Стекло и керамические материалы

Из неметаллических материалов стекло находит наибольшее применение в изготовлении медицинских изделий. По химической устойчивости, поверхностной твердости, прозрачности, дешевизне оно не имеет себе равных среди других материалов. Из стекла из­готовляют лабораторную посуду, тару для упаковки, хранения и транспортировки лекарств, очковые линзы, элементы обычной и волоконной оптики для оптических и медицинских изделий, шпри­цы, термометры и др.

Стекло в отличие от металла не имеет кристаллической струк­туры; исключение составляют так называемые ситаллы, полу­ченные совсем недавно. Обычное стекло при варке застывает не кристаллизуясь, образуя аморфное изотропное тело, механические свойства которого постоянны во всех направлениях. Стекло пред­ставляет собой гомогенный сплав различных окислов. В табл. 4 приведен химический состав основных марок стекла, применяемого Для изготовления медицинских изделий. Состав приведенных в таблице стекол является в известной степени типичным для не­скольких марок. Так, нейтральное стекло (НС) выпускают четы­рех марок, оранжевое (ОС) — двух марок и т. д.

Стекло для медицинских изделий можно разделить на следую­щие основные виды: медицинское, химико-лабораторное, оптиче­ское и специальное.

Стекло медицинское. В 1982 г. вступил в действие ГОСТ 19808—80, в котором установлены марки медицинского стекла и их физико-химические свойства. Необходимость стандартизации свойств стекла, применяемого для медицинских изделий, связана с тем, что от этого стекла требуются высокие показатели термо-, водо- и щелочестойкости, поскольку медицинские изделия из стек­ла, как правило, проходят стерилизацию паром. Достаточно ска­зать, что термостойкость, т. е. этот перепад температур, который должно выдерживать стекло без растрескивания, даже для марок тарного медицинского стекла должна быть не менее 120 °С, а для нейтрального (ампульного) — 150 °С.

Стандартами определены и методы испытания медицинских стекол на водо- и щелочестойкость (ГОСТ 19809—74 и ГОСТ 19810—74). Определение водостойкости основано на воздействии на измельченное стекло дистиллированной воды в автоклаве при температуре 121 °С (имитация режима стерилизации). Водостой­кость выражается количеством щелочных окислов в миллиграм­мах в пересчете на окись натрия Na₂О, извлеченных из 1 г зерен стекла. Особенно высокая водостойкость должна быть у химически и термически стойкого стекла (ХТ) — не более 0,02 мг/г и стекла нейтрального (НС) — до 0,06 мг/г; водостойкость тарного стек­ла — не более 0,6—0,65 мг/г.

Щелочестойкость характеризует устойчивость стекла к раство­рам щелочей. Метод ее испытаний основан на воздействии кипя­щей смеси равных объемов 1 н. раствора карбоната натрия и 1 н. раствора едкого натра на поверхность стекла. Образец стекла площадью 10—15 см правильной геометрической формы в тече­ние 3 ч находится в кипящем растворе (в серебряном сосуде).

Щелочестойкость (из двух параллельных определений) выража­ется потерей массы в миллиграммах на единицу площади. Нейт­ральное стекло (НС-1) и стекло НТО должно иметь этот показа­тель не ниже 85 мг/дм², стекло ОС—90 мг/дм², стекло ХТ— 110 мг/дм².,

Химико-лабораторное стекло. Применяется для изго­товления лабораторной посуды. Оно должно быть химически и термически стойким. Химическая стойкость — способность стекла противостоять различным химическим реагентам, т. е. иметь вы­сокую водо-, щелоче- и кислотостойкость. Первые два показате­ля устанавливают аналогично тем же показателям медицинского стекла, но для определения водостойкости образец помещают не в автоклав, а в водяную баню и выдерживают в ней в течение 1 ч при температуре 98±0,5°С.

Кислотостойкость определяют по потере массы испытуемой пробы стекла при обработке кипящим 20,4% раствором хлористо­водородной кислоты в течение 6 ч и выражают отношением поте­ри массы к единице площади пробы. ГОСТ 21400—75 разделяет стекло в зависимости от химической и термической стойкости на шесть групп: ХС-1, ХС-2 и ХС-3—химически стойкое 1, 2 и 3-го классов, ТХС1 и ТХС2—термически и химически стойкое 1-го и 2-го классов, ТС — термически стойкое.

Стекло ХС всех трех классов должно иметь термическую стой­кость не менее 120 °С, стекла типа ТХС—190 °С и стекло ТС— 250 °С.

Оптическое стекло. Применяется для изготовления очко­вых линз и оптических элементов медицинских приборов. Выпус­кают семь сортов стекла типа крон и семь типа флинт, что позво­ляет подобрать стекла с нужным показателем преломления от 1,47 (легкий крон) до 1,755 (тяжелый флинт). Очковые стекла из­готовляют в настоящее время из стекла типа крон с показателем преломления 1,52. Для изготовления очков-светофильтров с целью световой защиты глаз сварщиков, металлургов и др. применяют цветное стекло; синее, окрашенное окислами кобальта и железа, и желто-зеленое, окрашенное окислами железа, с различными ко­эффициентами пропускания светового потока.

Специальное стекло. К специальным видам стекол отно­сятся специальные защитные стекла с большим содержанием окис­лов свинца, предназначенных для защитных ширм, ослабляющих энергию рентгеновского и гамма-излучений и снижающих дозу, действующую на людей, до допустимых значений.

Керамические материалы. Фарфор и фаянс — керамические материалы, получаемые в результате обжига при высокой темпе­ратуре смеси, приготовленной из глины с добавлением кварцево­го песка и полевого шпата. Фарфор содержит 45—50% глины, 30—35% кварца и 18—22% полевого шпата. Фаянс содержит 5— 10% полевого шпата. Фарфор имеет в 3—5 раз большую проч­ность и в 10—15 меньшее водопоглощение, чем фаянс. Изделия из фарфора и фаянса после обжига покрывают глазурью, приго­товленной из тех же компонентов с добавлением (16%) доломита и снова обжигают (глазуруют) при более высокой температуре (до 1500°С).

В лечебных учреждениях употребляются сделанные из фаянса и фарфора санитарно-технические изделия, подкладные судна, по­ильники и чашки, фарфоровые ступки и тигли. В стоматологии находят применение фарфоровые зубы.