Лекция 10 стоматологическая керамика. Общая характеристика

Краткая история стоматологической керамики. Понятия керамики и фарфора. Классификация стоматологической керамики по назначению. Состав стоматологической керамики. Технология получения и структура керамики.

Керамика - самый древний поделочный искусственный материал, относящийся к каменному веку (неолита), но сохранивший свое значение в человеческом обществе до настоящего времени. Применение керамики в стоматологии связывают с именем французского аптекаря Alexis Duchateau, который впервые изготовил себе съемные протезы с фарфоровыми зубами. В 1844-1883 г. началось промышленное производство фарфоровых зубов в Англии, Германии и Америке. В конце XIX в. доктор Лэнд запатентовал способ изготовления жакетных коронок из фарфора на платиновой фольге. А в 1962 г. был запатентован метод изготовления металлокерамических коронок, и началась эра металлокерамики. В конце ХХ века появились новые керамические составы и современные технологии для изготовления цельнокерамических протезов.

Говоря о стоматологической керамике, часто используют два термина для обозначения данного класса восстановительных материалов - керамика и фарфор. По определению энциклопедического словаря (Энциклопедический словарь, М., «Сов. энциклопедия», 1985), слово «керамика» произошло от греческого keramike - гончарное искусство (ker- amos-глина). К керамике относят изделия и материалы, полученные спеканием глин и их смесей с минеральными добавками, а также оксидами и другими неорганическими соединениями. Фарфор - это белая полупрозрачная (прозрачная) керамика, которую обжигают до глазурованного состояния.

Первые составы фарфора имели повышенную хрупкость. Их применение в восстановительной стоматологии ограничивалось изготовлени-

ем искусственных зубов и, в редких случаях, коронками для одиночных зубов. С развитием стоматологического материаловедения и совершенствованием материалов для восстановления зубов применение керамических материалов существенно расширилось (схема 10.1).

Схема 10.1. Виды зубных протезов из керамики

В общем виде состав керамики представляет собой смесь полевого шпата, каолина, кварца и красителей. Полевой шпат является очень распространенным минералом, входящим в состав гранита и других горных пород. Температура его плавления от 1150 до 1200 °С. Полевые шпаты, используемые для стоматологического фарфора, представляют собой смеси натриевого и калиевого полевого шпата. Натриевый полевой шпат называется альбитом, калиевый - микроклином или ортоклазом. Последний - основной материал для получения стоматологической фарфоровой массы.

Каолин, или белая глина, представляет собой продукт разрушения горных пород, состоящий в основном из минерала каолинита, который является соединением алюминия и кремневой кислоты. Каолин - гидратированный алюмосиликат, который действует в качестве связки, повышая способность необожженного фарфора к моделированию. Из-за непрозрачности в состав стоматологической керамики его добавляют только в очень маленьких количествах, если вообще добавляют. При нагревании до температуры 1350 °С каолин спекается, а при нагревании до 1850 °С - плавится.

Кварц - самый распространенный минерал. По своему химическому составу он является ангидридом кремниевой кислоты. В природе встречается в виде прозрачных призм, которые называют горным хрусталем. В зависимости от примесей кварц может принимать различные оттенки. Температура плавления кварца 1800 °С. При расплавлении он превращается в стекловидную массу высокой прочности.

Для окрашивания стоматологического фарфора применяют различные оксиды металлов - железа, титана, кобальта и хрома. В состав фарфоровой массы вводят и другие компоненты. Например, плавни (флюсы). Эти вещества понижают температуру плавления фарфоровой массы (карбонат натрия, карбонат кальция и др.). Температура их плавления не выше 800 °С. Пластификаторы - вещества, которые вводят в фарфоровые массы, не содержащие каолина. В качестве пластификаторов используют органические вещества (декстрин, крахмал, сахар), которые полностью выгорают при обжиге. Эти вещества необходимы для придания пластичности фарфоровой массе во влажном состоянии.

Сравнивая составы бытового и стоматологического фарфора, можно легко заметить, что в составе последнего преобладает полевой шпат, а в бытовом - каолин (табл. 10.1).

