаяся железная примесь удаляется на этом этапе с помощью сильного магнита.
Основным источником кремнезема являются кристаллы кварца. Кварц разогревается, потом охлаждается в холодной воде так, что он трескается. Затем он дробится и размалывается до гонкого порошка. Как и в случае полевого шпата, железные примеси удаляются с помощью магнитов. Кварцевый порошок составляет приблизительно 15% стоматологического фарфора. Он не изменяется во время обжига фарфора и образует кристаллический слой, который влияет па оптические свойства (полупрозрачность) и ограничивает усадку во время обжига.
Каолин — разновидность глины, которая обнаруживается на дне рек и ее берегах, имеет естественное происхождение породы полевого шпата непрерывно размываются водой, которая растворяет калий и образует гидратный алюмосиликат — каолинит. Для изготовления чистого каолина, глину необходимо промыть, высушить и просеять, в итоге получается мелкий белый порошок. Коалин используется в стоматологическом фарфоре в небольших количествах (4%). Он выступает в качестве связывающего частицы вещества: при смешивании с водой каолин становится клейким и помогает удерживать частицы жидкого фарфора вместе. Это позволяет технику работать с массами «порошок-жидкость» для получения разнообразных форм. При обжиге фарфора каолин покрывает неплавкие частицы и несильно влияет па объем стоматологической керамики.
Для изготовления фарфоровых реставраций, сходных с цветом зубов, к фарфоровым порошкам добавляются небольшие количества красящих агентов. Эти пигменты (так называемые «цветные фритты») произведены из перемолотых и смешанных с порошком полевого шпата оксидов металлов. Эта смесь потом обжигается и сплавляется со стеклом. Пигментированное стекло затем снова перемалывается в порошок. Часто используемые оксиды включают оксид олова для опаков, оксид железа для коричневых оттенков, оксид меди для зеленого оттенка, оксид титана для желтых оттенков, оксид кобальта для голубого, оксид никеля для коричневого и оксид марганца для фиолетового. Редкоземельные элементы добавляются в небольших количествах для придания флюоресценции и отражения фарфором ультрафиолета, как у естественных зубов.
Обжиг стоматологической керамики
Цельнокерамические реставрации могут быть изготовлены на огнеупорных моделях, произведенных путем дублирования рабочих моделей, или с помощью платиновой фольги (толщиной 0.025 мм), которая обжимается вокруг модели для получения точной формы. Как огнеупорная модель, так и платиновая фольга удерживают смешанный фарфоровый порошок в печи для обжига фарфора и сохраняют свою форму во время процесса обжига.
Техник смешивает фарфоровый порошок соответствующего оттенка с дистиллированной водой и наносит на огнеупорную модель или на платиновую фольгу тонкой кисточкой. Вначале наносится «дентинный слой». Для того, чтобы конденсировать влажные частички фарфора и получить плотную массу, необходимо осуществить умеренную вибрацию ручным инструментом. Промокание с помощью абсорбирующей салфетки помогает удалить избыток влаги. Дентинная масса фарфора наносится с запасом, увеличивая форму, для компенсации значительной усадки, возникающей во время обжига фарфора.
Для получения эффекта наслоения и коррекции усадки обычно применяются повторные обжиги. Подобным образом добавляется эмалевый слой (обычно это более прозрачный оттенок). После охлаждения реставрация может быть «подогнана» механическим способом для обеспечения правильной формы, контура, размера и посадки.
Далее можно проводить окончательный обжиг, при котором заканчивается плавка фарфора. Па этом этапе усадка минимальна, т. к. большей частью она происходит во время первичного обжига (стадии бисквитного обжига). Контролируя окончательную температуру обжига, время и обжиг в атмосферных условиях (без вакуума), можно изготовить «самоглазирующийся» слой над внешней поверхностью реставрации. В качестве альтернативы, на поверхность может быть нанесена низкоплавкая глазурь и обожжена отдельно. Обжиг должен проводиться при контролируемом подъеме температуры в печи (т. е. 100°С), т. к. фарфор является плохим проводником тепла. Слишком быстрое повышение температуры может пережечь внешний слой, прежде чем достаточно расплавится внутренний. Как конденсация частичек, так и режим обжига значительно влияют на свойства фарфора и, следовательно, на окончательное качество фарфоровой реставрации (Vergano el al, 1967).
