Зуботехнічні матеріали та їх властивості

Результати ортопедичного лікування значною мірою залежать від правильного застосування протеза, шини чи апарата. їх якість, у свою чергу, визначається фізичними, хімічними, механічними і біологічними властивостями матеріалу, з якого вони виготовлені. Ось чому зубному техніку необхідно знати будову і властивості зуботехнічних матеріалів та вимоги до них.

Процес виготовлення і застосування ортопедичних конструкцій складається з таких етапів:

1. Вибір ортопедичної конструкції та підготовка ротової порожнини лікарем.

2. Зняття відбитків лікарем і відливка моделей зубним техніком.

3. Виготовлення ортопедичної конструкції зубним техніком (за необхідності його консультує лікар).

4. Обробка, шліфування і полірування виробу зубним техніком.

5. Припасування і фіксація ортопедичної конструкції лікарем.

Матеріали, що застосовують в ортопедичній стоматології, поділяють на такі групи:

—основні, або конструкційні, з яких виготовляють протези, апарати та шини (пластмаси, метали та їх сплави, кераміка, композитні матеріали та ін.);

—допоміжні, які застосовують лише на окремих етапах виготовлення ортопедичних конструкцій (флюси, моделювальні, формувальні, абразивні, полірувальні, ізоляційні та інші матеріали);

— клінічні (відбиткові, пломбувальні, фіксаційні та інші матеріали).

Така класифікація зуботехнічних матеріалів не є точною, бо деякі матеріали використовують одночасно і як основні, і як допоміжні. Так, кадмій входить до складу як припоїв (основний матеріал), так і легкоплавких металів (допоміжний матеріал),

Тому всі матеріали, які застосовують в ортопедичній стоматології, доцільно поділяти за процесом виготовлення ортопедичної конструкції на такі групи:

1. Матеріали для зняття відбитків і виготовлення моделей.

2. Моделювальні матеріали.

3. Пластичні маси.

4. Метали та їх сплави.

5. Формувальні маси.

6. Флюси (плавні).

7. Кислоти і луги.

8. Керамічні маси та ситали.

9. Абразивні та полірувальні матеріали.

10. Стоматологічні клінічні матеріали.

11. Додаткові матеріали. Класифікація зуботехнічних матеріалів та їх характеристика наведені в табл. 3. Конструкційні матеріали для протезів і апаратів повинні відповідати таким вимогам:

1) бути біологічно інертними в ротовій порожнині й не шкідливими для організму людини;

2) бути достатньо міцними і стійкими, не руйнуватися під дією жувального тиску, слини і харчових продуктів, зберігати постійну форму та об'єм;

3) мати високі технологічні властивості (під час штампування, лиття, паяння, формування);

4) мати колір, що відповідає косметичним вимогам, і не змінювати його;

5) не мати запаху і присмаку;

6) відповідати гігієнічним вимогам (не мати пор, не набухати).

Матеріали Вид матеріалу	Представники	Основне застосування
Відбиткові	Допоміжні:
	і. Криста-лізуючі	1.Гіпс, супергіпс 2. Цинкоевгенольні: "Дентол" і "Релін"	Зняття відбитків та виготовлення моделей
	2. Еластичні	1. На основі агар-агару; "Гелін"і "Дента-кол"	Дублювання моделей
		2. Альгінатні: "Алігін","Стомальгін", "Кромопан", "Іпен"	Зняття відбитків
		3. Силіконові: "Аквасил", "Екзофлекс", "СІеласт"	Зняття відбитків
		4. Тіоколові: "Термопластик","Тіодент"	Зняття відбитків
	3. Термопластичні	1. "Акродент", "Дентафоль", "Стене", термомаси № 1 —№ 4, маса Керра, "Орто-кор", "МСТ-0,2"	Перебазування знімних протезів, їх корекція і лагодження
		2. Самотвердіючі пластмаси: "Гїротакрил" і "Редонт"

Табл Таблиця 3. Класифікація матеріалів, які застосовують в ортопедичній стоматології

Матеріали	--------------- Вид матеріалу	Представники	Основне застосування
Моделю-вальні	Допоміжні	Гіпс, супергіпс, цемент, амальгама, легкоплавкий метал, формувальні маси	Виготовлення комбінованих, розбірних і вогнетривких моделей
		Воски:
		1) базисний	Виготовлення воскових базисів, прикусних валиків
		2) моделювальний	Виготовлення моделей протезів, їх деталей
		3) бюгельний: "Восколіт" і "Формодент"	Виготовлення моделей бюгельнихпротезів і їх частин
		4)"Лавакс"	Виготовлення моделей вкладок, півкоронок, деталей протезів
		5) липкий	Тимчасове з'єднання частин протезів

Матеріали	Вид	Представники	Основне
	матеріалу		застосування
Пластичні	Конструк-	1.Акрилові:
маси для виготовлен-	ційні (основні)	а) базисні: "Акрел", "Акроніл", "Бакрил",	Виготовлення базисів ортопедич-
ня базисів,		"Фторакс";	них конструкцій
облицюван-		б) самотвердіючі: "Протакрил","Редонт",	Виготовлення тимчасових ортопе-
ня метале-		"Стадонт"	дичних конструкцій, лагодження
вих карка-			протезів
сів і штуч-
них зубів		"Акрилоксид"	Пломбування зубів, лагодження
			протезів
		"Карбопласт"	Виготовлення індивідуальних
			відбиткових ложок
		в) "Синма"	Виготовлення штучних зубів,
			коронок, облицювання каркасів
			незнімних протезів
		2. Акрилхлорвінілові еластичні:	Виготовлення підкладки під ба-
		("ПМ-01")	зиси протезів, протезів обличчя
			(екто протезі в)

