Поюровская. Стоматологическое материаловедение

1)не содержать веществ, которые могут ухудшить качество отливки, реагируя с ней (например, фосфор, серу и т.п.);

2)не сращиваться с отливкой;

3)обеспечивать гладкую поверхность отливки, повторяющую гладкость поверхности восковой модели;

4)образовывать пористую оболочку, чтобы через поры обеспечить выход газов, образующихся в процессе литья металлов;

5)иметь определенную прочность, предохраняющую форму от растрескивания при нагревании и при литье;

6)иметь определенную величину расширения (гигроскопического, термического), обеспечивающую компенсацию усадки остывающей отливки.

В состав формовочных материалов в качестве основных компонентов входят, как правило, связующее и огнеупорный наполнитель. В зависимости от связующего формовочные материалы подразделяются на три группы: гипсовые, фосфатные и силикатные (схема 19.2).

Схема 19.2.

Классификация формовочных материалов

В гипсовые формовочные материалы в качестве связующего входит гипс, а в качестве огнеупорного наполнителя - оксид кремния. Оксид кремния существует в трех аллотропических формах: кварца, тридимита и кристобалита. При нормальных условиях кварц, тридимит и кристобалит находятся в α-форме, но при определенных температурах они превращаются в β-форму. Переход кварца и кристобалита из α-формы в β-форму сопровождается увеличением объема кристаллического материала, что и используется для компенсации усадки отливки.

Добавление воды в формовочный материал в начальной стадии твердения гипса приводит к значительному расширению формы - гигроскопическому расширению, что является следствием увеличения расстояния между растущими кристаллами гипса - двугидрата сульфата кальция. Максимальное гигроскопическое расширение достигается при взаимодействии воды с формовочным материалом до начала схватывания. Величина гигроскопического расширения может достигать 1-2,5%, что вполне компенсирует усадку при литье протезов из сплавов золота.

Основным методом компенсации усадки отливок является термическое расширение. Для его создания форму перед отливкой подвергают термической обработке. Конечная температура

прогрева формы зависит от вида оксида кремния, входящего в состав формовочного материала. Если формовочный материал содержит кварц, то форму нагревают до 700 °С, если кристобалит - до 450 °С. В состав формовочного материала помимо связующего гипса часто входят кварц и кристобалит, варьируя соотношение этих компонентов. Изменяя соотношение воды и порошка при замешивании формовочной массы, можно варьировать термическое расширение формы в довольно широком диапазоне -

от 0,9 до 1,4%.

Для литья сплавов с более высокой температурой плавления применяются огнеупорные или высокотемпературные формовочные материалы. К ним относятся формовочные материалы на фосфатном связующем.

Внедрение в зуботехническую практику силикатных формовочных материалов, отличающихся высокой прочностью и термостойкостью, связано с применением кобальтохромовых и нержавеющих сталей. В силикатных формовочных материалах в качестве связующего применяется кремневый гель, образующийся при гидролизе жидкого стекла, или органические соединения кремния. Из органических соединений наиболее часто применяют тетраэтоксисилан [этилсиликат Si(OC2 Н5)4]. После прогрева форма дает значительное термическое расширение с образованием в силикатном связующем оксида кремния, который способен к превращениям при нагревании, вызывающим дополнительное увеличение объема.

ЛЕКЦИЯ 20 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ШЛИФОВАНИЯ И ПОЛИРОВАНИЯ

Понятия абразива и абразивной обработки. Факторы, влияющие на эффективность абразивной обработки. Шлифование и полирование. Абразивные инструменты.

Плохо отполированные зубные протезы менее гигиеничны, легче подвергаются коррозии и являются источником механической травмы тканей полости рта пациента. После извлечения протеза из формы на его поверхности остаются неровности и шероховатости, особенно на краях протеза, которые удаляют сначала грубой обработкой - шлифованием, а затем полированием. Материалы, применяемые для этой обработки, называются абразивными (от лат. abrasio - соскабливание). Процесс абразивной обработки поверхности материалов называется истиранием. Истирание - это процесс изнашивания поверхности одного материала под воздействием другого путем царапания, долбления, резания, смятия или подобного механического действия. Материал, который вызывает истирание, называется абразив. Материал, который подвергается истиранию, - субстрат. Абразив представляет собой тонко дисперсный материал, состоящий из множества частиц, которые воздействуют на поверхность субстрата как многочисленные микрорезцы, истирающие его поверхность. Шлифование - процесс удаления значительного количества материала с поверхности субстрата с помощью истирания или абразивного воздействия, которое обычно производится абразивом с частицами крупных размеров. Поверхность субстрата после шлифования в большинстве случаев остается грубой на ощупь и дает рассеянное или диффузное отражение.