Свойства стоматологического фарфора
Фарфор является хрупким материалом с небольшой пластичностью. Прочность при сжатии составляет примерно 170 МПа. прочность при изгибе 50—75 МПа и прочность при растяжении — около 25 МПа. Величины других физических свойств включают модуль упругости, равный 69-70 ГПа (эмаль — 46 ГПа), линейный коэффициент термического расширения (12—14)х10*6/°С, сходный с коэффициентом структуры зуба, и поверхностную твердость 460 KHN (против 344 KHN у эмали).
Повышение прочности фарфора
Вследствие того, что фарфор является хрупким материалом с относительно слабой способностью к растяжению, ему свойственно появление дефектов при его использовании в реставрациях, находящихся под нагрузкой. Традиционно считалось, что жакетные коронки становятся несостоятельными после нескольких лет эксплуатации. Механизмы разрушения были связаны с микротрещинами, находящимися на внутренней поверхности фарфоровой коронки. Они образовывались во время процессов обжига и охлаждения и подвергались постоянному стрессу в полости рта. Внутренняя поверхность фарфора находится под действием сил растяжения, что приводит к раскрытию этих микротрещин и их дальнейшему увеличению. С продолжающимся ростом по направлению к внешней поверхности коронки, ко времени её достижения, коронка уже демонстрирует полнейшую несостоятельность и разрушение.
Разрабатывались и применялись различные механизмы для снижения вероятности разрушения керамической коронки в результате повторных нагрузок. Они включали повышение прочности фарфора или поддержку фарфора изнутри (наиболее близкий слой к зубу) с помощью материалов соответствующей прочности.
Одним из наиболее эффективным методов упрочнения является использование металлической основы (т. е. металлического каркаса), на который фарфор наносится и обжигается. Этот метод (металлокерамика или PFM) представляется наиболее успешным в создании устойчивых к окклюзионной нагрузке реставраций.
Однако металлическая основа может создавать проблемы в плане эстетики. Необходимо блокировать металлический оттенок и удалить его с поля зрения, что представляет трудности как в пограничной области, так и в областях тонкого слоя фарфора. Кроме того, металлическая основа значительно снижает полупрозрачность реставрации. В последние годы появилась методика, которая комбинирует металлическую основу с фарфоровыми границами. Техник подрезает металлический каркас, таким образом освобождая место для цельнокерамических границ. Для достижения точности проводится специальная подготовка граница—фарфор. Сейчас доступны продукты, соединяющие порошок фарфора с восковой моделью и позволяющие восковое моделирование границ для обжига и окончательной обработки коронок.
Другим подходом является полное устранение металлического каркаса и использование усиленного фарфорового каркасного материала. McLean и Hughes (1965) разработали алюмооксидные фарфоровые жакетные коронки в 1965 г. Высокопрочная керамика, содержащая 50% сплавленных кристаллов оксида алюминия, образует каркас, на который наносится соответствующая (термическому расширению) фарфоровая облицовка. Лабиальная поверхность изготавливается уменьшенной толщины (приблизительно 0,5 мм), чтобы предоставить пространство для нанесения обычного фарфора для придания эстетичного внешнего вида. Считается, что эта т. н. «жакетная коронка из алюмооксидного фарфора» в два раза более устойчива к образованию трещин, чем обычная неусиленная фарфоровая жакетная коронка. Этобыло прогрессом, однако кристаллы оксида алюминия ограничивали пропускание света, а прочность все еще была недостаточна для использования метода в области боковых зубов(McLean, 1983).
IN-CERAM
In-Ceram принадлежит к классу материалов известных как композиты с взаимопроникающими фазами. Эти материалы состоят из, по меньшей мере, двух фаз, которые связаны и непрерывно тянутся от внутренней поверхности к внешней. Эти материалы могут обладать улучшенными механическими и физическими свойствами в сравнения с таковыми компонентов по отдельности. Они могут иметь улучшенную прочность и устойчивость к образованию трещин вследствие того, что трещине придется пройти через перемежающиеся слои обоих компонентов, независимо от направления трещины. Такие материалы, как керамика и металлы или керамика и полимеры, могут быть объединены для изготовлении новых материалов с улучшенной прочностью и упругостью (Budiansky et al, 1988; Faber and Evans.
1983; Clarke, 1992; Taya et al, 1990).
Цельнокерамическая реставрационная система In-Ceram основана на шликерном литье алюмооксидного каркаса с последующей инфильтрацией стеклом. С помощью эластомерно слепочного материала снимается слепок с обработанных поверхностей. Со слепка отливается модель из специального гипса, поставляемого в комплекте с In-Ceram, для изготовления модели, на которую наносится оксид алюминия In-Ceram.