Матеріали	і Вид матеріалу	Представники	Основне застосування
		3. Силіконові еластичні: "Боксил", "Бок-сил-екстра", "Ортосил"	Виготовлення боксерських шин, підкладок під базиси
Розділю-вальні (ізоляційні)	Допоміжні	Лак "АЦ-1", "Ізокол", "Силікодент"	Ізоляція поверхні гіпсових пресформ
Метали та їх сплави	Конструкційні	Сплави золота: 900-ї і 750 ї проби, припій Сплави срібла з паладієм Сплави заліза: ХЇ8Н9Т, ЕЯІТ-95 та інші нержавіючі сталі	Виготовлення коронок, мостопо-дібних і бюгельних протезів, литих коронок, каркасів незнімних протезів Паяння деталей протезів із дорогоцінних металів Виготовлення вкладок, коронок, мостоподібних протезів Виготовлення коронок, мостоподібних протезів, кламерів, дроту, литих деталей ортопедичних конструкцій

Матеріали	Вид матеріалу	Представники	Основне застосування
		Сплави кобальту, нікелю і хрому: КХС, ЛК-4, "Керакрист", "Керадент" Титан, його сплави і сполуки (нікелід титану, нітрид титану)	Виготовлення суцільнолитих бюгельних протезів, коронок та мостоподібних металокерамічних протезів Виготовлення литих ортопедичних конструкцій, імплантатів, дроту
Легкоплавкі сплави	Допоміжні	Мелот-метал	Виготовлення металевих штампів і контрштампів, комбінованих моделей
Формувальні маси	Допоміжні	Силікатні: "Сіоліт", "ФормолІт", "Бюге-літ" Сульфатні (гіпсові): "Аурит", "Силаур", "ТГС", "Експодент"	Виготовлення вогнетривких моделей, форми для лиття деталей із нержавіючої сталі Виготовлення ливарних форм для сплавів з температурою плавлення до 1100 °С

Матеріали	Вид матеріалу	Представники	Основне застосування
Флюси (плавні)	Допоміжні	Бура, каніфоль, хлорид цинку	Паяння деталей металевих ортопедичних конструкцій
Кислоти і луги	Допоміжні	Нітратна, хлоридна, сульфатна Гідроксиди калію і натрію	Протравлювання металевих деталей протезів Вибілювачі, електроліти Хімічне очищення лиття
Абразивні	Допоміжні	Природні та штучні: алмаз, корунд, наждак, "Ельбор", електрокорунд, карбіди бору, вольфраму і силіцію, пемза, крейда та ін.	Препарування природних зубів, шліфування і полірування ортопедичних конструкцій
Стоматологічні клінічні	Конструкційні і допоміжні	Цементи: фосфатні, силікатні, фосфоси-лікатні, полікарбоксильні, полімерні	Фіксація незнімних протезів, апаратів, шин Лагодження і реконструкція ортопедичних конструкцій, виготовлення комбінованих моделей, пломбування зубів

Матеріали	Вид матеріалу	Представники	Основне застосування
		Амальгами: срібна і мідна	Виготовлення комбінованих моделей, пломбуваннязубів
Додаткові	Допоміжні	"Молдин"	Штампування коронок, адапти
		Ацетон	Формувальні суміші, покривні лаки
		Бензин	Горючий матеріал, термічна обробка металевих деталей, паяння, лиття сплавів на основі золота і срібла
		Етиловий спирт	Формувальні суміші, горючий матеріал

Під час жування силове навантаження часом досягає 100 кг. Сила ця діє багаторазово і в різних напрямках, постійно змінюється. Під впливом таких навантажень матеріал зубного протеза деформується. Щоб його конструкція не руйнувалася, матеріал повинен бути стійким до силового навантаження, мати високі еластичні властивості, які виключають значну залишкову деформацію.

Користування протезами призводить до їх стирання, інтенсивність якого залежить від твердості матеріалу. У стоматології твердість матеріалу порівнюють із твердістю емалі. Це і визначає його стійкість до стирання.

Можливість використання матеріалів для виготовлення ортопедичних конструкцій залежить від їх технологічних властивостей. До таких властивостей відносять ковкість, текучість, усадку під час лиття, зручність обробки тощо. Біологічна інертність матеріалів визначає можливість їх застосування в зубному протезуванні.

Штучні зуби слід виготовляти з матеріалу, в якого показники світлозаломлення і відбиття світла подібні до таких в емалі зубів. Штучні зуби з часом не повинні змінювати свій колір.

Клінічні матеріали (цементи, амальгами, пластмаси) повинні мати зазначені вище властивості. Крім того, вони повинні міцно фіксувати протези чи апарати на опорних зубах і коренях зубів.

Численні допоміжні матеріали відносять до різних груп за їх фізичними і хімічними властивостями. Вимоги, які до них ставляться, залежать від характеру конкретного технологічного етапу виготовлення ортопедичної конструкції; коли без цього матеріалу неможливо здійснити даний процес. Допоміжний матеріал повинен бути нешкідливим для зубного техніка, який з ним працює, і пацієнта. Під час роботи зі шкідливими матеріалами треба бути дуже обережними. Слід суворо дотримуватися правил техніки безпеки.

Для виготовлення ортопедичних конструкцій застосовують тільки апробовані й рекомендовані Міністерством охорони здоров'я України матеріали.

Міцність і хімічна стійкість ортопедичної конструкції залежать від властивостей матеріалів, з яких вона виготовлена.

Фізичні властивості матеріалів визначаються такими основними показниками: густиною, температурою плавлення і кипіння, електропровідністю, тепловим розширенням, усадкою, міцністю на розрив, пластичністю.

Густина — відношення маси тіла до його об'єму, тобто кількість речовини в одиниці об'єму. Одиницею густини є 1 г/см³. Для визначення маси виробу необхідно густину матеріалу помножити на його об'єм.