Свойства абразивов:

•твердость и прочность;

•форма абразивной частицы или зерна;

•абразивная способность;

• зернистость.

На скорость истирания влияют следующие факторы:

1.Большая разница в твердости между материалом абразива и субстрата. Таким образом, благодаря более высокой твердости абразива по сравнению с обрабатываемой поверхностью субстрата возможен процесс шлифования. Твердость абразива часто характеризуют по десятибалльной шкале Мооса. У алмаза самая высокая твердость - 10 баллов, твердость корунда - 9. Для абразива важно соотношение вязкости и хрупкости. Хрупкость - способность разрушаться под действием динамических ударных сил - играет важную роль в сохранении абразивной (шлифующей) способности. При хрупком изломе части абразивного зерна образуется новый режущий край. При высокой вязкости абразива он не будет ломаться, а постепенно скругляться и терять шлифующую способность.

2.Размер частиц абразива. Согласно принятому положению абразив в зависимости от среднего размера его частиц называют тонким или мелким, если его размеры не превышают

10мкм, средним - (от 10 до 100 мкм) и грубым - (от 100 до 500 мкм). Абразивные частицы большего размера будут истирать поверхность быстрее, чем более мелкие частицы; однако обработка крупными частицами абразива будет оставлять на поверхности более грубые царапины, чем обработка более тонким абразивом.

3.Форма частиц абразива также влияет на скорость истирания. Заостренные неправильной формы частицы абразива будут истирать поверхность быстрее закругленных частиц, имеющих более тупые режущие грани. Но первые будут оставлять на поверхности более глубокие царапины, чем вторые. По мере увеличения времени действия абразива скорость истирания снижается, так как форма частиц абразива скругляется, а абразив загрязняется продуктами износа поверхности субстрата (осколками или стружкой).

Абразивные зерна получают обычно дроблением природных или искусственных твердых материалов. В результате они приобретают форму неправильных многогранников, а его режущий элемент представляет собой, как правило, пирамидальную форму. Зерно может иметь приблизительно равные длину, ширину и высоту. Эта изометрическая форма наиболее благоприятна.

4. Скорость движения абразива по поверхности субстрата. Чем она больше, тем скорее происходит истирание этой поверхности. Однако чем больше скорость, тем выше сила трения абразива о поверхность

субстрата. Это приводит к повышению температуры истираемой поверхности.

5.Величина давления, приложенного к абразиву. Повышение давления приводит к более быстрому истиранию данным абразивом поверхности. При этом на поверхности появятся более глубокие и широкие царапины, возникнет более высокая температура (при обработке поверхностей в полости рта последнее очень важно).

6.Наличие смазки (например, силиконовой, глицериновой или водяного орошения). Смазка предназначена для снижения температуры разогрева и удаления из зоны действия абразива осколков или продуктов истирания субстрата, которые могут засорять или «засаливать» абразив. Слишком много смазки снижает скорость абразивной обработки, так как избыток смазки мешает контакту абразивных частиц с поверхностью субстрата.

Для проведения абразивной обработки в стоматологии чаще всего применяют абразивные инструменты. Они представляют собой абразивы, содержащие частицы разного размера и твердости, соединенные связующим или связкой в инструменты различной формы. К инструментам для шлифования относятся камни, боры, резиновые круги и диски.

Материалы для лечения и восстановления зубов в клинике терапевтической стоматологии - это материалы, отличающиеся химической природой и особенностями применения, с широким диапазоном свойств (рис. 21.1).

Рис. 21.1.

Материалы для лечения и восстановления зубов*

* Модификация рисунка Леманн К., Хельвиг Э. «Основы терапевтической и ортопедической стоматологии». Пер. с нем., Львов, Галдент, 1999, с. 124.

Пломбирование как метод восстановления анатомической формы и функции зубов, разрушенных кариозным процессом, известно человечеству с незапамятных времен. В литературе можно найти сведения о применении в I в. н.э. свинца в качестве пломбировочного материала. Существует предположение, что термин «пломба» произошел от латинского названия свинца - «plumbum». С XVIII в. начинается бурное развитие стоматологии, что, по-видимому, связано с ускорением развития физики и химии в этот период и с появлением новых материалов и технологий.

