Металлы и сплавы в стоматологии: виды, достоинства и недостатки

Описание основных характеристик сплавов

Под твердостью понимают свойство материала противостоять внедрению в него индентора – другого твердого тела. От этого параметра зависит окклюзионная износостойкость и то, как стоматолог сможет обработать и отполировать протез.

Под пределом текучести подразумевают напряжение для вызова остаточной пластической деформации при растяжении. Условный предел текучести – это напряжение, которое возникает при деформации 0,2 %. Этот параметр больше остальных характеризует прочность сплава. Именно на него обращают внимание в первую очередь при выборе дизайна протеза.

Модуль упругости – еще одно важное свойство, определяющее гибкость металлического каркаса. Сплав, обладающий высоким модулем упругости, изгибается под нагрузкой меньше, чем аналог с низким модулем.

Относительное удлинение – это пластичность материала, измеряемая в процентах. Чем ниже этот показатель, тем более хрупким будет сплав.

Интервал температуры плавления – важный параметр, позволяющий предупредить деформацию каркаса при обжиге керамики.

Биосовместимость означает, что материал изготовления сплава безопасен для тканей организма и человека в целом. Неблагородные сплавы вызывают неоднозначную оценку биосовместимости, поэтому их использовать нужно осторожно.

Технологичность – это максимальная точность изготовления и обработки каркаса.

Коэффициент термического линейного расширения указывает на совместимость сплава с керамикой. Главное условие – коэффициент сплава и керамики должны максимально совпадать, а в готовой реставрации не должно оставаться остаточного напряжения.

Определение строения

При помощи микроскопического и макроскопического анализов можно узнать строение металлов. Макроанализ помогает определить:

• микро-и макроскопические дефекты металла;
• химический состав (неоднородность различных элементов сплава);
• строение (неоднородность сплавов, возникшая в результате термической обработки).

Благодаря микроскопическому способу исследования можно установить:

• форму и размеры каких-либо структурных элементов сплава;
• микротрещины, нарушающие целостность материала;
• структуры, типичные для определённых способов обработки;
• добавки неметаллического происхождения;
• изменение структуры, возникшее под термическим воздействием.

Свойства благородных сплавов

Идеальный вариант, по мнению большинства стоматологов, – дорогостоящие золотоплатиновые сплавы. Они обладают безупречными механическими и физическими свойствами, высокой биосовместимостью и хорошо сочетаются с керамикой. Наиболее известные благородные сплавы российского производства – «Плагодент» и «Плагодент Плюс».

Палладий в комбинации с золотом образует сплавы с превосходными физико-механическими свойствами и высокой устойчивостью к коррозии. Они имеют достойный условный предел текучести и высокую прочность на разрыв, поэтому из них изготавливают длинные мостовидные протезы и несъемные элементы замковых соединений. По внешнему виду – напоминают неблагородные сплавы. Всего 10 % палладия в составе придают сплаву белый цвет, похожий на сталь.

Работа с палладиевыми конструкциями требует от стоматолога определенных навыков из-за высокой температуры плавления сплава и особой техники литья. Необходимо избегать пайки и лазерной сварки. Золотопалладиевые сплавы стоят дешевле, чем золотоплатиновые: из-за разной плотности разница в стоимости может достигать 2-2,5 раза.

Процентное содержание благородного металла в сплаве влияет на коррозионную стойкость и биосовместимость. Снизить стоимость протеза можно только путем перехода на неблагородные сплавы. В составе благородного сплава может быть высокое или низкое содержание золота или может вовсе не быть этого элемента, как, например, в серебряно-палладиевых композициях.

Назначение

Несколько десятков лет назад стоматологи изготавливали медицинские конструкции исключительно из благородных металлов в чистом виде. Постепенно появилась тенденция их использования в качестве различных сплавов.
Ближе к XX веку распространёнными были ортопедические зубные аппараты из неблагородных металлов, в частности сплавы стали и хрома.

Неблагородные металлы – очень твёрдые, что усложняет их обработку, но благодаря этой особенности, протезы можно изготовить любой протяжённости.

Чистое золото прекратили использовать из-за его недостаточной твёрдости. На сегодняшний день востребованы золото-палладиевые, золото-платиновые, серебряно-палладиевые сплавы, поскольку они являются более прочными, устойчивыми к коррозии и обладают массой других положительных характеристик.

Сплавы из неблагородных металлов также популярны.

Они прекрасно подходят для керамических покрытий, поскольку оксидная плёнка, появляющаяся на поверхности, способствует прочному соединению.

От чего зависит цвет благородных сплавов

Врачи обращают внимание на цвет. Считается, что очень желтый сплав, содержащий много золота, улучшает цвет керамики: оксиды таких сплавов легко покрываются тонким слоем опака и выглядят эстетично. Пациент, наблюдающий на промежуточных этапах золотой цвет каркаса коронки, не испытывает сомнений в необходимости приобретать такой дорогой протез.

