4.3. Формовочные материалы.Требования, предъявляемые к формовочным материалам. Классификация. Химические свойства. Показания к использованию различных видов формовочных материалов.

Качество литья ажурных конструкций из различных сплавов в ортопедической стоматологии зависит от многих факторов: от свойств стоматологических сплавов и металлов; точности формы для литья; материала формы и его состава, а также технологии формования. Для получения точной отливки по выплавляемой модели необходим качественный формовочный материал.

Формование есть процесс изготовления формы для литья металлов, пластмасс и др., а формовочная масса служит материалом для этой формы.

Известны различные рецептуры и технологии применения формовочных масс, но во всех случаях неизменными составляющими остаются связующие вещества и огнеупорная основа, в подавляющем большинстве — порошок.

В зубном протезировании до применения никелехромовых и кобальтохромовых сплавов, обладающих высокой температурой плавления, в качестве формовочной массы применялся отмученный порошок глинозема А1₂O₃, смешанный с гипсом и замешанный на воде, т.н. «минутник».

С развитием технологии литья по выплавляемым моделям с применением нержавеющих сталей, в частности кобольтхромовых, возникла необходимость создания специального состава формовочных материалов. В связи с этим потребовалось соблюдение основных требований технологического характера.

Основные требования к формовочным материалам:

• воспроизведение поверхности отлитого изделия для обеспечения качественной поверхности отливки, в связи с чем огнеупорный порошок должен иметь высокую дисперсность;

• легкое отделение формовочного материала от отлитого изделия, т.е. поверхность формы не должна «пригорать» к отливке;

• время затвердевания должно быть в пределах 7–10 мин;

• формовочный материал в отвержденном виде должен создавать газопроницаемую оболочку, которая будет в состоянии поглощать газы, образующиеся при заливке расплавленного металла;

• иметь величину коэффициента температурного расширения, достаточную для компенсации усадки затвердевающего металла.

В современном литейном производстве используют гипсовые, фосфатные и силикатные формовочные материалы.

Гипсовый формовочный материал состоит из гипса (20–40%) и окиси кремния. Гипс в этом случае является связующим. Окись кремния придает массе необходимую величину усадочной деформации и теплостойкость. В качестве регуляторов скорости затвердевания и коэффициента теплового расширения в смесь добавляется 2–3% хлорида натрия или борной кислоты. Замешивается масса на воде при температуре 18–20 °С. Номинальная температура разогревания формы подобного состава до заливки металла составляет 700–750 °С. Эти формы непригодны для получения отливок из нержавеющей стали, температура плавления которой 1200–1600 °Сиз-за разрушения гипса, и поэтому их используют для литья изделий из сплава золота.

Для изготовления вкладок, кламмеров, дуг, искусственных зубов применяется формовочная масса, состоящая из гипса и кремнезема, в соотношении 3 : 1. Замешивание производят на воде, время схватывания — до 30 мин. Для получения высокоточного литья из сплавов благородных металлов формовочная масса должна обладать техническими параметрами, которые гарантируют сохранение объема в критическом температурном интервале 200–300 °С.

Фосфатные формовочные материалы состоят из порошка (цинкфосфатный цемент, кварц молотый, кристоболит, окись магния, гидрат окиси алюминия и др.) и жидкости (фосфорная кислота, окись магния, вода, гидрат окиси алюминия).

Такие формовочные материалы компенсируют усадку при охлаждении нержавеющих сталей, которые имеют температурный коэффициент объемного расширения примерно 0,027 °С^-1. Усадка золотых сплавов составляет около 1,25%, и эту усадку компенсирует только гипсовая форма. Схватывание фосфатных форм в зависимости от состава продолжается 10–15 мин. Они применяются для литья высокоплавких хромокобальтовых сплавов. Известны универсальные формовочные фосфатные массы на основе фосфатного вяжущего материала, кварца и кристобалита, а также массы с самыми чистыми сортами кварца и жаростойкого вяжущего материала. Зернистость формовочной массы влияет на продолжительность затвердевания, прочность формы после обжига и изменение объема. Для замешивания можно использовать воду в соотношении 1 : 1 с обязательным применением бумажной манжеты для предотвращения возможной деформации формы. В настоящее время для замешивания формовочного материала используют золь кремниевой кислоты, благодаря чему повышается прочность формы, и соответственно повышается ее устойчивость при нагревании и обеспечивается компенсация температурных изменений сплава. Тонкозернистые формовочные материалы для литья неблагородных сплавов обеспечивают быстрое выгорание и создают безопочным методом качественную литьевую форму. Такие материалы воска выдерживают относительно быстрый подъем температуры, при этом получаемые отливки имеют достаточно высокую чистоту поверхности.

