Технологические Свойства

К технологическим относят такие свойст­ва, которые позволяют определить, какой технической обработке может быть под­вергнут материал, а также возможности наиболее эффективного его использования. Это прежде всего ковкость, текучесть, вязкость, усадка,истираемость и др.

Ковкость — свойство материала принимать необходимую фор­му под воздействием сил давления и сохранять эту форму после прекращения действия силы. Это свойство присуще почти всем ме­таллам. Благодаря хорошей ковкости многие металлы нашли при­менение в стоматологии. Из металла изготавливают коронки, кап-пы и другие изделия в полном соответствии с необходимой формой, размером и др.

Текучесть — свойство материала, находящегося в пластифици­рованном или расплавленном состоянии, заполнять литьевые или прессовальные формы. Из материалов, обладающих этими свойст­вами, методом отливки или прессования изготавливают детали из­делий или полностью изделие самой сложной конструкции.

Свойства текучести у металлов проявляются только в расплав­ленном состоянии. Текучесть пластических масс можно получить путем соединения их с жидкой фракцией того же вещества или дру­гих пластифицирующих веществ.

О степени текучести судят по полноте заполнения испытуемым материалом каналов и изгибов литьевой формы.

Вязкость — свойство материала менять форму под влиянием внешней силы, не разрушаясь при этом. Например при протягива­нии металлических гильз через аппараты с целью изготовления из них коронок гильзы вытягиваются, истончаются, меняют разме­ры и форму, но не разрушаются. Протягивание гильз из материа­лов, не обладающих вязкостью, заканчивается их разрушением — разрывом.

Усадка—сокращение размеров тела при переходе из расплав­ленного состояния в твердое или из более нагретого в менее нагре­тое состояние

Различают объемную и линейную усадку. Объемная усадка — уменьшение объема тела. Линейная усадка — уменьшение разме­ров тела в прямолинейном направлении (по длине или ширине).

Усадка у разных материалов различна и зависит от степени их нагревания, способа охлаждения и др. Степень усадки материала характеризуется отношением уменьшенного объема изделия к пер­воначальному его объему и выражается в процентах.

Сокращение объема тела при охлаждении его на 1 °С называ­ется коэффициентом усадки.

Линейную усадку металлов и их сплавов, а также некоторых других материалов можно определять дилатометром

13

Объемную усадку пластических масс в процессе их полимери­зации или структурирования определяют с помощью оптичес­кого катетометра.

При изготовлении зубных протезов и лечебных аппаратов сле­дует учитывать усадку применяемых материалов. Для более полного соответствия величины изготовляемых протезов с протяжен­ностью дефектов зубных рядов подбирают материалы, обладаю­щие малой усадкой. Применяют также такую технологию изготов­ления и способы обработки изделий, которые наиболее полно ком­пенсируют усадку материала. Например при отливке беспаечных мостовидных протезов из хромоникелевой нержавеющей стали в качестве формовочной массы используют маршалит, пластифици­рованный гидролизованным этилсиликатом, или сухой кварцевый песок, которые при определенном режиме термической обработки полностью компенсируют усадку стали, поэтому изготовленные протезы имеют точную предполагаемую форму и размеры и без дополнительной препаровки зубов накладываются на опорные зубы.

Истираемость. В зависимости от способа приложения нагруз­ки и метода испытания материала как отдельный показатель проч­ности выделяют истираемость. Истираемость имеет важное значе­ние в практике ортопедической стоматологии, особенно при шлифовке, полировке и других видах обработки протезов. Истирае­мость материала следует учитывать и тогда, когда в полости рта в положении антагонирующих поверхностей встречаются из­делия, изготовленные из различных сплавов, например, стали и сплава, содержащего золото. Значительно быстрее изнашиваются протезы и конструкции, изготовленные из материалов, имеющих более высокую истираемость.

При выборе материалов для стоматоло-Физические свойства гических целей важное значение имеют

такие физические свойства вещества, как плотность, температура плавления, тепловое расширение, тепло­проводность, цвет и др.

Плотность — масса вещества в единице объема (г/см³). Зная плотность материалов, применяемых в ортопедической стоматологии, можно рассчитать количество вещества, необходи­мое для замены данного материала. Например, если мостовидный протез, изготовленный из хромоникелевой стали, необходимо заме­нить на сплав, содержащий золото, то по плотности стального про­теза можно определить массу сплава, которую необходимо взять для изготовления аналогичного протеза.

Плотность нержавеющей стали равна 7,8 г/см³, а плотность сплава, содержащего золото, — 19,2 г/см³. При массе стального

14

протеза 3 г массу сплава, содержащего золото, необходимую для замены стали, определяют по формуле

м ^Л1г-²" ^Л11==-^-

где М\ — масса сплава, содержащего золото, г; 1^\ — плотность сплава, содержащего золото, г/см³; 1,2 — плотность стали, г/см³;

Мч — масса стального протеза, г.

3.19,2 Л^=-^-=7,98 (г),

т. е. для замены 3 г стали необходимо взять 7,98 « 8 г сплава, со­держащего золото. Таким же образом, зная массу восковой реп­родукции отмоделированной детали (кламмер, промежуточное звено, дуга), можно определить необходимое количество материала, из которого будет отлита эта деталь, если известна плотность вос­ка и сплава.

Плавление. Различают три агрегатных состояния вещества — твердое, жидкое и газообразное. В зубопротезной практике чаще всего используются материалы, находящиеся в твердом состоянии, реже — в жидком (кислоты, жидкая фракция пластмасс и слепоч-ных материалов, вода) и очень редко применяются вещества, на­ходящиеся в газообразном или парообразном состоянии (ацетале-нокислородная смесь, пары бензина при пайке и плавлении метал­лов).

Для более эффективного использования применяемые материа­лы в соответствии с определенной технологией переводят из одного физического состояния в другое, т. е. из твердого в жидкое или из жидкого в газообразное (например, расплавление металла при от­ливке деталей, расплавление воска для освобождения формы пе­ред заливкой ее металлом или формовкой пластмассой и т. д.).

Переход материала из одного агрегатного состояния в другое происходит при нагревании. Переход материала из твердого со­стояния в жидкое называется плавлением. Температура, при кото­рой твердое тело переходит в жидкое состояние, называется темпе­ратурой плавления этого тела. Температура плавления пчелиного воска 62 °С, олова 232 °С, золота 1 064 °С, хромоникелевой стали 1400°С, вольфрама 3000°С и т. д. Следовательно, одни вещества плавятся при более низкой температуре, другие —при более вы­сокой, в связи с чем различают легкоплавкие и тугоплавкие мате­риалы.

Химически чистые вещества плавятся при определенной темпе­ратуре. Поэтому, зная температуру плавления, можно установить вещество. Различные включения (примеси), введенные в состав вещества, изменяют температуру плавления. На этом основании,

15

в зависимости от преследуемых целей,, создают сплавы, обладаю­щие определенными свойствами и температурой плавления: более низкой — легкоплавкие, более высокой — тугоплавкие.

В стоматологической практике при штамповке коронок и дру­гих деталей протезов и аппаратов используют легкоплавкие спла­вы, температура плавления которых 70...80 °С. Тугоплавкие спла­вы применяют для изготовления деталей аппаратов, используемых в условиях действия высоких температур. Например восковые реп­родукции стоматологических отливок формуют в кюветы, изготов­ленные из тугоплавких сплавов, так как перед заливкой металла в форму последние подвергаются обжигу при высоких температурах.

При нагревании твердого вещества температура его повышает­ся до тех пор, пока тело не начнет плавиться. От начала и до пол­ного плавления температура этого вещества остается неизменной. Это объясняется тем, что сила молекулярного сцепления в твер­дой и жидкой фазах не одинаковая. Теплота, расходуемая на раз­рыв этих сил, называется скрытой, или удельной, теплотой плавле­ния.

Одни материалы при достижении температуры плавления сра­зу переходят из твердого состояния в жидкую фазу. Другие мате­риалы при достижении определенной температуры еще некоторое время находятся в стадии размягчения, а затем переходят в жид­кую фазу. В состоянии размягчения материал приобретает хоро­шую эластичность и этим выгодно отличается от тех, которые не обладают таким свойством. Зуботехнический воск для моделиро­вания различных конструкций протезов используется в стадии размягчения и лишь иногда в расплавленном состоянии. В стадии размягчения используют и другие термопластические слепочные массы.

По мере нагревания материала увеличиваются его размеры. Способность тела расширяться при нагревании называется тепло­вым расширением (%). Различают линейное и объемное тепловое расширение. Линейное расширение—увеличение образца по дли­не. Объемное расширение—увеличение размеров материала во всех направлениях. Зная одну из этих величин, можно вычислить и другую, так как объемное расширение больше линейного в 3 раза. Увеличение объема тела при нагревании его на 1°С называ­ется коэффициентом объемного расширения.

Степень линейного теплового расширения определяется дила­тометром. Опытный образец помещают в прибор и нагревают. Стрелка прибора показывает абсолютную величину теплового расширения при данной температуре. Коэффициент теплового расширения определяют по формуле I

16

где К—коэффициент теплового линейного расширения; /—абсо­лютная величина теплового расширения; /г—высота испытуемого образца.

При изготовлении зубных протезов или аппаратов необходимо учитывать величину теплового расширения и величину усадки конструктивных материалов для изготовления изделия в соответ­ствии с размерами возмещаемых дефектов зубных рядов или че­люстей.

Так как после отливки металлические детали, охлаждаясь, из­меняются в объеме на величину усадки, формовочные массы под­бирают с таким коэффициентом теплового расширения, чтобы при определенном тепловом режиме за счет их расширения компенси­ровалась усадка металла и таким образом обеспечивался точный размер отливки.

Если изделие состоит из нескольких материалов и в процессе изготовления его необходимо подвергать термической обработке, входящие в состав материалы следует подбирать с примерно оди­наковым коэффициентом теплового расширения, иначе в изделии могут образоваться трещины. Так, например, при изготовлении фарфоровых крампонных зубов применяют крампоны, изготовлен­ные из сплавов, содержащих платину, так как платина и фарфор имеют почти одинаковый коэффициент теплового расширения.

Для упрочнения базисов пластинчатых протезов, изготовлен­ных из акриловых пластмасс, не рекомендуется армировать их ме­таллической проволокой или металлическими лентами, так как применяемые в стоматологии сплавы металлов и акриловые пласт­массы имеют разные коэффициенты теплового расширения, вслед­ствие чего во время полимеризации пластмассы в базисе протеза образуются трещины, уменьшающие прочность протеза.

Теплопроводность. При нагревании небольшого участка мате­риала теплота, сообщенная этому участку, распространяется на соседние. Скорость распространения теплоты в различных мате­риалах неодинаковая. Металлы быстро передают теплоту, поэтому являются хорошими проводниками теплоты, стекло и пластмассы плохо передают теплоту. Передача теплоты от более нагретых участков материала к менее нагретым называется теплопровод­ностью.

Теплопроводность определяется количеством теплоты, прохо­дящей за 1 ч от нагретой к холодной части материала на расстоя ние в 1 м при условии, что разность температур равна 1° С, а по­перечное сечение тела — 1 мм².

Теплопроводность материала необходимо учитывать при изго­товлении базисов протеза. Для предупреждения ожогов слизистой оболочки и тканей протезного поля базисы протезов должны об­ладать малой теплопроводностью. Однако, если пластинка базиса,

17

изготовленная из материала с плохой -теплопроводностью, покры­вает все твердое нёбо и альвеолярные отростки челюсти, наруша­ется про(цесс теплообмена между слизистой оболочкой нёба и внешней средой. Нередко это приводит к различным патологичес­ким состояниям слизистой оболочки полости рта больного и невоз­можности пользования протезом. В этих случаях следует менять как конструкцию протеза, так и материал, из которого изготовлен базис.

Цвет—свойство материала отражать своей поверхностью све­товое излучение, что позволяет отличать один материал от друго­го, определить, в каком состоянии находится материал.

Металлы, в зависимости от степени нагрева, меняют свой цвет:

от слабо-красного при температуре до 200° С до бледно-оранжево­го при температуре 800...900 °С. Таким образом, по цвету металла косвенно можно судить о степени его нагрева. Это весьма субъек­тивный способ определения степени нагрева, им пользуются ред­ко при прокаливании гильз, пайке мостовидных протезов и др.

Цвет вспомогательных стоматологических материалов не име­ет существенного значения. Различные составы зуботехнического воска окрашивают в разные цвета только для того, чтобы легче было отличать их друг от друга. В состав пластмасс вводят неко­торые красители лишь в косметических целях. Так, базисные пластмассы, как правило, окрашивают в слабо-розовый цвет, близкий к цвету слизистой оболочки десны. Пластмассы, предназ­наченные для изготовления искусственных зубов, окрашивают в соответствующий цвет естественных зубов.

В качестве красителей применяют безвредные вещества, которые при длительном пользовании не меняют свой цвет под влиянием света, воздуха, состава пищи и других факторов.

К химическим свойствам материалов от-

Химические свойства носят их взаимодействие со средой, в ко­торой они постоянно пребывают, или спе­циальными средами, в которых осуществляется испытание мате­риалов.

Для стоматологии наибольший интерес представляют электро­литическая диссоциация, коррозия и некоторые другие измене­ния материалов во взаимодействии со средой полости рта, кислота­ми, щелочами, воздухом и др.

Металлические мостовидные протезы, коронки, пломбы, вклад­ки, кламмеры, металлические части дуговых протезов в полости рта постоянно омываются слюной, содержащей различные хими­ческие вещества, многие из которых ионизированы. Между иона­ми металла протеза и ионами жидкости в полости рта происходит электронно-ионное взаимодействие.

Металлы (металлические части протезов) несут на своей по-

18

верхности положительные заряды. Вода имеет дипольное строение. При погружении металла в воду отрицательные полюсы диполей воды ориентируются к поверхностно расположенным ионам метал­ла. Вследствие растворения часть ионов металла переходит в воду, и тогда металл приобретает отрицательный заряд, а слой воды, прилежащий к поверхности металла, заряжается положительно. Та­ким образом, вокруг металла в воде образуется двойной электри­ческий слой, состоящий из отрицательно заряженных ионов воды и положительно заряженных ионов металла. Этот процесс небес­конечный, так как электрическое поле слоя воды, расположенного у поверхности металла, при определенном его значении будет пре­пятствовать дальнейшему растворению металла и способствовать обратному переходу ионов из раствора в металл.

Через определенное время наступает динамическое равновесие, т. е. состояние, при котором число растворяющихся ионов в едини­цу времени равно числу ионов, возвращающихся из раствора в ме­талл, Такое равновесие может сохраниться длительное время, пока какой-либо фактор не нарушит это состояние. Одним из таких факторов может быть значительное перемещение воды, унося­щее часть ионов от поверхности металла. При этом возникают ус­ловия для нового растворения ионов металла в окружающей'его воде.

Каждый металл характеризуется определенным пределом рас­творения, от которого и зависит,в первую очередь,степень раство­рения металла. Так, железо, цинк, алюминий растворяются легко, серебро, золото и платина — малорастворимы. Чем легче металл растворяется в воде, тем больше отрицательный заряд металла и положительный заряд в окружающем слое воды, тем больше раз­ность потенциалов между металлом и водой. Если средой, окружа­ющей металл, является не вода, а сложный раствор или слюна, содержащая различные ионы взаимодействующих металлов,: хими­ческие процессы значительно усложняются, но конечный резуль­тат остается тем же, ибо усложнение касается только поведения определенных ионов. При этом образуется двойное электрическое поле слоя жидкости с определенной разностью потенциалов.

Разность потенциалов зависит не только от рода металла, но и от состава растворителя (слюны).

При наличии двух или больше металлов каждый из них обра­зует свойственную ему разность потенциалов. Так как цифровое выражение их может намного отличаться друг от друга (в зависи­мости от степени растворения каждого из них), то может возник­нуть разность потенциалов между этими металлами. Если эти металлы замкнуть проводником, то по нему потечет электрический ток, величина которого зависит от величины разности потенци­алов.

19

Указанные явления могут возникать в полости рта при нали­чии нескольких протезов, изготовленных из различных металлов, или одного протеза, содержащего различные по степени раствори­мости металлы, а также протеза, изготовленного из одного сплава неоднородной структуры (многофазное состояние хромоникелевой нержавеющей стали, сплав, содержащий включения карбидов хрома и др.). Зерна металла, взаимодействуя с посторонними вклю­чениями, образуют гальванические элементы. Это происходит по­тому, что отдельные зерна металла становятся анодом и ускорен­но растворяются под действием разности потенциалов. Так как электрический потенциал металла и включений никогда не бывает тождественным, скорость растворения их различна. Этим и объя­сняется электрическая активность однородных сплавов.