У зубопротезній практиці для визначення кількості металу, необхідного для відливки виробу, використовують його воскову копію (шаблон, композицію). Коли прийняти, що "А" — маса виробу з металу, "а" — маса воскової копії, "б/' — густина металу, а "б₂" — густина воску, то пропорція буде такою: а/А = б,/б₂. Наприклад, для лиття виробу з кобальтохромового сплаву, якщо маса воскової копії становить 1 г, потрібна така кількість металу: 2/А = 0,96/8, А = 16,33 г. Так само можна визначити кількість матеріалу для заміни протеза, виготовленого з одного матеріалу, на протез з іншого матеріалу.

Плавлення. Усі речовини можуть перебувати в трьох агрегатних станах: твердому, рідкому і газоподібному. Більшість зубопротезних матеріалів застосовують у твердому стані (пластмаси, метали).

Під час виготовлення ортопедичних конструкцій часто потрібно переводити матеріали з одного стану в інший (розплавлення металу для лиття, виплавлення воску, випалювання ливарних форм). Агрегатний стан матеріалу змінюється під час його нагрівання.

Температура, за якої нагрітий твердий матеріал переходить у рідкий стан, називається температурою плавлення. Такий перехід із твердого стану в рідкий у різних матеріалів відбувається за різних температур. Так, нержавіюча сталь плавиться за температури 1400 °С, олово — 232 °С. Залежно від температури плавлення матеріали поділяють на легкоплавкі (точка плавлення до 232 °С) і тугоплавкі. Температура плавлення останніх значно вища за температуру плавлення олова.

Хімічно чисті елементи металів мають певну температуру плавлення. Різні добавки до сплаву змінюють температуру його плавлення. Це дозволяє створювати сплави, що мають певні властивості (з високою чи низькою температурою плавлення). Під час поступового нагрівання твердої речовини її температура підвищується до такої, коли починається процес плавлення. З цього моменту і до повного переходу всієї маси речовини в рідкий стан температура лишається на одному рівні, тому що молекули речовини у твердому стані притягуються одна до одної з більшою силою, ніж у рідкому стані. Тепло, яке надходить після початку плавлення, витрачається на розривання сил міжмолекулярного притягання в тій частині речовини, яка ще перебуває у твердому стані. Тепло, що витрачається на розривання цих сил, називається прихованою, або питомою, температурою плавлення.

Серед зуботехнічних матеріалів є такі, що з твердого стану за температури плавлення зразу ж переходять у рідкий стан (легкоплавкі сплави, свинець). Є й такі матеріали, що не мають точно фіксованої температури плавлення і під час нагрівання (спроби плавлення) переходять у проміжний стан пластичності, який називають станом розм'якшення. Так, під час нагрівання акрилових пластмас до 80 — 90 °С у них починають з'являтися пластичні властивості, які повністю проявляються за температури 130—140 °С. Бджолиний віск (температура плавлення 60 °С) набуває пластичних властивостей у межах температур від 37 до 60 °С. Стан розм'якшення матеріалів широко використовують під час виготовлення ортопедичних конструкцій: формування з воску індивідуальних ложок, моделювання воскових композицій протезів, зняття відбитків термопластичними масами та ін.

Температуру, за якої відбувається перехід матеріалу з рідкого стану в газо- чи пароподібний, називають температурою кипіння. Так, температура кипіння кадмію становить 778 °С, срібла — 1955 °С. Кипіння зумовлено посиленням руху молекул речовин під час нагрівання. Коли зв'язки між молекулами розриваються, починається виділення газу чи пари. Під час кипіння рідина має постійну температуру.

Необхідно пам'ятати, що під час плавлення і кипіння багатокомпонентних сплавів металів із різними температурами кипіння може відбуватися випаровування легкоплавких компонентів сплаву, унаслідок чого властивості сплаву змінюються. Так, при виготовленні припою, який містить кадмій і цинк (температури кипіння — відповідно 778 °С і 918 °С), у разі перегрівання сплаву частина цих металів википає, і припій стає тугоплавким. Виникає загроза розплавлення деталей під час паяння.

При виготовленні мостоподібиих і бюгельних протезів зі сплавів золота застосовують золотий припій. Кадмій, який входить до його складу, під час паяння врікипає. Проба припою стає близькою до проби спаюваних деталей, а протез стає більш однорідним у всіх частинах.

Деякі матеріали під час нагрівання вище за температуру плавлення розпадаються на складові частини. Поліметилметакрилат (основа акрилових пластмас) за температури 275 — 310 °С втрачає полімерну структуру, розпадається до мономолекул метилового ефіру метакрилової кислоти (мономер).

Під час пароутворення об'єм речовини значно змінюється. Так, перетворення води на пару збільшує її об'єм у 1700 разів, що може призвести до технологічного браку і нещасних випадків. Наприклад, заливка розтопленого металу у вологі форми для лиття руйнує їх. Виникає загроза викиду бризок металу.

Температура кипіння залежить від тиску атмосфери над поверхнею розплаву речовини. При підвищенні цього тиску температура кипіння підвищується, при зниженні — знижується.

Теплопровідність — властивість матеріалу проводити тепло. Швидкість передачі тепла різна в різних матеріалів. Тому їх поділяють на такі, що добре передають тепло (теплопровідні), і погано його передають (нетеплопровідні, термоізоляційні). До перших відносять переважно метали та їх сплави, до других — кераміку, скло, пластмасу та інші.