В некоторых благородных сплавах долю палладия, платины или серебра увеличивают, поэтому они теряют желтый цвет, но остаются такими же прочными. Такие разновидности подходят для изготовления протяженных мостовидных протезов, с опорой на импланты или без нее. Если предстоит устанавливать одиночную коронку, можно вполне обойтись вариантом с высоким содержанием золота и небольшим содержанием металлов платиновой группы.

Сплавы с меньшим количеством благородных компонентов имеют выраженный желтый цвет и не имеют таких хороших свойств, как белые сплавы. В их составе – высокое содержание индия, дающего в сочетании с палладием яркий соломенный цвет. Они не обладают достаточной упругостью и устойчивостью к коррозии. Используются преимущественно в Китае и Индии в массовом порядке с целью удешевления зубных протезов.

Из чего производятся зубные протезы?

Совре­мен­ные про­те­зы зубов отли­ча­ют­ся меж­ду собой по эсте­ти­че­ским и функ­ци­о­наль­ным пара­мет­рам. На сего­дня сто­ма­то­ло­ги исполь­зу­ют без­опас­ные для орга­низ­ма и удоб­ные для рабо­ты мате­ри­а­лы, с помо­щью кото­рых мож­но добить­ся необ­хо­ди­мо­го для паци­ен­та и его здо­ро­вья эффекта:

• композитные;
• керамика;
• метал­ло­ке­ра­ми­ка;
• оксид, диок­сид циркония;
• спла­вы металлов;
• пла­стик (акрил, нейлон).

Три вида неблагородных сплавов

Более восьмидесяти лет в стоматологии используют хромовые сплавы. Они отличаются хорошей устойчивостью к коррозии, прочностью, высоким модулем упругости, низкой плотностью и доступной ценой.

• Никельхромсодержащие сплавы используют чаще для каркасов с целью дальнейшей облицовки. В их составе – 62-82 % никеля и 11-22 % хрома, а также добавки – молибден, кремний, марганец, железо, галлий, титан, цирконий.
• Кобальтохромовые сплавы содержат 50-65 % кобальта, 25-35 % хрома и 2-6 % молибдена за редким исключением.

Температура плавления этих сплавов – между 1140 и 1460 °С. Полированные поверхности протезов блестящие, серебристо-белые. Вес малый, плотность слегка превышает 8 г/см3. Такие сплавы отлично подходят для установки на зуб коронок одиночного типа и мостовидных протезов, они более прочные и твердые, чем благородные, однако требуют применения специальных абразивных инструментов при механической обработке. Окклюзионная коррекция, полировка и снятие протезов вызывают определенные сложности и требуют гораздо больше времени.

Соединение керамики с металлом такое же прочное, так и у благородных сплавов. Литье менее точное, что незаметно на небольших отливках. Вопрос биосовместимости вызывает сомнения. Никель и хром – сильные аллергены.

• Титановые сплавы обладают малой плотностью, отличными механическими свойствами, высокой биосовместимостью и коррозиестойкостью. Однако литье титановых сплавов для изготовления несъемных протезов себя изжило из-за высокой стоимости и технологической сложности процесса. Гораздо чаще используют фрезерование.

В целях экономии для изготовления несъемных протезов все чаще используют нержавеющую сталь. Штампованные коронки отличаются невысокой стоимостью и минимальным объемом препарирования зуба. В зарубежной стоматологии их используют для временного протезирования молочных зубов.

Применение

Коронки, пломбы, мосты, протезы, стоматологические инструменты и прочее изготавливаются из всевозможных комбинаций сплавов и металлов.

Материалы для создания зубных коронок, которые пользуются особой популярностью – это соединение металла и керамики.

Металлическая база, выполненная из сплавов благородных металлов, таких как золото, серебро, платина или палладий, имеет ряд преимуществ, по сравнению с базой из недорогих материалов:

1. Сплавы на базе золота – прочные, выдерживают большие жевательные нагрузки, отличаются антибактериальным эффектом, неспособны вызывать аллергической реакции, потемнений и воспалений дёсен.
2. Серебряно-палладиевые сплавы более пластичны и доступны по цене, но их качество существенно ниже золотосодержащих сплавов. Временные коронки чаще всего изготавливаются из нержавеющей стали и алюминия.
3. Титан широко применяют в качестве материала для создания коронок, цельнолитых мостов, протезов. Его механические характеристики не уступают некоторым благородным сплавам, используемым в стоматологических целях.
   На титановом покрытии образуется стойкая оксидная плёнка, благодаря которой, он является коррозиеустойчивым и биологически совместимым с тканями живого организма.

   Помимо этого, он имеет небольшой вес, поэтому пациенты ощущают комфорт во время ношения съёмных ортодонтических аппаратов с титановым базисом.

4. Сплав серебра и ртути используется в качестве пломбировочного материала. Он достаточно твёрдый и долговечный, но вызывает некие опасения из-за ртутного содержания и возможного негативного влияния на пломбу.
   Только высококвалифицированный стоматолог должен ставить пломбу из такого сплава, поскольку технология постановки представляет определённые сложности.
5. Для изготовления имплантов идеально подходят такие металлы, как никель, титан, серебро, хромоникелевые коррозийно-устойчивые стали.
   Импланты подвергаются отторжению биологической тканью, а также деформации, большим жевательным и механическим нагрузкам.