Для смешивания формовочного материала и жидкости важно использование смесителя — вакуммиксера.

Силикатные формовочные материалы отличаются высокой термостойкостью и прочностью. Их внедрение вызвано применением высокотемпературных кобольтохромовых нержавеющих сталей. Кроме гипса и фосфатов, в качестве связующих здесь используют кремниевые гели. Из органических соединений кремния чаще применяется тетра-этилортосиликат Si(OC₂H₇)₄, который легко гидролизуется с образованием при прокаливании конечных продуктов в виде двуокиси кремния. Вяжущая жидкость силикатной формовочной массы состоит из смеси этилового спирта, воды и концентрированной соляной кислоты, куда постепенно (по каплям) введен этилсиликат. В качестве огнеупорной составляющей (порошка) чаще применяются кварц, маршаллит, корунд, кристоболит и другие вещества. Силикатные формовочные массы отличаются большим коэффициентом термического расширения. Для обеспечения точности отливки необходимо соблюдать правильное соотношение между порошком и жидкостью (вяжущим раствором). Оптимальное соотношение, обеспечивающее компенсацию усадки формы, составляет 30 г жидкости и 70 г порошка. Время схватывания материала до 30 мин. Материал, содержащий молотый пылевидный кварц, формовочный песок и борную кислоту, может быть использован для отливки деталей протезов из нержавеющей стали. Для литья сплавов золота применим формовочный материал на основе кристобаллита и технического гипса, замешанный на воде. Материал обладает необходимой прочностью и чистотой поверхности.

Литье каркасов современных съемных и несъемных протезов из высокотемпературных сплавов требует от формовочного материала высоких компенсационных и прочностных показателей. В состав таких материалов входят кварцевый песок, фосфаты, периклаза, замешивание проводят на силиказоле в резиновой чашке на вибростолике в течение 40 c в соотношении порошок–жидкость 100 : 18–20. Затвердевание после заполнения кюветы с восковой заготовкой начинается через 10–15 мин и заканчивается через 30 мин после замешивания.

Для литья благородных сплавов иногда применяют формовочные массы, наполненные графитом и без графита, с расширением 2,15% и 2,45%, замешиваемые на дистиллированной воде или специальных жидкостях, от концентрации которых зависит степень расширения материала.

Формовочные материалы в зуботехническом производстве имеют первостепенное значение для получения точной, соответствующей необходимым требованиям отливки и предназначены для покрытия восковой модели. В отдельных случаях до паковки модель необходимо покрыть облицовочным слоем. Для облицовочного слоя используется материал (порошок), состоящий из смеси кальцинированного гипса, двуокиси кремния (кремнезема) и некоторых модифицирующих агентов. Такой порошок, замешанный в соответствующей пропорции с водой и нанесенный на восковую модель при последующем обжиге, должен отвечать требованиям, необходимым для получения качественной отливки. К этим требованиям относятся:

• порошок должен состоять из частиц высокой дисперсности;

• время отвердевания (схватывания) массы должно быть не меньше 5–25 мин;

• предел прочности формы при сжатии не менее 2,5 МПа;

• температурный коэффициент объемного расширения при отвердевании оболочковой формы должен быть в пределах ± 0,001 К^-1;

• материал оболочковых форм не должен отрицательно влиять на качество поверхности отливки и быть причиной образования поверхностных дефектов и шероховатостей.

Быстронагревамые паковочные массы для изготовления бюгельных протезов. Массы быстрого прогрева значительно сокращают время предварительного нагревания. У таких масс, по сравнению с обычными, расширение в процессе затвердевания больше, чем термическое. Благодаря этому не повышается давление, возникающее дополнительно при предварительном нагреве за счет термического расширения и выделения водяного пара и аммиака.

Для обычных масс при прогреве необходимы стадии выдержки, чтобы снизить давление при термическом расширении кристобаллита и кварца. Интервалы способствуют медленному удалению остатков влаги.

У масс быстрого прогрева (опоки через 20 мин после паковки ставят в муфельную печь) температура при помещении в муфельную печь намного выше (700–1000 ºС), чем температура, при которой происходит кристобаллитовый или кварцевый скачок наполнителей.

Высокая мелкозернистость улучшает текучесть при паковке и обеспечивает очень гладкую поверхность моделей, уменьшается образование оксидного слоя, отлитый объект легче извлекается их паковочной массы.