Коефіцієнт теплопровідності — кількість тепла, яке проходить за 1 год від нагрітої частини тіла до холодної на відстань, що дорівнює 1 м, за умови, що різниця температур становить 1 °С, а поперечний переріз тіла — І ьш². Еталоном теплопровідності вважають срібло. Теплопровідність його становить 100 А, золота -- 68 А. Погано проводять тепло пластмаси та кераміка. Теплопровідність має велике значення при застосуванні коронок, півкоронок і вкладок із металу, що можуть спричинити термічні подразнення кукси зуба. Щоб запобігти цьому, використовують матеріали з малою теплопровідністю (пластмаси, кераміку) або фіксують металеві протези на цементи з низькою теплопровідністю.

Іноді пластмасові базиси знімних протезів, які покривають піднебіння і комірковий відросток, спричинюють порушення теплообміну між слизовою оболонкою і зовнішнім середовищем. Це призводить до патологічних змін слизової оболонки ротової порожнини під базисом. Користуватися протезом у таких випадках неможливо. Щоб усунути такі негативні явища, необхідно виготовити знімні протези з металевим базисом, який має більшу теплопровідність, ніж пластмаса.

Електропровідність — властивість матеріалу (провідника) проводити електрострум. її вимірюють в одиницях питомої провідності. Величину, обернену до провідності, називають опором. Зуботехнічні матеріали мають різну електропровідність, яка залежить від активності вільних електронів. У ротовій порожнині між матеріалами з різними електричними потенціалами виникають електрорушійна сила (ЕРС), гальванічні струми. Вони можуть зумовити корозію металів протеза і появу неприємних відчуттів у роті.

Теплове розширення. Усі матеріали під час нагрівання і охолодження змінюють лінійні розміри і об'єм. Ця властивість у різних матеріалів неоднакова і визначається коефіцієнтом розширення.

Коефіцієнт лінійного розширення — це величина подовження зразка завдовжки 1 м під час нагрівання його на і"С за температури середовища 20 °С. Коефіцієнт об'ємного розширення дорівнює потроєному коефіцієнту лінійного розширення. Величину лінійного розширення вимірюють дилатометром. Зразок матеріалу поміщають у дилатометр і нагрівають. Стрілка приладу показує абсолютну величину розширення за даної температури. При виготовленні ортопедичних конструкцій необхідно враховувати величину теплового розширення і усадку матеріалів для внесення поправок до розмірів виробу відповідно до розмірів дефекту (вибір відповідних формувальних мас, що компенсують усадку під час відливки деталей). Коли ортопедична конструкція з кількох матеріалів у процесі виготовлення піддається термічній обробці, необхідно, щоб матеріали, які входять до її складу, мали приблизно однакові коефіцієнти теплового розширення, інакше у виробі можуть утворюватися тріщини.

Щільне з'єднання матеріалів із різними властивостями за допомогою адгезії можливе за умови тісного прилягання їх поверхонь. На відстані в декілька мікрон (виключно мала величина) сили міжмолекулярного притягання вже не діють і адгезія не виникає, а з'єднання здійснюється механічним контактом нерівностей поверхонь, що прилягають одна до одної. Коли контактно з'єднані матеріали мають близькі чи однакові коефіцієнти лінійного розширення, то під час нагрівання та охолодження їх розміри змінюються однаково, що практично не впливає на міцність їх зв'язку. При різних коефіцієнтах лінійного розширення коливання температури спричинюють неоднакові зміни розмірів (на десятки і сотні мікрон) матеріалів, що з'єднуються. При цьому адгезія зникає і міцність з'єднання різко змінюється.

Матеріали, які використовують для відновлення зруйнованих коронок зубів, повинні мати коефіцієнти лінійного розширення, що максимально близькі до таких у тканинах зуба (8'10~⁶). Такі коефіцієнти мають, наприклад, стоматологічні цементи і фарфор (9-Ю"⁶). Акрилові пластмаси мають коефіцієнт теплового розширення в 10 разів більший, ніж тканини зуба, що пояснює відсутність адгезивного зв'язку пластмасових пломб із тканинами зуба.

Колір матеріалу дозволяє відрізняти один матеріал від іншого, а також визначати, в якому стані він перебуває (нагрітий чи ні). Метали змінюють свій колір залежно від температури нагрівання. Так, за температури 200 °С метал набуває блідо-рожевого кольору, 800-900 °С - солом'яно-жовтого, 1000 —1300°С і вище — білого.

Пластичні й керамічні маси забарвлюють у кольори, притаманні тканинам ротової порожнини: базиси — у рожевий колір (як слизова оболонка), штучні зуби і фасетки незнімних протезів — у колір природних зубів. Протези, які заміщають косметичні дефекти, виготовляють із матеріалів, які в разі тривалого користування не змінюють свій колір.

Колір допоміжних стоматологічних матеріалів особливого значення не має. Зуботехнічний віск забарвлюють у різні кольори тільки для того, щоб легше відрізнити один вид воску від іншого.

Механічні властивості матеріалів. Зубний протез у ротовій порожнині зазнає навантажень, які створюють напруження в протезі від дії різних сил (стискання, розтягування, згин тощо). Коли напруження в протезі перевищує сили міжмолекулярного зчеплення в матеріалі, то відбувається його деформація або руйнування. Для визначення міцності, твердості, пружності, пластичності, в'язкості та втоми матеріалу його спеціально випробовують (на стискання, розтягування, удар, згин, скручування та ін).

