CC BY
134
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В СТОМАТОЛОГИИ (ЧАСТЬ II). ОГНЕУПОРНЫЕ ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Полонейчик Николай Михайлович, кандидат медицинских наук, доцент,
заведующий кафедрой общей стоматологии Белорусского государственного медицинского университета, Минск
Poloneichik N.M. Belarusian State Medical University, Minsk The molding materials used in dentistry (part II). Refractory molding materials
Резюме. В современной стоматологии широко используются технологии литья сплавов металлов и литьевого прессования керамических материалов. Формы для литья сплавов металлов и прессования керамики изготавливаются из огнеупорных формовочных материалов. В статье представлена классификация видов и типов применяемых огнеупорных формовочных материалов, их характеристика, детально описаны особенности технологического процесса. Ключевые слова: огнеупорные формовочные материалы, классификация, характеристика.
Современная стоматология. — 2016. — №3. — С. 69—71. Summary. In modern dentistry widely used technology alloy casting of metals and injection molding of ceramic materials. Casting molds for metal alloys and press ceramics made of refractory molding materials. The article presents the classification of kinds and types of used refractory molding materials, their characteristics, described in detail the features of the technological process. Keywords: refractory molding materials, classification, characteristics. Sovremennaya stomatologiya. — 2016. — N3. — P. 69-71.
Технологический процесс изготовления зубных протезов или их частей путем заливки или прессования конструкционных материалов, находящихся в жидком состоянии, в огнеупорные формы, где они затвердевают, носит название литья. В современной стоматологии широко используется технологии литья сплавов металлов и литьевого прессования керамических материалов (рис. 1).
Формы для литья сплавов металлов и прессования керамики изготавливаются из огнеупорных формовочных материалов. Под термином огнеупорные материалы следует понимать свойство материалов противостоять, не разрушаясь, воздействию температур свыше 1580°С. Огнеупорность характеризуется температурой, при которой стандартный образец из материала в форме трехгранной усеченной пирамиды высотой 30 мм и сторонами оснований 8 и 2 мм (конус Зейгера) размягчается и деформируется так, что его вершина касается основания. Различают 3 типа огнеупорности материалов: - собственно огнеупорные материалы (огнеупорность 1580-1770°С);
- высокоогнеупорные (1770-2000°С);
- материалы высшей огнеупорности (выше 2000°С).
Литейная огнеупорная форма, как приемник расплава,
должна обеспечивать условия для получения отливок высокого качества. Поэтому формовочные смеси должны удовлетворять определенным требованиям:
1. Быть безвредными при работе с ними.
2. Иметьдисперсность, обеспечивающую гладкую поверхность отливки.
3. Дозировка компонентов должна быть простой и удобной в работе.
4. Время смешивания компонентов и рабочее время должно составлять 4-6 минут.
5. Огнеупорные смеси в жидкой фазе должны обладать высокой текучестью и способностью смачивать восковые модели без образования воздушных пор.
6. Время твердения должно составлять до 60 минут.
7. Обладать прочностью, обеспечивая целостность литейной формы во время ее транспортировки и заливки.
8. Не разрушаться под воздействием температуры, превышающей на 200°С температуру расплава.
Рис. 1. Схема литья конструкционных материалов: восковая модель искусственной коронки с литниковой системой, установленная на литьевом конусе (а), изготовление формы из огнеупорного материала (б), форма, подготовленная к литью после выплавления восковой модели (в), заполнение огнеупорной формы расплавленным конструкционным материалом (г), отливка конструкционного материала, освобожденная от формы (д) и искусственная коронка, отделенная от литниковой системы (е)
ПРАКТИКУМ ЗУБНОГО ТЕХНИКА
Таблица
Классификация огнеупорных материалов по химико-минеральному составу
Тип 1руппа Массовая доля основных химических компонентов, %
Кремнеземистые Кварцевые SiO2 не менее 98
Глиноземистые Корундовые А1203 свыше 95
Цирконистые Оксидциркониевые Zr02 свыше 85
Углеродистые Графитированные С свыше 96
9. Обладать газопроницаемостью для выхода паров и газов в процессе нагрева и литья.
10. Не изменять химический состав расплава и не реагировать с ним химически.
11. Обеспечить необходимое расширение для компенсации усадки сплава.
12. Не содержать вещества, которые могут ухудшить качество отливки, реагируя с ней.