Таблица 10.1

Сравнение составов бытового и стоматологического фарфора*

В зависимости от соотношения основных компонентов - полевого шпата, каолина и кварца, а также некоторых добавок, фарфор может быть тугоплавким (высокотемпературным), среднеплавким (среднетемпературным) и низкоплавким (низкотемпературным).

* В.Н. Трезубов, М.З. Штейнгарт, Л.М. Мишнев «Ортопедическая стоматология. Прикладное материаловедение», С.-Петербург, Специальная литература, 1999, с. 279.

Благодаря сложным составам современного стоматологического фарфора, в котором присутствует ряд модифицирующих добавок, и широкой вариации режимов обжига, существует возможность варьирования свойствами фарфора в соответствии с конкретным назначением в стоматологии.

Стоматологические фарфоровые массы получают смешиванием исходных компонентов, сплавлением их и затем резким охлаждением в воде. Большое значение имеет тщательный контроль чистоты исходного сырья. Смесь (шихту) помещают в шамотовые тигли и проводят обжиг до получения расплава - стекломассы, которую затем резко охлаждают. В результате такого охлаждения в массе возникают внутренние напряжения, которые приводят к ее растрескиванию. Этот процесс называют фриттованием, а полученный в результате его продукт фриттой. Фритта, как хрупкий материал, легко размалывается в тонкий порошок. Фриттование способствует перемешиванию составных частей массы.

Окрашивание и получение различных оттенков стоматологических фарфоровых масс осуществляют добавлением к порошку шихты окрашивающих пигментов. Во время предварительного плавления (фриттования) между компонентами проходят пирохимические реакции и связанные с ними усадочные процессы.

При рентгеноструктурном анализе в обожженной стоматологической керамике определяется кристаллическая фаза лейцит. Наличие лейцита в фазовом составе является отличительной особенностью стоматологической керамики, так как в бытовом фарфоре такая кристаллическая фаза отсутствует. Присутствие лейцита в стоматологической керамике обусловлено использованием в качестве исходного компонента калиевого полевого шпата. Лейцит в фарфоре образуется при термическом разложении калиевого полевого шпата:

при этом SiO₂ растворяется в образовавшемся стекле, повышая вязкость расплава. Кристаллы лейцита в виде глобул, равномерно и в большом количестве распределенные в стеклянной матрице, препятствуют распространению трещины и тем самым повышают прочность фарфора. Кроме того, кристаллы лейцита в отличии от муллита (кристаллической фазы бытового фарфора) обладают прозрачностью.

Муллит образуется из каолина (каолинита) при обжиге керамической массы при температуре 1200-1300 °C для изготовления изделий бытового назначения.

Во время последующих обжигов керамических масс в зуботехнической лаборатории порошки фарфоровых масс сплавляются или точнее спекаются при обжиге с образованием восстановительного протеза. Температура этого обжига зависит от состава фарфора и ее следует тщательно контролировать, чтобы получить нужную структуру материала и свести к минимуму пиропластическое течение.

Хотя многие восстановительные марки фарфора содержат кристаллическую фазу, их следует рассматривать как стекла. Высокотемпературный фарфор может быть более точно назван «полевошпатным стеклом».

Многочисленными микроскопическими исследованиями установлены следующие структурные элементы фарфора (рис. 10.1): стекловидная изотропная фаза, состоящая из полевошпатного стекла; не растворившиеся в стекле оплавленные частицы кварца; кристаллы лейцита, распределенные в аморфном полевошпатном стекле; микропоры.

Рис. 10.1. Технологические этапы получения стоматологического фарфора и его структура

Количество стеклофазы возрастает при повышении температуры плавления и увеличении времени плавки. Нерастворившиеся частицы кварца вместе с кристаллами лейцита образуют скелет структуры фарфора.

Важное влияние на свойства фарфора оказывает пористость. Закрытая пористость влияет и на эстетические свойства (уменьшение прозрачности керамического восстановления), и на механическую прочность фарфора. Наибольшую пористость масса имеет перед началом спекания, по мере образования стекловидной фазы пористость снижается, повышается плотность материала и, соответственно, сокращаются размеры изделия.