Міцність — властивість матеріалу чинити опір і бути стійкими до дії механічних сил у ротовій порожнині,

які здатні спричинювати деформацію металу чи його руйнування. Руйнування матеріалу під впливом стискання, розтягування та інших сил при незначній пластичності спостерігається в крихких матеріалах. Інші матеріали, особливо метали, більш в'язкі й пластичні. Вони руйнуються після значних, нерідко пластичних деформацій. Більшу інформацію про механічні властивості матеріалу дає випробовування його на розтягування і стискання. Стандартні зразки матеріалів циліндричної чи плоскої форми випробовують у спеціальних машинах, де можна встановлювати різні силові режими випробовувань. Величина прикладеної сили визначає силу опору матеріалу при переході від пружного стану до пластичного. При цьому відбувається подовження зразка — пластична деформація (мал. 1, діаграма навантаження від точки 0 до точки а). Текучість матеріалу характеризує подовження зразка без подальшого збільшення навантаження (на діаграмі це крива до точки б). Межа текучості — навіть невелике навантаження

Видовження

Мал. 1. Діаграма розтягування мало вуглецевої сталі: а — межа пружності; б — межа текучості; Р — межа пропорційності;

призводить до значного подовження зразка і його розриву (точка б на діаграмі). Міцність матеріалу розраховують, розділивши величину мінімального навантаження, за якого настає руйнування, на величину площі поперечного перерізу зразка, і виражають у кілограмах сили (кгс) на 1 мм², що і є межею міцності матеріалу на розтягування. Вона залежить від будови матеріалу, його агрегатного стану та Ін. Цілеспрямовано змінюючи фактори, від яких залежить міцність матеріалу, можна значно її підвищити.

Так, під час пресування частинки матеріалу зближуються між собою, що збільшує сили міжмолекулярного зчеплення, унаслідок чого підвищується його міцність. Збільшення розміру молекул пластмас та зміна їх структури при введенні спеціального зшивального агента підвищує їх міцність. Підвищення міцності матеріалу досягають і шляхом дотримання певного режиму термічної і механічної обробки (наклеп, полімеризація тощо), а також легуванням — уведенням до сплаву компонентів, що змінюють його міцність, твердість та інші властивості. Так, золото для зміцнення легують міддю, сріблом та іншими металами, залізо — нікелем, титаном, хромом тощо.

Твердість — здатність матеріалу чинити опір деформації на поверхні зразка при механічній дії іншого, більш твердого тіла, заданої форми і розміру, яке не змінюється під час дослідження. Досліджувати матеріал на твердість можна різними методами. Найпростіший метод — це метод Мооса. Твердість матеріалу визначають шляхом нанесення подряпин (рисок) на зразок матеріалу іншими матеріалами, підібраними в певній (зростаючій) послідовності за їх твердістю: 1) тальк; 2) гіпс; 3) вапняний шпат; 4) плавиковий шпат; 5) апатит; 6) польовий шпат; 7) кварц; 8) топаз; 9) корунд; 10) алмаз.

Твердість досліджуваного матеріалу дорівнює твердості матеріалу, який першим робить подряпину на поверхні зразка, мінус 1 за шкалою Мооса. Так, якщо подряпина нанесена корундом (№ 9), твердість досліджуваного матеріалу дорівнює 8. Цей метод неточний. Частіше застосовують інші методи визначення твердості матеріалу.

Твердість за Брінеллем визначають за допомогою пресів і загартованої кульки діаметром (5 ± 0,01) мм при певному навантаженні протягом 10 — 60 с. Твердість за Брінеллем — це відношення навантаження на кульку в кілограмах сили до площі поверхні утвореної ямки (заглиблення) у мм². На практиці користуються таблицею, де за діаметром кульки, глибиною ямки і величиною навантаження визначають твердість матеріалу.

Твердість за Роквелом. У досліджуваний зразок (завтовшки не менше ніж 1,5 мм) вдавлюють алмазний конус із кутом при вершині 120° або сталеву загартовану кульку діаметром 1,59 мм. При дії початкового (10 кгс) та кінцевого (100 кгс або 150 кгс) навантаження твердість зразка визначають за різницею глибин, на які проникає конус або кулька.

Твердість за Віккерсом. У досліджуваний зразок вдавлюють чотиригранну алмазну піраміду з кутом при вершині 136°. Твердість визначають за величиною тиску на одиницю поверхні відбитка (заглиблення) у кілограмах сили на 1 мм².

Твердість визначає опір матеріалу зносу та довговічність апаратів і протезів, їх гігієнічність. Базиси протезів, виготовлені з твердих матеріалів, більш гігієнічні за рахунок гладенької поверхні, на якій не затримуються

залишки їжі.

Коли природний зуб із неушкодженою емаллю на жувальній поверхні контактує зі штучним зубом антагоністом, виготовленим із фарфору, то буде стиратися природний зуб, бо твердість фарфору у 2 рази перевищує твердість емалі (600 кгс/мм і 300 кгс/мм² відповідно).

Штучні зуби, виготовлені з пластмаси, нержавіючої сталі, сплавів золота і срібла, що розміщуються навпроти природних зубів, більше стираються, бо їх твердість менша за твердість емалі зуба. Твердість дентину зуба в 5 разів менша від твердості емалі. Тому природні зуби, жувальні поверхні яких не покриті емаллю, стираються більш інтенсивно, ніж штучні зуби (крім штучних зубів із пластмаси — най м’якшого матеріалу).

Пружність — це властивість матеріалу чинити зростаючий опір, змінювати свої розміри та форму при дії деформівних сил і повертатися у початковий (вихідний) стан після зняття навантаження.

Межею пружності є максимальне навантаження, яке діє на одиницю площі поперечного перерізу матеріалу, після зняття якого досліджуваний зразок повертається у вихідний стан. При навантаженні, яке перевищує межу пружності, зразок необоротно змінює свої розміри і форму (залишкова деформація) або руйнується. Пружність матеріалів ураховують під час виготовлення частин ортопедичних конструкцій: пружин, дуг, кламерів.