13. Легко отделяться от отливки.
Особо значимым требованием, предъявляемым к формовочным материалам, является компенсация усадки сплавов металлов при их застывании. Золотые сплавы при застывании дают усадку в пределах 1,5%, а хромоникелевые - 2,4%. Следовательно, усадку конструкционных сплавов при их застывании необходимо компенсировать расширением формы на величину усадки. Незначительное расширение формы обеспечивается уже в процессе твердения формовочной массы. Созданию расширяющейся формы в большей степени способствует ее нагревание в муфельной печи.
Огнеупорные материалы изготавливают преимущественно на основе минерального сырья путем формирования химико-минерального состава и структуры в процессе технологической переработки сырьевых материалов. Сырьем для производства огнеупоров служат природные материалы, например, кварциты, кварцевые пески, огнеупорные глины и каолины, бокситы, силикаты алюминия, гидратные природные разновидности алюминия, магнезиты, доломиты, известняки, природные силикаты и гидросиликаты магния, цирконовые пески, графит и др.
Промышленный выпуск огнеупорных материалов осуществляется в виде сухих порошкообразных масс различной степени измельчения, прочностные характеристики и огнеупорность которых закладываются за счет введения связующих добавок.
Для изготовления литьевых форм в стоматологии используются огнеупорные материалы, классифицируемые по химико-минеральному составу (таблица).
В зависимости от назначения смеси разделяются на облицовочные, наполнительные и единые.
Облицовочная смесь имеет наиболее высокое качество и применяется для покрытия рабочей поверхности формы, непосредственно соприкасающейся с расплавленным металлом. Толщина слоя облицовочной смеси зависит от рода и характера отливки (15-50 мм).
Наполнительная смесь насыпается поверх облицовочной, обладает меньшей прочностью и газопроницаемостью и дешевле. Она приготавливается путем переработки бывшей в употреблении формовочной смеси с добавлением (3-5%) свежих материалов.
Единая смесь составляет весь объем формы и широко применяется в стоматологии для литейных технологий. От наполнительной смеси она отличается большим содержанием свежих материалов и лучшими физико-механическими свойствами.
Наиболее широкое применение в стоматологии нашли кремнеземистые (кварцевые) формовочные материалы. Диоксид кремния, кварц ф02) - твердое, тугоплавкое вещество. Температура плавления кварца 1800°С. В природе встречается в виде прозрачных кристаллов, которые называют горным хрусталем. В зависимости от примесей кварц может принимать различные оттенки. Кристаллы кварца (рис. 2 а) подвергают первичному обжигу - фриттованию, результатом которого является продукт под названием фритта. В результате быстрого охлаждения фритты внутри расплавленного кварца образуются высокие напряжения, которые приводят к обширному растрескиванию массы (рис. 2 б). Полученный таким образом материал легко поддается измельчению, которое проводят для получения мелкодисперсного порошка (рис. 2 в).
При нормальных условиях диоксид кремния чаще всего находится в полиморфной модификации а-кварца, которая при температуре 573°С обратимо переходит в р-кварц. При дальнейшем повышении температуры кварц переходит в тридимит и кристобалит. Полиморфные превращения кварца и кристобалита из а- в р-форму сопровождаются увеличением объема и используются для компенсации усадки отливки. Температура плавления р-кварца - 1610°С, р-кристобалита -1723°С. Тридимитная модификация кварца не применяется при изготовлении огнеупорных форм, так как ее аллотропический переход при повышении температуры не сопровождается значительным увеличением объема.
Рис. 2. Кристаллы кварца (а), кварц после фриттования (б), молотый кварц (в)
Рис. 3. Составы сульфатных, фосфатных и силикатных формовочных огнеупорных материалов
В огнеупорных формовочных материалах кремнеземистого типа используют кварц молотый (маршалит, или кварц пылевидный - тонкодисперсный минеральный наполнитель, изготовляемый из кварцевого песка, содержащего не менее 98% Si02) и кристобалит (чистый мелкодисперсный кварцевый песок, имеющий кристаллическую структуру и обработанный при высоких температурах).
Высокая степень дисперсности частиц порошка формовочного материала обеспечивает хорошую чистоту поверхности отливки. Зернистость порошка от 20 до 60 мкм составляет до 90% объема гранулометрического состава современных кварцевых формовочных материалов.