   Поэтому материалы для их изготовления должны обладать хорошей биологической совместимостью, прочностью и устойчивостью к коррозии.

6. Для изготовления стоматологических режущих инструментов применяют вольфрамовую сталь высокой твёрдости. Для зондирующих инструментов применяют более дешёвую сталь, для микроинструментов – дисперсионно твердеющую нержавеющую сталь.

Применение ортодонтической проволоки в современной медицине

До 50-х годов прошлого столетия ортодонты применяли для своих целей только драгоценные металлы. Другие материалы не соответствовали параметрам безопасности для человека или же не выдерживали внутренней среды полости рта. Появление ортодонтической проволоки с широким диапазоном механических свойств и при этом высокой степенью устойчивости к коррозийным воздействиям в полости рта позволило решить многие проблемы и снизить себестоимость изготовления пружин и колец в съемных аппаратах, а также брекетов и дуг.

Основные свойства ортодонтической проволоки

• Устойчивость к коррозии;
• Прочность и упругость. Устойчивость к изломам;
• Высокая стабильность механических свойств;
• Предельная точность параметров.

Эти свойства дают большие возможности вариаций при помощи холодной обработки и отжига. Проволоку из нержавейки размягчают посредствам отжига и закаливают при помощи холодной обработки. Полученный материал обладает высокими показателями эластичности и деформируемости.

Стоматологическая проволока диаметром 0,6 или 0,8 мм применяются как лигатурные проволоки. Более широкие диаметры (1 мм или 1,2 мм) применяют для изготовления съемных протезов и челюстно-лицевых аппаратов.

При изготовлении ортодонтических протезов или аппаратов часто возникает необходимость соединения отдельных элементов или конструкций при помощи сварки или паяния. Важно понимать, что продолжительное воздействие высоких температур могут изменить свойства нержавеющей стали, поэтому технологии, которые будут применяться для соединения элементов должны исключить длительные воздействия на металлические детали конструкции высокими температурами. Обычно элементы из нержавеющей стали соединяются при помощи твердого припоя.

Металлы

Металлы представляют собой группу элементов, которые отличаются от прочих групп веществ.

Они обладают такими переменными, как:

— высокая электропроводность; — ковкость; — высокая теплопроводность; — блеск поверхности при соответствующей обработке; — полная непрозрачность; — пластичность.

Данные аспекты свойственны и черным, и цветным металлам, которые используются в стоматологии. Черные имеют темно-серый окрас, твердость, температура плавления и плотность у них высокие.

Цветные светлые (красные, желтые, белые), пластичнее черных, менее твердые, температуры плавления обычно ниже.

Цветные принадлежат к одной из групп:

— легкие; — тяжелые.

В первый класс входит литий, барий, бериллий, калий, натрий, магний, кальций, алюминий. Они отличаются малой плотностью в диапазоне 0,53-3,5. К группе тяжелых причисляют цинк, олово, медь, никель, свинец. Плотность этих металлов составляет от 7,14 до 11,34. Титан входит в группу легких, его плотность выше – 4,5.

Отдельно из цветных выделяют редкоземельные и благородные.

Эти металлы делят на три класса по структуре кристаллической решетки:

— наиболее распространена кубическая объемно-центрированная (ванадий, хром, молибден); — кубическая гранецентрированная (свинец, медь, никель); — гексагональная плотноупакованная (цинк и титан).

Сплавы

Для получения сочетания необходимых характеристик, которые не способен дать один металл, создают сплав из нескольких. Существуют не только металлические сплавы, но и неметаллические. Первые обязательно включают металл или несколько, либо неметалл и металл, вторые состоят из таких веществ, как ситаллы, стекло и фарфор.

В зависимости от числа компонентов, разделяют сплавы на следующие группы:

— бинарный, если в состав входит 2 элемента; — тройной – если 3.

И так далее по аналогичному принципу.

Взаимодействие атомов в сплаве может проходить по нескольким сценариям. Некоторые составляющие при сплавлении сохраняют вид и характеристики зерен структуры – это механические смеси. Если частицы растворились друг в друге, то это твердые растворы. К последней группе относится большинство стоматологических сплавов, в том числе золотых.

Еще одним методом классификации является разделение по температуре плавления:

— легкоплавкие – до 300 градусов; — тугоплавкие благородные – до 1100; — тугоплавкие неблагородные – более 1200.

Сталь для стоматологических инструментов

Инструментальная сталь – содержит углерод от 0,7% и более.

Отличается высокой прочностью и твердостью (после специальной температурной обработки).

Добавление к стали вольфрама, молибдена, ванадия и хрома делает сталь способной хорошо резать при высокой скорости. Такую сталь используют для боров и фрез.

Карбид вольфрама – не сплав. Химическое соединение вольфрама с углеродом (химическая формула WC). Сопостовим по твердости с алмазом. Применяют для производства бронебойных танковых снарядов. А ещё для твердосплавных стоматологических боров.