У деяких випадках пружність матеріалів утруднює проведення технологічних процесів. Так, штампування металевих коронок можливе, коли сплав перебуває в стані найменшої пружності. Велике значення має пружність для відбиткових матеріалів. Сплави металів мають різну пружність залежно від їх механічної і термічної обробки. Кування, протягування і загартування збільшують пружність матеріалів, а випалювання зменшує її. Зубопротезні матеріали виявляють пружність у певних температурних інтервалах. У металів і їх сплавів ці інтервали досягають сотень градусів, а в базисних пластмас — десятки градусів.

Пластичність — це властивість матеріалу під дією навантажень змінювати свою форму і зберігати її після зняття навантаження. Усі пластичні матеріали виявляють стійку пластичну деформацію. Пластичність матеріалу може бути збільшена за певної температури (наприклад, випалювання металевих деталей). Але за деяких температур пружність збільшується, пластичність зменшується.

Втома матеріалу — властивість матеріалу руйнуватися під дією багаторазових навантажень. У матеріалі з'являються мікротріщини, число яких із часом поступово збільшується, і внаслідок зовні непомітного процесу конструкція чи деталь руйнується. Звичайно перші осередки руйнування виникають на ділянках протеза з внутрішнім напруженням, неоднорідною структурою, порами, нерівною поверхнею. Характерно, що матеріал може руйнуватися не в момент прикладання великої сили, а під впливом мінімальних навантажень, тобто сил, значно менших від межі пружності матеріалу. Такі сили діють на протез під час жування. Явище втоми матеріалів у зубопротезній практиці зустрічається часто: перелом базисної пластинки в місці найбільшого згинання, відрив консольного зуба, віддам кламера тощо. Боротьба з утомою матеріалів ведеться в різних напрямках. Головний з них — суворе дотримання технології виготовлення виробів, а також застосування способів їх зміцнення: хімічна і термічна обробка, загартування, високоякісна обробка поверхні, надання раціональних конструктивних форм.

В'язкість — властивість матеріалу під дією навантаження витягуватися (змінювати свою форму), не руйнуючись. Протилежною властивістю є крихкість. Для визначення в'язкості застосовують метод розтягування матеріалу на розрив у спеціальних приладах. Вимірюють довжину досліджуваного стержня до розтягування (руйнування) і після нього.

Відношення кінцевої довжини до початкової, виражене у відсотках, називають відносним видовженням, яким і характеризується в'язкість. При видовженні матеріалу змінюється площа поперечного перерізу зразка (пропорційно його видовженню). Цю властивість слід ураховувати при виготовленні металевих коронок, деталей апаратів і складних щелепних протезів, а також при виборі сплавів металів для ортопедичних конструкцій. Деформація. При дії зовнішнього навантаження тверді тіла можуть змінювати свою форму і структуру. Зміна взаємного розміщення і відстані між певними точками твердого тіла називають деформацією. Найчастіше (при розтягуванні, стисканні, згинанні, скручуванні) виникають прості види деформації.

Деформації можуть бути пружними, коли після припинення дії сил тіло набуває первинної форми, або пластичними, при яких тіло змінює свою форму. Зубні протези мають складну конфігурацію (форму), унаслідок чого при дії зовнішніх сил в одному місці в різних його частинах виникають різні види деформацій. Уникнути їх повністю неможливо. При виборі матеріалу для зубного протеза, визначенні форми, розміру і товщини окремих його частин необхідно враховувати можливу величину деформації і використовувати пружні матеріали, тоді деформації будуть пружними. Пластичні деформації виникають на різних технологічних етапах виготовлення ортопедичних конструкцій (штампування коронок, формування пластмас, зняття відбитків). У цих випадках без зміни форми матеріалу виготовити ортопедичні конструкції неможливо.

Хімічні властивості матеріалів. Одна з основних вимог до конструкційних зуботехнічних матеріалів — це їх хімічна інертність. Ортопедичні конструкції в ротовій порожнині постійно омиваються слиною, контактують з їжею, яка містить різні хімічні речовини. Вони є хімічно активним електролітом, що за наявності на зубах металевих протезів, пломб із різних металевих сплавів часом призводить до появи гальванічного струму. Силу такого струму обумовлює концентрація іонів водню в слині. Остання може бути за своєю реакцією кислою (рН від 7,0 до 5,2), нейтральною (рН 7,0) або лужною (рН 7,0 — 7,8). Зазвичай слина буває слаболужною. Гальванічний струм малої напруги (мікрострум) виникає при електрохімічній корозії сплавів металів у ротовій порожнині. Він може також виникнути при застосуванні для протезів сплавів, що стійкі до корозії, але мають різні електрохімічні потенціали та електропровідність.

У слині постійно відбувається процес електролізу з утворенням іонів металів. Виникають і хімічні реакції, при яких можуть утворюватися шкідливі для організму речовини. Ці явища зумовлені наявністю в ротовій порожнині різнорідних за своїми хімічними властивостями матеріалів. Електрохімічні процеси можуть спричинити: 1) захворювання пацієнта від дії мікроструму чи токсичної дії речовин, що утворюються під час хімічних реакцій; 2) корозію матеріалу протеза, яка погіршує його міцність і структуру. Тому конструкційні матеріали повинні бути стійкими до корозії.

При виготовленні ортопедичних конструкцій матеріали зазнають дії різних факторів, які спричинюють виникнення активних хімічних процесів. Під час нагрівання металевих сплавів відбувається їх окиснення, що може погіршувати їх механічні властивості. Під дією кислот і їх сумішей (вибілювання) розчиняються метали. За наявності в ротовій порожнині протезів, виготовлених із недостатньо хімічно стійких матеріалів, виникає гальванічний ефект — електроліз із розчиненням анода, унаслідок чого окремі метали сплаву протеза розчиняються і на його поверхні виникають дефекти: шорсткість, плями. Можливе і руйнування протеза.

Пацієнт, який користується протезами з різних сплавів, іноді скаржиться на неприємні відчуття: металевий присмак, поколювання (явище гальванізму). Такі протези необхідно замінити на інші, зроблені з однорідних (з подібними властивостями) металів.

Під час виготовлення ортопедичних конструкцій із пластмаси відбувається укрупнення її молекул (полімеризація, поліконденсація). Під час полімеризації молекули низькомолекулярних речовин (мономерів) зв'язуються в полімерні ланцюги (без звільнення побічних продуктів реакції — води, спирту та ін.). Процес полімеризації оборотний, під час нагрівання можливе розщеплення молекул полімеру на молекули мономера.

Під час поліконденсації з'єднання молекул супроводжується утворенням деяких побічних продуктів реакції (вода, спирт та ін.). Процес поліконденсації необоротний, структура утвореного полімеру відрізняється від структури мономерів.

Окисно-відновні реакції. Окисненням називається процес віддавання атомами чи іоном електронів, при якому елемент, що віддає електрон, є відновником. Коли атом чи іон приймає електрон, то він відновлюється і водночас є окисником. Окиснення і відновлення — це два процеси, що перебігають одночасно і не можуть існувати незалежно один від одного. Окисно-відновний процес спричинює корозію металів.

Корозія — руйнування металів (чи їх сплавів) під впливом навколишнього середовища. Розрізняють хімічну, газову і електрохімічну корозію. Хімічна корозія виникає внаслідок взаємодії металу з хімічними речовинами (вибілювання металів кислотами), газова — унаслідок контакту металу з газом (кисень, хлор та ін.), що призводить до утворення оксидів металу і солей. Електрохімічна корозія — це окиснення металу, яке супроводжується виникненням гальванічного струму в ротовій порожнині. Цей вид корозії є наслідком внутрішньоструктурних процесів у виробі, обумовлених електрохімічними властивостями елементів, які входять до складу металу (чи сплаву), За характером пошкодження корозія буває: 1) рівномірною, коли пошкоджується вся поверхня металу, при цьому механічна міцність виробу змінюється незначно; 2) місцевою, коли пошкоджуються окремі ділянки металу. Причини місцевої корозії — наявність включень у металі, неоднорідність його структури, внутрішнє напруження; 3) міжкристалічною, що виникає внаслідок порушення зв'язку між кристалами. Внутрішньоструктурна корозія зумовлює руйнування металу. Зовнішній вигляд поверхні виробу при цьому може навіть не змінюватись, однак міцність його різко зменшується. У деяких випадках унаслідок корозії може зруйнуватися припій, який з'єднує частини стальних зубних протезів. Окремі ділянки протезів із дорогоцінних металів можуть змінювати свій колір і стають менш міцними.

Один із компонентів пластмас, які застосовують для виготовлення ортопедичних конструкцій, — мономер (складний ефір однієї з кислот акрилової групи). Виготовлення якісного пластмасового виробу можливе тільки за умови повної полімеризації мономера. У разі неповної полімеризації залишковий мономер спричинює

подразнення слизової оболонки ротової порожнини під протезом, погіршує механічні властивості протеза. Знання хімічних властивостей матеріалів дозволяє керувати хімічними процесами під час виготовлення виробів, визначати їх інтенсивність і тривалість. До таких процесів відносять появу і видалення окалини металевих сплавів (вибілювання), полімеризацію пластмас, кристалізацію гіпсу, горіння тощо.

Конструкційні зуботехнічні матеріали, які випускає промисловість, проходять спеціальну перевірку на хімічну стійкість, сумісність із рідиною ротової порожнини. Велику хімічну стійкість мають: нержавіюча сталь, кобальтохромові сплави і сплави на основі золота, платини і паладію, акрилові пластмаси. Металеві сплави покривають дуже тонкою оксидною плівкою, яка захищає метал від окиснення і подальшої корозії.

Технологічні властивості матеріалів. Ковкість — властивість матеріалу набувати певної форми під дією сили тиску (кування, штампування) і зберігати її після припинення дії сили. Ковкість матеріалу залежить від його пластичності та в'язкості. Вона властива більшості сплавів металів і майже відсутня в пластичних масах. Добру ковкість виявляють нержавіюча сталь, сплави на основі золота, срібла, паладію. Кування застосовують для надання металевій гільзі попередньої форми коронки.

Вальцювання — виготовлення напівфабрикатів за допомогою обтискувальних валиків зі злитків різних форм (труби, рейки, лист). У стоматології вальцюванням зі злитків виготовляють напівфабрикати для коронок, кап, трубок, стрічок для кілець, фольги для ковпачків.

Лиття — виготовлення виробу шляхом заливки розплавленого металу у форму для лиття. Ливарні властивості матеріалу визначаються здатністю його в рідкому (розплавленому) або пластифікованому стані заповнювати форму для лиття, або пресформу, утворюючи під час охолодження щільні відливки. Ці властивості зумовлені текучістю, усадкою і ліквацією сплавів металів і текучістю пластмас. Текучість сплавів металів проявляється тільки в розплавленому стані, а текучість багатьох пластичних мас підвищується при додаванні до маси рідких фракцій тих самих сполук або інших пластифікуючих речовин. Ступінь текучості визначають за повнотою заповнення матеріалом вигинів форми для лиття.

Паяння — жорстке з'єднання частин металевих деталей виробу за допомогою іншого присадочного металу (сплаву). Спаюваність — властивість сплаву деталей і частин виробу з'єднуватися припоєм. Вона залежить від багатьох факторів: фізичного стану матеріалів, які підлягають паянню, наявності оксидної плівки, складу припою та ін. Наприклад, деталі з нержавіючої сталі погано паяються олово-свинцевим припоєм, а сплави алюмінію зовсім не паяються.

Наклепка — зміна мікроструктури і фізико-хімічних властивості сплаву під впливом механічної обробки (кування, штампування, протягування та ін.). Зокрема, збільшуються твердість і міцність, різко зменшується його пластичність і в'язкість. Подальша холодна механічна обробка деталі тиском протипоказана, оскільки можливе її руйнування. Для усунення наклепки застосовують термічну обробку сплаву (випалювання) за певних температур.

Усадка — зменшення об'єму відлитої деталі (виробу) під час застигання (кристалізації) розплавленого металу в ливарній формі. Швидкість застигання металу в стовщених місцях лиття менша, ніж у тонких, де метал твердіє раніше. Розплавлений метал "відтягується" до ділянок із більш швидкою кристалізацією і утворює там мікрокристалічну структуру. У місцях стовщення утворюється великокристалічна структура. Унаслідок нестачі металу в місцях стовщення утворюються усадочні раковини, які звичайно виникають у верхній частині відливка. Усадочні раковини, внутрішнє напруження (від усадки), неоднакові розміри кристалів на різних ділянках відливка, крупнозерниста структура сплаву погіршують механічні й антикорозійні властивості виробу.

Біологічні властивості. Матеріали ортопедичних конструкцій у ротовій порожнині можуть справляти несприятливий вплив на біологічне середовище. Тому вони повинні відповідати певним вимогам: 1) не спричинювати патологічні зміни в тканинах і рідинах, з якими вони контактують; 2) не змінювати мікрофлору ротової порожнини; 3) не порушувати мітотичний процес; 4) не впливати на рН слини та їжі; 5) не порушувати температурну, смакову й тактильну чутливість тканин ротової порожнини та кровообіг у них.

Усі зуботехнічні матеріали до впровадження їх у практику проходять спеціальну перевірку на біологічну інертність.

Запитання для самопідготовки

1. Чому зубному техніку необхідно знати зуботехнічне матеріалознавство?

2. Класифікація матеріалів, які застосовують в ортопедичній стоматології.

3. Вимоги до конструкційних матеріалів.

4. Які сили діють на протез під час жування? їх величина і характер дії.

5. Вимоги до основних зуботехнічних матеріалів.

6. Вимоги до допоміжних зуботехнічних матеріалів.

7. Біологічні властивості зуботехнічних матеріалів. Вимоги до них.

8. Основні показники фізичних властивостей зуботехнічних матеріалів.

9. Поняття про густину матеріалу. Одиниця густини.

10.Метод розрахунку кількості металу, необхідної для лиття конструкції за восковою копією.

11.Агрегатні стани речовин. Навести приклади речовин, які перебувають у різних агрегатних станах,їх застосування.

12.Поняття про плавлення. Легкоплавкі й тугоплавкі метали.

13.Кипіння матеріалів. Питома теплота газо- і пароутворення.

14. Поняття про теплопровідність матеріалів, її значення для зубного протезування.

15. Провідність електроструму і опір струму. їх значення для зубного протезування.

16. Теплове розширення, коефіцієнти лінійного і об'ємного розширення. Значення теплового розширення матеріалів для зубного протезування.

17.Поняття про адгезію.

18. Порівняльна характеристика коефіцієнтів лінійного розширення окремих зуботехнічних матеріалів і природних зубів.

19. Значення кольору металів для визначення температури їх нагрівання.

20.Механічні властивості матеріалів.

21. Дайте визначення термінам "міцність" і "крихкість"матеріалів.

22. Діаграма навантажень зуботехнічних матеріалів (пружний стан, пластичний стан, текучість).

23. Що таке міцність матеріалу на розтягування і стискання?

24. Способи зміцнення матеріалів, сплавів металів і пластмас.

25. Твердість матеріалу. її значення для зубного протезування.

26. Методи дослідження матеріалів на твердість (за Моосом, Брінеллем та ін.).

27. Характеристика твердості штучних зубів і коронок (порівняно з природними зубами).

28. Пружність матеріалу. її значення для зубного протезування.

29. Назвіть технологічний етап виготовлення незнімного зубного протеза, коли пружність матеріалу небажана.

30. Пластичність матеріалу. її значення для технології виготовлення ортопедичних конструкцій.

31. Як можна збільшити пластичність матеріалу? Наведіть приклади.

32.Поняття про втому матеріалу.

33. Значення втоми матеріалів для зубного протезування. Шляхи боротьби з нею.

34. В'язкість матеріалів. Методи її визначення.

35. Деформація. її види і значення для ортопедичної стоматології.

36. Хімічні властивості зуботехнічних матеріалів.

37. Хімічна дія слини та їжі на металеві ортопедичні конструкції.

38. Поняття про електрохімічну активність металів. Її значення для зубопротезування.

39. Причини виникнення гальванічних струмів у ротовій порожнині.

40. Наслідки електрохімічних процесів, що виникають у ротовій порожнині.

41. Вплив електролізу в ротовій порожнині на незнімні зубні протези.

42. Які ускладнення можуть виникнути, якщо зубні протези виготовлені з різнорідних сплавів?

43. Явища полімеризації і поліконденсації.

44. Поняття про окисно-відновні реакції. їх характеристика і значення.

45. Що таке корозія металу? її види.

46. Вплив порушення умов полімеризації пластмасового протеза на його якість.

47. Що таке ковкість? Застосування ковкості під час виготовлення ортопедичних конструкцій. Наведіть приклади ковких матеріалів.

48. Що таке вальцювання? Його застосування в ортопедичній стоматології.

49. Що таке лиття? Ливарні властивості матеріалу.

50. Умови, за яких сплави металів і пластмаси проявляють текучість.

51. Що таке паяння? Від чого залежить спаюваність сплаву?

52. Поняття про наклепку. Методи усунення наклепки.

53. Поняття про усадку. Усадочні раковини, причини їх виникнення.