Для связывания частиц кварцевого наполнителя используют сульфатные, фосфатные и силикатные связки, названия которых определяют подгруппы кварцевых огнеупорных формовочных материалов (рис. 3).
Сульфатные кварцевые огнеупорные формовочные материалы состоят из модификаций диоксида кремния (наполнитель) и связующего вещества - полуводного гипса, который добавляют к наполнителю в объеме от 25 до 45%. Смешанная с водой формовочная масса затвердевает в течение 10-30 минут. Во время затвердевания сульфатные формовочные массы расширяются в пределах 0,1-0,45%. В жестком металлическом кольце, в котором отверждается формовочная масса, следует устанавливать прокладку из сжимющегося материала (сухая целлюлоза или минеральная силикатная шерсть с вяжущим средством из акриловой кислоты), чтобы расширение при отвердевании происходило в радиальном направлении.
Термическое расширение формы является основным условием компенсации усадки сплавов во время литья. Для создания объемного расширения форму перед работой подвергают термической обработке. Если формовочный материал содержит кварц, то форма нагревается до 700°С, если кристобалит - до 450°С. На увеличение показателей термического расширения влияют соотношение воды и порошка при замесе формовочной смеси (чем гуще замес, тем больше термическое расширение формы) и процентное содержание в наполнителе кристобалита (кристобалит вызывает термическое расширение формовочного материала до 1,6%, а кварц - до 1,4%).
Сульфатные формовочные материалы характеризуются низкой огнеупорностью, не соответствующей требуемым критериям. Низкие показатели огнеупорности обусловлены термической неустойчивостью гипса. Уже при температуре 1000°С гипс разлагается на оксиды кальция и серы. Недостаточная огнеупорность позволяет использовать данные формовочные материалы для литья золотосодержащих сплавов с температурой плавления до 1000°С.
В силикатных кварцевых огнеупорных формовочных материалах для связки модификаций диоксида кремния используют гидролизованный этилсиликат. Этилсиликат получают из четыреххлористого кремния. Как компонент связки, он имеет кристаллографическое строение, близкое к параметрам кристаллического строения дисперсного кварцевого порошка. Гидролизованный раствор этилсиликата получают смешиванием 10-50% этилсиликата, 5-15% Н20, до 1,0% НС1, остальное - органический растворитель (спирт). Приготовление гидролизованного силиката проводится в следующей последовательности. В гидролизатор наливают спирт, воду, соляную кислоту и перемешивают их 1-2 минуты. Далее, постоянно перемешивая, в раствор добавляют этилсиликат.
Силикатные формовочные массы отличаются большим коэффициентом термического расширения и большой термостойкостью (до 1700°С), что позволяет использовать их при литье всех видов сплавов металлов, применяемых в стоматологии, за исключением титана.
Фосфатные кварцевые формовочные материалы обладают огнеупорностью до 1700°С. Они состоят из модификаций диоксида кремния (наполнитель) и связующего вещества - цинк-фосфатного цемента. При смешивании порошка (кварцево-кристобалитный наполнитель, аммоний дигидрофосфат, оксид магния, оксид алюминия) с жидкостью (30-45% коллоидный раствор кремниевой кислоты в воде) происходит образование фосфатов, которые прочно связывают частички наполнителя формовочной смеси кристаллогидратом фосфата. Соотношение золя оксида кремния и воды в процессе приготовления формовочной массы влияет на степень расширения материала. При уменьшении объема воды отмечается больше расширение формовочного материала. Обычно используют пропорцию из трех частей жидкости золя оксида кремния на одну часть дистиллированной воды. В результате термической обработки фосфаты переходят из орто- в пироформу (пирофосфат), обладающую большой огнеупорностью.
Для отливки титана (температура плавления 1660±20°С) используются глиноземистые высокоогнеупорные формовочные материалы с содержанием электрокорунда (огнеупорный и химически стойкий материал на основе оксида алюминия А1203) свыше 95%. В качестве связки используют этилсиликат. Возможно применение в качестве связующих материалов водных растворов солей магния и циркония. Кроме глиноземистых материалов для создания литейных форм, предназначенных для их заполнения расплавленным титаном, в качестве огнеупорного материала применяют цирконистые огнеупорные материалы с содержанием Иг02 свыше 85%, связываемые нитратом циркония или силикатом, и углеродистые (графитовые) формовочные материалы со смоляным связующим.
Поступила 17.06.2016