Рассматривая этапы развития пломбировочных материалов на протяжении всей их истории, можно заметить, что, выбирая подходящий материал для пломбирования зубов, предпочтение отдавали материалам, обладающим определенной пластичностью при нормальных комнатных условиях. Видимо поэтому первые пломбировочные материалы - это металлы, обладающие пластическими свойствами, т.е. способностью принимать нужную форму и заполнять полость зуба путем пластического деформирования. Именно поэтому с таким энтузиазмом восприняли стоматологи новый пломбировочный материал - ртутносеребряную амальгаму, предложенную в 1826 г. в Париже зубным врачом M.I. Traveau. Однако амальгама, как и любой другой металл или сплав, не позволяла воссоздать внешний вид натурального зуба. И только появление нового класса пломбировочных материалов - цементов - открыло возможность восстановления зубов с учетом эстетических требований.

В 1870 г. появились цинк-фосфатные цементы, а несколькими годами позднее - силикатные. Образовалась новая ветвь материалов для восстановления зубов (рис. 21.2).

Стоматологические цементы сегодня - это широкий класс материалов, применяемых не только для пломбирования или восстановления зубов, но и для многих других целей: фиксации несъемных зубных протезов, пломбирования корневых каналов зубов, для изолирующих прокладок под пломбы, для временного пломбирования.

Таким образом, с конца XIX в. сосуществовали два химически различных вида пломбировочных материалов, амальгамы и цементы, как две ветви одного дерева восстановительной стоматологии. Но со временем, с ростом числа наблюдений и клинического опыта, практическая стоматология стала выявлять недостатки как цементов, так и амальгам. Стоматологи в течение десятилетий искали материал, который бы обла-

Рис. 21.2.

Основные вехи развития материалов для восстановления (пломбирования) зубов - «дерево» стоматологических материалов

дал прочностью и надежностью амальгамы, но при этом отвечал эстетическим требованиям к материалу для восстановления коронки зуба. Большие надежды связывали стоматологи с новым видом пломбировочных материалов, который появился приблизительно в середине XX в. на волне блестящих достижений химии синтетических полимеров.

История полимерных пломбировочных материалов начинается с 40-х годов ХХ в. Попытки устранить такие недостатки полимерных материалов, как значительная усадка при отверждении пломбы, повышенный коэффициент теплового расширения и вследствие этого - краевая проницаемость, привели исследователей к мысли ввести в состав пломбировочного материала инертный наполнитель. Это оказалось не так просто осуществить, но многолетние исследования привели к созданию наполненных материалов на полимерной основе - композитов.

Следующим шагом в развитии полимерных стоматологических материалов было использование метода фотополимеризации для отверждения композитных пломб сначала под действием ультрафиолетового, а затем голубого света из видимой части спектра.

Важной вехой в развитии стоматологических восстановительных материалов является разработка метода предварительного травления эмали для повышения прочности адгезионного соединения между восстановительным материалом и твердыми тканями зуба.

Период с конца 60-х годов нашего века до начала 70-х характеризуется исследователями как наиболее творческий период в истории развития пломбировочных материалов. Именно в это время возник новый вид пломбировочных материалов, в какой-то степени сочетающий в себе особенности полимеров и цементов, получивший в литературе название полимерных цементов (поликарбоксилатных или полиалкенатных). Поликарбоксилатный цемент открыл новое интересное направление развития стоматологических материалов. Продолжением явилось создание стеклоиономерных цементов - необычных материалов с необычными свойствами. Они подобны композитам, но дисперсный наполнитель в них принимает участие в реакции отверждения материала.

Попытки соединить преимущества композитных и стеклоиономерных материалов привели к созданию нового класса материалов, обладающих двойным механизмом отверждения: за счет реакции полимеризации аналогично полимерным композитам и за счет кислотноосновной реакции, подобно иономерным цементам. Стоматологические восстановительные материалы нового класса получили название компомеры.

Изложенная кратко история развития стоматологических материалов для восстановления зубов - это история поиска идеального пломбировочного материала. Он должен быть стабилен в среде полости рта и прочен, чтобы противостоять нагрузкам при функционировании зубочелюстной системы, удобен или технологичен для выполнения всех необходимых процедур при восстановлении поврежденного зуба, по всем физикомеханическим показателям должен приближаться к твердым тканям восстанавливаемого натурального зуба.

Требования к пломбировочным материалам можно разделить на биологические, физикомеханические и технологические. Биологическое требование заключается в том, что материал должен быть биосовместимым, т.е. не оказывать вредного или повреждающего механического, химического или термического действия на пульпу, окружающие твердые ткани зуба и слизистые оболочки рта. Кроме того, он должен оказывать на сохранившиеся ткани зуба укрепляющее и оздоравливающее действие.

Среди физико-механических требований следует выделить следующие. Материал должен иметь и сохранять в течение всего срока службы прочностные и деформационные свойства, сопоставимые со свойствами твердых тканей зуба. Он не должен поглощать жидкости полости рта, растворяться под действием среды полости рта. Его показатели теплопроводности, термического расширения должны быть близки к показателям натурального зуба. Также материал должен обладать высокими и стабильными в условиях полости рта адгезионными свойствами по отношению к тканям зуба.

Эстетические требования заключаются в том, что материал должен иметь цвет, полупрозрачность и флуоресценцию такие же, как окружающие его натуральные ткани зуба. Он должен быть способен полироваться с образованием глянцевой блестящей поверхности. Материал пломбы должен сохранять эти свойства на протяжении всего срока службы.

Технологические свойства заключаются в том, что материал в исходном состоянии должен иметь консистенцию, удобную для заполнения им полости зуба. Он должен сохранять пластичную консистенцию в течение времени, необходимого для смешивания компонентов материала, заполнения материалом полости зуба, придания ему необходимой формы. Материал должен переходить из пластичного в стабильное твердое состояние в условиях полости рта за время, не превышающее 5-8 мин.

ЛЕКЦИЯ 22 СТОМАТОЛОГИЧЕСКАЯ АМАЛЬГАМА

Определение и общая характеристика амальгамы. Состав и механизм твердения. Классификация и свойства. Металлические «безртутные» пломбировочные материалы.

Амальгамами называются сплавы, металлические системы, в состав которых в качестве одного из компонентов входит ртуть. В зависимости от количественного соотношения ртути и других металлов амальгамы при 37 °С могут быть жидкими, полужидкими и твердыми. В стоматологической практике наибольшее распространение получили серебряные амальгамы.

Основной областью применения амальгамы в стоматологии является восстановление жевательных зубов. В некоторых случаях ее применяют для восстановления культи зуба под коронку. Амальгаму применяют в восстановительной стоматологии около 150 лет. Такой длительный период применения этого материала связан с положительными свойствами амальгамы: непосредственно после смешивания она пластична и быстро затвердевает при температуре 37 °С, практически не дает усадки, отличается высокой твердостью и износостойкостью, обеспечивает наиболее длительный срок службы пломб. В настоящее время применение амальгамы в стоматологии значительно сократилось. В результате последних достижений материаловедения для восстановления или реставрации жевательных зубов стали с успехом применять композиты.

Вплоть до 1960 г. химический состав и микроструктура сплавов для стоматологической амальгамы оставались такими же, как у наиболее удачных амальгам, впервые предложенных G.V. Black в 1895 г. Традиционные сплавы содержат от 66 до 73% серебра по массе, олова - от 25 до 29%, количество меди может доходить до 6% массовых, а содержание цинка достигать 2% (масс.). В составе сплава может находиться до 3% ртути. В конце 60-х годов были разработаны сплавы для амальгамы с повышенным содержанием меди. Для работы в клинической практике

материал поступал в виде комплекта «порошок-жидкость». Порошок сплава для амальгамы получали токарной обработкой слитка с последующим размалыванием и просеиванием. Такой тип порошка сплава для амальгамы называют опилками. Жидкостью служила ртуть, серебристый металл с высокой плотностью 13,52 г/см3 и температурой плавления - «-» 38,97 °С.

Процесс образования амальгамы (амальгамирования) состоит в смачивании металла ртутью, после чего они взаимно проникают друг в друга (диффундируют), образуя сплав. При этом возникают интерметаллические соединения металлов (серебра, олова) с ртутью, которые образуют твердые растворы, участвуют в структурировании амальгам и влияют на их свойства. Непосредственно после амальгамирования порошок сплава сосуществует с жидкой ртутью, придавая смеси пластичную консистенцию. По мере растворения оставшейся ртутью частиц сплава продолжается рост γ1 и γ2 фаз. Когда ртуть исчезает, амальгама затвердевает. Реакции амальгамирования и фазовая структура обычной амальгамы показаны на рис. 22.1.

Рис. 22.1.

Реакция амальгамирования и фазовая структура традиционной амальгамы*

* На основе схемы R.W. Phillips «Skinner's Science of Dental Materials» W.B. Saunders Co.,

1982, 8-е изд., с. 312.

После завершения реакции амальгамирования остатки частиц высокоплавкого сплава серебро-олово (фаза γ) внедрены в матрицу, образованную продуктами реакции с ртутью. В большинстве традиционных амальгам обе фазы (и γ1, и γ2) образуют непрерывную структуру. Образование такой взаимосвязанной структуры чрезвычайно важно, так как фаза γ2 склонна к коррозии, ее следует расценивать как слабое звено в большинстве традиционных стоматологических амальгам.

Для всех высокомедных амальгам характерно отсутствие или существенное снижение содержания фазы γ2, потому что олово скорее реагирует с медью, чем с ртутью, предотвращая образование фазы оловортуть.

На схеме 22.1 представлена классификация сплавов для стоматологической амальгамы. В основу классификации положены форма частиц сплава и содержание в нем меди.

Схема 22.1.

Реакция амальгамирования и фазовая структура традиционной амальгамы

Обычный (традиционный) сплав в виде опилок, выпускаемый в продажу, содержал смесь частиц различного размера для того, чтобы оптимизировать способность порошка к уплотнению. Размер частиц порошка сплава уменьшился (до 30 мкм), когда появились так называемые сферические сплавы. Для сферической амальгамы характерны снижение отношения ртуть/сплав и значительное уменьшение давления при конденсации. В настоящее время выпускают аппараты (амальгамосмесители) для быстрого смешивания амальгамы, улучшающие условия работы в стоматологическом кабинете.

Для радикального решения проблем, связанных с применением токсичной ртути, были предложены принципиально новые составы, содержащие в качестве жидкого компонента смесь галлия и индия, которая полностью заменяла ртуть. На основе легкоплавкового металла галлия (его температура плавления равна 29,785 °С) можно получить затвердевающие при комнатной температуре пломбировочные материалы с необходимым комплексом свойств.

Возможность использования галлиевых «амальгам» для стоматологических целей была установлена в 1930 г. Галлий практически безопасен для пациента и медицинского персонала, так как при пломбировании зубов не происходит выделения его паров. Хотя эти сплавы называют галлиевыми, в их состав входит не один галлий, так как для понижения температуры плавления ниже комнатной к нему нужно добавить определенное количество индия и олова.

К показателям физико-механических свойств амальгамы относят:

1)прочность при сжатии через 1 ч;

2)ползучесть (или сопротивление статической нагрузке);

3)размерные изменения.

Реакция затвердевания амальгамы носит временной характер. Только через 24 ч прочность на сжатие амальгамы достигает значений, которые соответствуют величинам большинства окклюзионных нагрузок. Если принять жевательную нагрузку равную 750 Н, а площадь контакта - 2 мм2, то прочность на сжатие амальгамы должна быть порядка 380 МПа. Такую прочность на сжатие имеют большинство амальгам после окончательного затвердевания.

Основные требования к сплаву для приготовления амальгам установлены рекомендациями ИСО 1559. Форма выпуска сплава для амальгамы - порошок или таблетка. Сплав должен содержать не менее 65% серебра и не более 29% олова. Допускается введение модифицирующих добавок (Cu, Zn, Hg и др.). Амальгама должна иметь минимальную прочность при сжатии через 1 ч - 60 МН/м2 и через 24 ч не менее 300 МН/м2, текучесть через 24 ч - (0 0,2)%. Она должна быть готова для пломбирования (конденсации в полости) не позже, чем через 1,5 мин после начала растирания порошка сплава с ртутью.

ЛЕКЦИЯ 23 СТОМАТОЛОГИЧЕСКИЕ ЦЕМЕНТЫ

Понятие стоматологического цемента. Классификация и краткая характеристика классов. Неорганические цементы. Состав, назначение и свойства неорганических цементов.

Цемент - это порошкообразный материал, который, будучи замешан с определенным количеством воды, образует тесто, превращающееся через некоторое время на воздухе или в