Алюмооксидный порошок (38 г) смешивается с 5 мл деионизированной воды, поставляемой в мерном контейнере. Добавляется одна капля дисперсионного агента для создания гомогенной смеси оксида алюминия в воде. Половина количества оксида алюминия добавляется в мерный стакан, содержавши воду/дисперсант, и потом обрабатывается ультразвуком в течение 3 мин в Viusonic. Это запускает процесс дисперсии. Вторая порция порошка, равная половине оставшегося количества, потом добавляется в мерный стакан и снова обрабатывается ультразвуком в течение 3 мин.
Оставшийся порошок может быть добавлен и обработан 7 мин, во время последней минуты для удаления пузырьков воздуха применяется вакуум. Раствор оксида алюминия называется «шликер», который далее наносят на гипсовую модель кисточкой. Слой оксида алюминия наращивается для формирования подлежащей основы для керамического зуба. Вода удаляется с помощью капиллярного действия пористого гипса, который упаковывает частички в жесткую сеть.
Алюмооксидный каркас далее помещается в печь Inceramai (Vita Corporation) и спекается по программе 1. Этот цикл включает медленное нагревание, приблизительно 2°С/мин до 120°C, для удаления воды и связывающего агента. Резкое повышение температуры привело бы к выпариванию оставшейся воды и связующего вещества, вызвав появление трещин в каркасе. Второй этап спекания включает подъем температуры примерно 20°С/мин до 1120°С, на 2 часа, для сближения частичек, с минимальным сжатием и минимальной усадкой оксида алюминия. Величина усадки составляет лишь около 0,2%, таким образом создается взаимосвязанная сеть пор, соединяющая поры па внешней поверхности с порами па внутренней.
Для заполнения пор в оксиде алюминия используется лантановое алюмосиликатное стекло. Стекло смешивается с водой и помещается на лист из золотоплатинового сплава. Каркас внешней поверхностью помещается на стекло. Каркас разогревается в Inceramat до 1100°С на 4—6 ч. Стекло расплавляется и растекается в поры путем капиллярной диффузии.
Для одиночных коронок рекомендуемое время вплавления 4 часа, для мостовидных протезов — 6 часов. Избыток стекла удаляется пескоструйной обработкой частичками оксида алюминия (рис. 3.4.) (Pelletieret al, 1992; Pober ct al, 1992).
Коэффициент преломления вплавленного стекла близко совпадает с таковым оксида алюминия, что приводит к изготовлению полупрозрачного каркаса, взаимопроникающая сеть также способствует изготовлению особенно прочного цельнокерамического каркаса. Последним этаном в изготовлении реставрации является аппликация алюмооксидного фарфора (Vitadur Alpha, Vita) на каркас для придания окончательной формы реставрации. Каркасный материал In-Ceram несомненно является одним из самых прочных цельнокерамических материалов, доступных для реставрационных целей.
Величины прочности на изгиб каркаса достигают 600 МПа, но могут снижаться с уменьшением толщины каркаса или с добавлением облицовочного фарфора.
IN-CERAM SPINELL
Недавно был представлен материал второго поколения, In-Ceram Spinell, основанный на методике In-Ceram. Методика изготовления по существу совпадает с оригинальной системой. Основным различием является изменение состава для получения более полупрозрачного каркаса. Пористый каркас изготавливается из алюмомагнезиального порошка для формирования после спекания сети пор. Этот тип материала обладает характерной кристаллической структурой, называемой «шпинель» (алюмомагнезиальная шпинель). Пористая шпинель инфильтрируется стеклом, что производит более полупрозрачную основу, на которую наносится Vitaclur Alpha для окончательного формирования реставрации. Материал каркаса In-Ceram Spinell не так прочен, как оригинальная система, но отмечалось, что величины прочности на изгиб достигали 350 МПа (Giordano ct al. 1995; Seghi el al, 1990).
Стеклокерамика
В последние годы в стоматологических целях стали использоваться новые керамические системы, позволяющие изготавливать коронки путем литья или инъекционного прессования. Одним из главных различий между полевошпатным фарфором литьевой стеклокерамикой является то, что литьевая стеклокерамика отливается в качестве некристаллического материала и позже кристаллизуется тепловой обработкой.