Взаимодействие металла и слюны в полости рта можно выра­зить в трех вариантах (И. С. Рубежова, 1961).

1. Наличие в полости рта одной металлической коронки, со­стоящей из одного металла или сплава. В этих случаях по принци­пу, описанному ранее, в полости рта образуется двойной электри­ческий слой на границе металла и слюны и переход ионов из ме­талла в слюну, а после достижения полного равновесия — из слюны в металл. Однако условий для образования электрических токов нет, так как в процессе пережевывания пищи и проглатыва-ния слюны часть ионов из прилегающего к металлу раствора уда­ляется и постоянного равновесия нет. Интенсивность этого процес­са определяется, с одной стороны, механическими силами, которые вырывают ионы металла из двойного слоя, с другой стороны, эти силы противостоят электростатическим силам притяжения. Если электростатические силы притяжения превосходят механические, металлическая коронка (стальная или из сплава, содержащего зо­лото), слабо растворяясь, долго служит, сохраняя свою целост­ность. Если механические силы превосходят электрические (алю­миниевая коронка), происходит быстрое растворение во рту коро­нок и быстрое их изнашивание.

2. Наличие в полости рта двух или более металлических кон­струкций, состоящих из одного металла или сплава. В этом случае возможны два варианта:

а) при сравнительно однородной структуре металла разность потенциалов может возникать лишь за счет непостоянства соста ва слюны в области различных зубов, однако эта разность не мо­жет иметь значительного выражения, так как непостоянство со става слюны, как правило, невелико;

б) при неоднородной структуре сплава, из которого изготовле­ны протезы, может возникнуть большая разность потенциалов за счет различной скорости растворения отдельных зерен или посто­янных включений в составе сплава

20

3. Наличие в полости рта двух или более металлических конст­рукций, изготовленных из различных сплавов. В этих случаях возникает разность потенциалов между различными металлами или сплавами, величина которой зависит от многих факторов, главными из которых являются свойства металлов и их электричес­кая активность. Если металлы, из которых изготовлены протезы, близко расположены в ряду электрохимической активности, раз­ность потенциалов между ними небольшая, если же металлы да­леко отстоят друг от друга в ряду электрохимической активности, разность потенциалов, как правило, высокая (например, при нали­чии в полости рта пломб из амальгамы и протезов из сплавов, со­держащих золото, разность потенциалов очень высокая).

Высокая и стойкая разность потенциалов обусловливает по­стоянное образование и действие в полости рта электрического то­ка. Возможны три варианта.

1. Разнородные металлы находятся в непосредственном кон­такте. Это приводит к образованию тока примерно одинаковой си­лы. Действие его будет постоянное, если исключить явления поляр­ности, т. е. отложение ионов водорода на одном из электродов, препятствующих дальнейшему продвижению к нему новых ионов. В результате постоянного действия тока происходит разрушение металла—коррозия (см. раздел «Металлы», с. 27). На поверхнос­ти металла появляется шероховатость вследствие частичного рас­творения металла и пятна с различными оттенками темно-бурой окраски. Часть образующих ионов попадает со слюной и пищей в пищеварительный канал и могут оказывать вредное воздействие на организм.

2. Разнородные металлы разделены, но существуют условия для их периодического соприкосновения (например, при смыкании зубных рядов). В этих условиях на металлах сохраняется относи­тельно высокая разность потенциалов. При замыкании зубных ря­дов и соприкосновении металлов возникает электрический ток большой силы в виде импульсов с последующим быстрым умень­шением силы этих импульсов.

3. Разнородные металлы не имеют непосредственного контак­та между собой. При этом нет прямых условий для образования электрического тока, однако механические движения нижней че­люсти и перемещения разжевываемой пищи приводят к отрыву части ионов из двойного электрического слоя, что создает условия для образования стойкой разности потенциалов, а, следовательно, и образования электрического тока

Таким образом, при применении протезов, изготовленных из неоднородных металлов, в полости рта могут возникать явления гальванизма

21