Основными химическими компонентами, составляющими кристаллическую фазу в современных стоматологических фарфорах, являются такие минералы, как полевой шпат, кварц и глинозем, находящиеся в стеклянной матрице (Как показано на Рис. 2-3, каолин уже давно заменен на полевой шпат). Точные пропорции каждого из этих компонентов варьируются в зависимости от конкретного типа фарфора (тугоплавкий, среднеплавкий и низкоплавкий) и конкретной марки продукта. Превосходит такие изделия, разве что безметалловая коронка на основе диоксида циркония. Тем не менее, общий набор составляющих компонентов известен (Таблицы 1-3).
Полевой шпат
Как было упомянуто ранее, полевой шпат является компонентом, в первую очередь отвечающим за формирование стеклянной матрицы, он хорошо поддается процессам спекания и окрашивания. Встречающийся в природе полевой шпат не существует в чистом виде, а представляет собой смесь 20 веществ.
Двумя элементами этой группы, представляющими интерес для стоматологии, являются: (1) силикат калия-алюминия, также известный как полевой шпат калия или ортоклаз; и (2) алюмосиликат натрия, также называемый натриевым полевым шпатом или альбитом. Соотношение калиевого полевого шпата и натриевого полевого шпата отличается в каждой партии добываемого материала. Это различие в составе важно для производителей фарфора, потому что два типа полевого шпата придают совершенно разные характеристики конечному изделию из фарфора. Вещество входит в основные конструкционные материалы в ортопедической стоматологии.
Следует отметить, что химические формулы для калиевого и натриевого полевого шпата различаются по формату и количеству молекул кислорода в зависимости от исходных источников. Например, калиевый полевой шпат может быть записан в виде: K2O-Al2O3-4SiO2,3 K2O-Al2O3-6SiO2 или KAlSi3O8, а натриевый полевой шпат может быть записан как Na2O-Al2O3-4SiO2, Na2O-Al2O3-6SiO2, или NaAlSi3O8
Калиевый полевой шпат
Калиевый полевой шпат встречается в большинстве современных составов керамики благодаря полупрозрачности, которую он может придавать спекаемым реставрациям. Во время запекания при температуре между 1250 и 1500 ° С (от 2280 до 2730 ° F), калий сплавляется с кварцем, превращаясь в стекло.
Калиевая форма полевого шпата не только увеличивает вязкость (или толщину) расплавленного стекла, но и помогает контролировать пиропластическое течение фарфора во время необходимых циклов обжига. Другими словами, калиевый полевой шпат снижает текучесть расплавленной керамики и помогает сохранять форму фарфора, пока он «созревает» во время нагревания в печи.
Натриевый полевой шпат
Натриевый полевой шпат снижает температуру плавления фарфора, что делает его более восприимчивым к пиропластическому течению. Натриевый полевой шпат не способствует появлению полупрозрачности, и его считают менее привлекательным заменителем калиевого полевого шпата. Поскольку коэффициент теплового расширения лейцита (25 × 10-6 / ° C по McLaren и более 20 × 10-6 / ° C по Craig) намного выше, чем у полевого шпата (7,7 × 10-6 / ° C по McLaren и Anusavice), можно добиться создания низкоплавких фарфоров, совместимых с металлами с более высоким коэффициентом теплового расширения в составе металлокерамики.
Модификаторы стекла, такие как оксиды калия, натрия и кальция, также действуют как флюсы для увеличения коэффициента теплового расширения фарфора. Добавление этих щелочных компонентов позволяет стоматологическим фарфорам приближаться к более высоким уровням коэффициента теплового расширения металлов. Флюсы увеличивают коэффициент теплового расширения фарфора, разрушая кислородные связи. Под виды имплантатов и особенности различных имплантационных систем готовый компонент в итоге и подгоняется.
Но если будет нарушена слишком большая часть кислородных связей, стекло может перекристаллизоваться. Рекристаллизация (также известная как девитрификация) чаще происходит со стоматологическими фарфорами с высоким тепловым расширением и ослабляет керамическую облицовку. К визуальным признакам того, что произошла перекристаллизация, относится «туманный» вид фарфора, который нельзя никак исправить, и трудности при нанесении глазури. В современных видах керамики, при условии соблюдения рекомендуемого изготовителем режима, рекристаллизация происходит редко.
Кварц
Кварц (SiO2, также известный как диоксид кремния) имеет высокую температуру плавления и служит каркасом, на который могут наноситься другие ингредиенты. Стабилизируя массу при высоких температурах, кварц помогает предотвратить возникновение пиропластического потока в процессе повторного нагрева и накапливание фарфора, а также укрепляет керамику.
Глинозем
Глинозем (Al2O3, также известный как оксид алюминия), третий основной компонент стоматологического фарфора, считается самым твердым и прочным оксидом. Природный оксид алюминия — тригидрат оксида алюминия (Al [OH] 3) — содержит три молекулы воды, поэтому добытое сырье требует обработки, чтобы преобразовать его в состояние, в котором его можно использовать в керамике. Этот «гидратированный» глинозем превращается в кальцинированный глинозем путем отделения и удаления трех химически связанных молекул воды из чистого глинозема с помощью процесса, известного как кальцинирование.
Кальцинирование глинозема
Процесс кальцинирования, используемый для очистки глинозема, аналогичен обработке необработанного гипса для производства стоматологического гипса, где применяется нагрев и давление для удаления воды. На начальных стадиях кальцинирования химически связанную воду в тригидрате оксида алюминия удаляют для получения прокаленного глинозема (т.е. оксида алюминия). Второе прокаливание при 1250 ° C переводит глинозем в форму α-оксида алюминия, после чего его измельчают в мелкий порошок для использования в стоматологии.
Очищенный глинозем мало растворяется в низкоплавком фарфоре, но является важной добавкой, поскольку увеличивает общую прочность и вязкость расплава. Он также имеет низкий коэффициент теплового расширения (9 × 10-6 / ° C), по сравнению с металлами (от 13,5 до 15,5 × 10-6 / ° C). Поэтому производители добавляют модификаторы стекла (например, оксиды калия, натрия и кальция), чтобы поднять коэффициент теплового расширения низкоплавкого фарфора.
Каолин
Каолин (Al2O3-2SiO2-2H2O), также известный как гидратированный силикат алюминия или гидрат алюмосиликата, интересен исключительно в историческом контексте, поскольку давно исчез из состава стоматологического фарфора, хотя и продолжает упоминаться в учебниках по стоматологическим материалам.
Конкретно этот ингредиент, обнаруживаемый в традиционных трехкомпонентных фарфорах, представляет собой глину, образованную из магматических пород, содержащих глинозем. Первоначально каолин был добавлен в качестве связующего вещества для повышения прочности необожженного фарфора. Это связывало массу замешанного фарфора и позволяла осуществлять его резку. Поскольку каолин, помимо прочего, непрозрачен, то если его и добавляли, то в очень небольших количествах (см. Рис. 1).
Рис. 2-3 Сравнение состава фаянса, керамики, фарфора и раннего стоматологического фарфора (слева), приведшего к появлению современных стоматологических фарфоровых масс (справа), в которых был удален каолин и добавлен глинозем.
Фриттование и фритты
Для создания порошков стоматологических фарфоров, которые поставляются во флаконах, кристаллические минералы (например, полевой шпат, кварц и глинозем) смешивают с модификаторами стекла (то есть оксидами калия, натрия и кальция) и другими ингредиентами, затем запекают при очень высоких температурах. Стекловидную (или стеклоподобную) фазу получают и сохраняют путем быстрого охлаждения расплавленной массы в холодной воде. При контакте с водой образуются осколки расплавленного стекла и уникальные некристаллические твердые частицы, называемые фриттами. Термин «фриттование» описывает процесс плавления, смешивания и закалки расплавленного стекла с получением некристаллических порошков. После получения фритт, они могут быть доведены до конкретных размеров частиц, установленных разными производителями для их конкретной марки керамики. Лабораторный этап изготовления цельнолитой коронки может меняться по условиям в зависимости от параметров смеси.
Коммерческие марки фарфора
Оксиды металлов, выступающие как опакеры и пигменты, смешиваются с фарфоровыми порошками перед помещением в бутыльки, чтобы обеспечить множество оптических свойств. Различным порошкам присваиваются различные обозначения, в зависимости от их функции или влияния на цвет. Полный набор керамики может содержать бутыльки опакового, дентинового и эмалевого порошков, а также многочисленные концентраты оттенков, такие как опаковые и дентинные модификаторы цвета, внешние красители, а также бесцветную и прозрачную глазурь.
Процесс производства может быть модифицирован для изменения свойств фарфора: его вязкости, диапазона плавления, химической стойкости, теплового расширения и даже устойчивости к перекристаллизации. Эти модификации частично объясняют, почему зачастую существуют заметные различия в обработке различных марок фарфора.
Различные марки и виды состава используются при реставрациях, в том числе высокоточных, задействующих имплантаты и абатменты.
Источник публикации: Binns DB. The chemical and physical properties of dental porcelain. In: McLean JW (ed). Dental Ceramics: Proceedings of the First International Symposium on Ceramics.