Стеклокерамические материалы могут идеально подходить для использования в качестве стоматологических реставрационных материалов. Этот класс материалов состоит из стеклянной матрицы, окружающей вторичную фазу отдельных кристаллов. Как правило, стеклокерамика имеет улучшенные механические и физические свойства, такие, как увеличенное сопротивление на излом, улучшенная термостойкость и эрозионная стойкость.
Точные качества зависят от размера и плотности кристаллов, взаимодействия между кристаллами и матрицей. Кристаллы помогают замедлить развитие трещин и даже могут скрепить трещины комбинацией упрочнения дисперсии и сжимающего напряжения, порождаемого вокруг каждого кристалла но мере его роста. Стеклокерамика широко используется в кухонной посуде, носовых обтекателях ракет и даже в тепловых щитах космических аппаратов. Они могут быть непрозрачными или полупрозрачными, в зависимости от своего химического состава.
Dicor — литьевая стеклокерамика, разработанная Grossman (1973) в Corning Glass Works. Кристаллическая фаза Dicor состоит из четырехкремниевой фтористой слюды, обеспечивающей сопротивление на излом и прочность. Это одна из наиболее полупрозрачных из всех цельнокерамических систем. Однако цвет необходимо развить с помощью нескольких слоев поверхностной глазури или Dicor должен быть облицован алюмооксидным фарфором. Во время спекания формируются слюдяные кристаллы, которые, согласно сообщениям, придают материалу Dicor улучшенную прочность и обрабатываемость вследствие образования сжимающего напряжения вокруг кристаллов.
Dicor также представляет уникальную проблему. После отливки и керамизации, одна поверхность т. н. «керамизированный слой» — значительно отличается по составу от остального стеклокерамического материала. Отмечалось, что удаление поверхностного керамизированиого слоя влияло на прочностные характеристики, увеличивая прочность от 93 до 154 МПа или снижая ее от 149 до 143 МПа. Керамизированный слой содержит большие слюдяные кристаллические «волоски», также он обладает большой пористостью по сравнению с остальным материалом.
Важнейшим преимуществом этой системы является возможность литья (или инъекционного прессования) материала в специальную форму, изготовленную по выплавляемым восковым моделям. Эта методика упрощает процесс изготовления цельнокерамических коронок и характеризуется хорошей точностью и прилеганием (Malament and Grossman, 1992).
Литье выполняется в специальном аппарате центробежного литья, приводимом в движение электрическим мотором. Стеклянный брусок разогревается до примерно 1300°С в специальном угольном тигле. Форма из фосфатной массы разогревается в течение нескольких этапов и для литья окончательно разогревается до примерно 900°С. Отлитая реставрация отделяется, на этом этапе она блестящая и прозрачная. Необходима дальнейшая термическая обработка для керамизации и внешнее окрашивание для придания натурального вида зуба. До керамизации (образования кристаллов) литники удаляются, и реставрация снова подвергается термообработке при определенном тепловом режиме в течение нескольких часов. При этом образуются кристаллы слюдокерамики в стекле. Далее керамизированная реставрация покрывается оттеночной глазурью, обжигаемой при более низкой температуре.
Инъекционное прессование
IPS Empress (Ivoclar, Schaan. Liechtenstein) — недавно появившаяся система инъекционного прессования, использующая упрочненную лейцитом (40—50%) полевошпатную керамику. Кристаллы лейцита могут улучшить прочность и сопротивление на излом полевошпатной стеклянной матрицы, как это имеет место в стеклокерамиках, как Dicor, или в дисперсионно-упрочненных алюмооксидных фарфорах (Lehner and Scharer, 1992; Mackert and Evans, 1991; Mackert and Russell, 1995).
Кроме того, что применяется специальная огнеупорная масса и продолжительный цикл обжига, используется обычная методика литья по выплавляемым восковым моделям. Восковые модели размещаются в печи вместе с брусками Empress и медленно нагреваются до примерно 1200°С. Прессовочная форма помещается снизу инъекционной прессовочной системы Empress при температуре примерно 1150°С, а выбранный стеклянный брусок размещается в верхней камере для прессования под давлением около 0,4 МПа.
Бруски поставляются в нескольких оттенках и для изготовления реставраций могут быть применены две методики. Реставрация может быть отлита в своей окончательной форме и впоследствии окрашена И глазурована для получения эстетичного соответствия. Или же каркас может быть спрессован и облицован фарфором для получения окончательной формы и оттенка реставрации. Реставрации по методике Empress обладают высокой полупрозрачностью и, согласно сообщениям, прочностью на изгиб до 160—180 МПа.
Похожие статьи:
