Нурт_Стоматологическое материаловединие

СТОМАТОЛОГИЧЕСКАЯ КЕРАМИКА

245

риалы типа эбонита и более позднего полиметилметакрилата смогли заменить фарфор в съмных зубных протезах.

Фарфоровые зубы в сочетании с акриловым бази­ сом зубного протеза широко используются и по насто­ ящее время. Сегодня трудно переоценить значимость применения стоматологического фарфора для изго­ товления виниров, вкладок, коронок и мостовидных протезов, где эстетическое качество фарфора превос­ ходит все современные материалы, заменяющие эмаль и дентин.

Фарфор был первым материалом, из которого из­ готовили фарфоровую жакетную коронку. За пос­ ледние годы на рынке появилось множество новых материалов, которые относят к фарфору. В действи­ тельности, при сравнении с ранними видами фарфо­ ра они представляют собой самые разнообразные керамические материалы.

Клиническое значение

В настоящее время более правильно использовать об­ щий термин стоматологическая керамика, тогда как стоматологический фарфор являются всего лишь од­ ной из групп материалов этого класса.

СОСТАВ СТОМАТОЛОГИЧЕСКОГО ФАРФОРА

Первые стоматологические фарфоры представляли со­ бой смеси каолина, полевого шпата и кварца, и они коренным образом отличались по составам от земля­ ной керамики, каменной керамики и бытового фарфо­ ра (Рис. 3.4.2). Только в 1838 году Elias Wildman изгото­ вил стоматологический фарфор, по прозрачности и расцветке отдаленно напоминавший натуральные зу­ бы. Составы бытового и стоматологического фарфора представлены в Таблице 3.4.1.

Каолин является водным алюмосиликатом (Al,03.2SiO2.2H2O) и действует, как связующее веще­ ство, позволяя моделировать необожженный фарфор. Каолин непрозрачен, даже если он присутствует в не­ больших количествах, поэтому у первых стоматологи­ ческих фарфоров отсутствовала необходимая проз­ рачность. Таким образом, каолин был исключен из состава стоматологического фарфора, который сегодня представляет полевошпатное стекло с вклю­ чениями кристаллического кварца.

Кварц остается неизменным в процессе обжига и действует, как упрочняющий компонент состава. Он присутствует в виде тонкокристаллической дисперсии в стеклофазе, образовавшейся в результате расплавле­ ния полевого шпата. При охлаждении расплава поле­ вого шпата образуется стеклянная матрица.

Полевые шпаты представляют собой смеси алю­ мосиликата калия (K2O.Al203.6Si02) и алюмосилика­ та натрия (Na2O.Al203.6Si02), также называемого аль­ битом. Полевые шпаты являются природными минералами, поэтому соотношение между содержа­ щимся в них поташом (К 2 0 ) и содой (Na2 0) может заметно колебаться. Это оказывает влияние на свой­ ства полевого шпата — сода снижает температуру плавления полевого шпата, а поташ повышает вяз­ кость расплавленного стекла.

При обжиге фарфора всегда существует опасность возникновения избыточной пиропластической теку­ чести, которая может привести к оплавлению углов и потере формы обжигаемой коронки. Для предупреж­ дения этого явления необходимо, чтобы в составе сто­ матологической керамики присутствовало достаточ­ ное количество поташа. Эти щелочные оксиды обычно присутствуют в составе полевого шпата, но для обеспечения правильного соотношения между со­ держанием ионов калия и натрия их можно добавить в состав шихты в виде карбонатов. Типичный оксидный состав стоматологического фарфора представлен в

Таблице 3.4.2.

П о р о ш о к фарфора, используемый зубными тех­ никами , — это не простая смесь ингредиентов, представленных в Таблице 3.4.2. Эти порошки уже прошли один обжиг. Производитель стоматологи­ ческой керамики смешивает компоненты, добавля­ ет в смесь оксиды металлов, расплавляет шихту и

Рис. 3.4.2. Относительные составы керамических

изделий, изготовленных на основе полевого шпата, каолина и кварца

246 ОСНОВЫ СТОМАТОЛОГИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

Таблица 3.4.1 Составы бытового и стоматоло­ гического фарфоров

Фарфор	каолина %	кварца %	полевого
			шпата %
Бытовой	5 0	2 0 - 2 5	2 5 - 3 0
Стоматоло-	0	25	65
гический

выгружает расплавленную массу в воду. Получен­ ный в результате этого продукт называют фриттой, а сам технологический процесс — фриттованием. В результате быстрого охлаждения внутри расплав­ ленного стекла образуются высокие напряжения, которые приводят к обширному растрескиванию массы. Полученный таким образом материал легко поддается измельчению, которое проводят для по­ лучения тонкого порошка, используемого зубными техниками.

Во время проведения обжига, например, фарфоро­ вой жакет-коронки, между компонентами состава не происходит никакого химического взаимодействия, а просто по достижении температуры стеклования стек­ ло начинает плавиться, частицы сплавляются друг с другом за счет образования жидкой фазы, а затем ко­ ронку снова охлаждают. Таким образом, единствен­ ное, что происходит в процессе обжига — это спекание отдельных частиц с образованием сплошного твердо­ го материала.

Распределение частиц порошка по размерам явля­ ется решающим фактором, влияющим на плотность упаковки частиц в сыром изделии. Чем плотнее их упаковка, тем меньше усадка материала при обжиге. Усредненный размер частиц в порошке составляет около 25 мкм, и диапазон разброса частиц по разме­ рам достаточно широк, благодаря чему частицы меньших размеров заполняют свободные простран­ ства между крупными частицами. Некоторые порош­ ки фарфора состоят из частиц разной формы и раз­ ных размеров, что позволяет повысить плотность упаковки.

В состав стоматологических фарфоров вводят и ряд других добавок. В число этих добавок входят окси­ ды металлов, которые позволяют придать фарфору не­ обходимую окраску, например, оксид железа служит коричневым пигментом, медь — зеленым, титан — желтовато-коричневым, кобальт окрашивает керами­ ку в голубой цвет. В состав стоматологического фар­ фора можно также ввести органическое связующее ве­ щество, состоящее из сахара и крахмала, и это облегчит работу с порошками.

Таблица 3.4.2 Типичные оксиды в составе сто­ матологического фарфора

Материал	в е с . %
Кремнезем	63
Глинозем	17
Борный ангидрид	7
Поташ (К 2 0)	7
Сода (l\la2 0)	4
Другие оксиды	2

ТЕХНОЛОГИЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ФАРФОРОВОЙ КОРОНКИ

Изготовление фарфоровых жакет-коронок состоит из трех зуботехнических этапов:

•моделирование с уплотнением керамической массы

•обжиг

•глазурование

Уплотнение керамической массы

При моделировании фарфоровых жакет-коронок по­ рошок фарфора смешивают с водой до получения од­ нородной пасты. Пасту наносят на штампик, покры­ тый тонким слоем платиновой фольги, что позволяет снять коронку со штампика и перенести ее для обжига.

Для изготовления фарфоровой коронки использу­ ют разные керамические массы, поскольку невозмож­ но передать все эстетические особенности зуба с по­ мощью только одного порошка. Обычно используют три основных типа фарфоровых порошков. Ими явля­ ются опаковый (грунтовый) фарфор, позволяющий замаскировать неэстетичный цвет расположенной под ним структуры, которой может быть амальгама или металлическая культевая вкладка; дентинный фарфор, и, наконец, эмалевый. Конструкция готовой коронки представлена на Рис. 3.4.3.

Порошок смешивают с водой и связующим веще­ ством для получения шликера, который можно нано­ сить на штампик разными способами, например, с по­ мощью шпателя, кистью, с последующим промоканием влаги или уплотнением вибрацией. Целью всех методов нанесения керамической массы является уплотнение или конденсация порошка. Me-

СТОМАТОЛОГИЧЕСКАЯ КЕРАМИКА

247

тоды конденсации предназначены для удаления повозможности большего количества влаги, благодаря чему частицы порошка распределяются в массе более компактно. Это позволяет повысить плотность упа­ ковки частиц в сыром изделии и уменьшить усадку при обжиге керамики. Размеры и форма частиц ока­ зывают существенное влияние на технологические параметры керамической массы, и от них зависит ве­ личина усадки при обжиге. Связующее вещество по­ могает соединить частицы порошка, поскольку мате­ риал находится в сыром состоянии и является предельно хрупким.

Обжиг

Сначала коронки медленно прогревают перед входом в печь. Это делают для того, чтобы удалить избыток вла­ ги до того, как она обратится в пар. Если влага, содер­ жащаяся в керамической массе, обратится в пар в са­ мой печи, это может привести к разрушению хрупкого сырого изделия, поскольку пар будет стремительно выходить из материала. После подсушивания уплот­ ненной массы коронку помещают в печь, где происхо­ дит выгорание связующего вещества. На этом этапе происходит некоторое уплотнение материала.

Затем фарфор начинает плавиться, однако непре­ рывная структура образуется только в точках контакта между частицами порошка. Материал все еще остает­ ся пористым, и такой материал называют низкотемпе­ ратурным бисквитом. По мере удлинения выдержки

при высокой температуре, происходит дальнейшее плавление полевого шпата, и расплав начинает про­ никать между частицами, соединять их друг с другом и заполнять находящиеся между ними пустоты. На этом этапе происходит максимальное уплотнение фарфора (-20%), а спеченный материал фактически не содер­ жит пор. Следовательно, причиной высокой усадки при обжиге фарфора является плавление частиц во время процесса спекания, благодаря чему они вступа­ ют в более тесный контакт.

Обжиг фарфора следует проводить, точно соблю­ дая инструкции производителя. Если коронку оста­ вить в печи на слишком длительное время, она может потерять свою форму в результате появления пиропластической текучести (перемещению расплавленно­ го стекла), кроме того, коронка может приобрести из­ быточный блеск.

Для того, чтобы избежать образования глубоких или сетчатых трещин, коронку следует охлаждать мед­ ленно. Существующие печи обычно в той или иной степени автоматизированы, и их можно использовать как для проведения вакуумных обжигов, так и для об­ жигов в атмосфере воздуха. Плотность фарфора после обжига в вакууме выше, чем у фарфора, обожженного на воздухе, поскольку в первом случае во время обжига воздух выходит из материала. В фарфоре вакуумного обжига остается меньше пор и пустот, и в результате удается получить более прочную коронку с более предсказуемой расцветкой. Пористость коронок, полу­ ченных обжигом на воздухе, приводит к снижению прозрачности коронки, поскольку поры рассеивают падающий свет. Еще одной проблемой, связанной с об­ жигом на воздухе, является обнажение пор при шлифо­ вании керамики, что приводит к ухудшению эстетики и появлению шероховатостей на поверхности коронки.

Глазурование

Некоторая шероховатость, небольшие поры и пусто­ ты всегда присутствуют на поверхности фарфора. Это делает материал доступным для проникновения бактерий и ротовых жидкостей, и поверхность фар­ форовой коронки может стать местом образования зубного налета. Для того, чтобы этого избежать, по­ верхность керамического изделия глазуруют, созда­ вая гладкий, блестящий и непроницаемый наруж­ ный слой. Существует два способа создания этого слоя:

1.	Поверхность обожженной коронки покрывают
	стеклами, называемыми глазурями, которые пла­
Рис. 3.4.3. Нанесение фарфора при изготовлдении	вятся при низких	температурах. Для того, чтобы
фарфоровой жакет-коронки	глазурь растеклась	по поверхности коронки и об-

248 О С Н О В Ы С Т О М А Т О Л О Г И Ч Е С К О Г О М А Т Е Р И А Л О В Е Д Е Н И Я

разовала непроницаемый слои, достаточно про­ вести непродолжительный обжиг при относитель­ но низкой температуре.

2. Во время проведения глазуровочного обжига с точным поддержанием режима происходит плав­ ление поверхностного слоя керамики и его прев­ ращение в непроницаемую глазурь. Этот процесс называют самоглазурованием.

СВОЙСТВА

СТОМАТОЛОГИЧЕСКОГО

ФАРФОРА

Стоматологический фарфор обладает высокой хими­ ческой стабильностью и прекрасными эстетическими свойствами, которые со временем не ухудшаются. Теплопроводность и коэффициент термического рас­ ширения стоматологического фарфора совпадают с аналогичными характеристиками дентина и эмали, поэтому если края реставрации хорошо прилегают, то проблемы, связанные с появлением краевой проница­ емости, будут минимальными.

Хотя стоматологический ф а р ф о р обладает дос­ таточно высокой прочностью при сжатии (350 — 550 М П а ) , прочность при растяжении является очень низкой (20 — 60 М П а ) , что является типич­ ным свойством хрупких твердых веществ. Матери­ ал, состоящий в основном из стекла, отличается от­ сутствием области вязкого р а з р у ш е н и я (повышенной хрупкостью). Максимальная дефор­ мация, которую способно выдержать стекло без разрушения, составляет менее 0,1% . Стекла чрез­ вычайно чувствительны к появлению в них поверх­ ностных микротрещин, и это препятствует широко­ му использованию стоматологического фарфора . При охлаждении коронки, нагретой до температу­ ры обжига, наружные слои ф а р ф о р а остывают быстрее, чем внутренние, в частности из-за того, что фарфо р обладает низкой теплопроводностью. Вначале наружная поверхность коронки сжимается быстрее, чем внутренняя, что приводит к развитию напряжений сжатия на наружной поверхности. При этом, внутренняя поверхность будет находиться под действием остаточных напряжений растяже­ ния, поскольку ее сжатию будет препятствовать на­ ружный слой.

Клиническое значение

Если различие размерных изменений между слоями в материале окажется слишком высоким, то на внутрен­ ней поверхности коронки, находящейся под действием напряжений растяжения, будут возникать разрывы. В результате этого на внутренней контактной поверхности коронки образуется большое количество микротрещин, что может в конце концов привести к катастрофическо­ му разрушению коронки (Рис. 3.4.4).

Нанесение глазури с несколько более низким, чем у фарфора, коэффициентом расширения позволило бы заполнить микротрещины, а поверхность материа­ ла могла бы подвергаться действию напряжений сжа­ тия. К сожалению, внутреннюю поверхность коронки нельзя покрывать глазурью, поскольку это может при­ вести к неправильной постановке коронки. Таким об­ разом, фарфор оказался не настолько прочным, чтобы можно было из него изготавливать протезы протяжен­ ностью в несколько единиц, даже при изготовлении одиночных жакет-коронок для передних зубов возни­ кали сложности, особенно, если эти коронки устанав­ ливали пациентам со сложной окклюзией. Крошеч­ ные поверхностные трещины на внутренней поверхности коронки являлись участками иницииро­ вания катастрофических разрушений. Низкая проч­ ность при растяжении, присущая полевошпатному фарфору (< 60 МПа), ограничивала показания к его

Рис. 3.4.4. Раскол фарфоровой жакет-коронки пс язычной поверхности, возникший в результате развит трещины на внутренней поверхности

СТОМАТОЛОГИЧЕСКАЯ КЕРАМИКА

249

применению, только для восстановления передних зу­ бов, испытывающих самые низкие функциональные нагрузки. Решением проблемы было создание проч­ ного каркаса в качестве надежной и прочной опоры фарфору. В настоящее время существует ряд систем, отвечающих этому требованию.

КЛАССИФИКАЦИЯ

СОВРЕМЕННОЙ

СТОМАТОЛОГИЧЕСКОЙ

КЕРАМИКИ

Одним из самых серьезных недостатков описанных выше первых составов стоматологического фарфора было отсутствие прочности и хрупкость, которые серьезно ограничивали применение этого материала. Еще в 1903 году Land в журнале Dental Cosmos описал способ изготовления фарфоровых коронок и упомя­ нул об их хрупкости. Pincus представил принцип про­ цесса изготовления керамического винира в журнале

Californian Denial Association Jornal, но также подчерк­ нул низкую прочность фарфора того времени. В те го­ ды по причинам эстетики каолин не добавляли в сос­ тав стоматологического фарфора или добавляли в малых количествах.

Существует два решения, позволяющих избавить­ ся от проблемы низкой прочности и хрупкости стома­ тологического фарфора. Первое — обеспечить стома­ тологический фарфо р опорой из более прочной подлежащей структуры. Второе решение — разрабо­ тать керамику, обладающую более высокой проч­ ностью и меньшей хрупкостью. В связи с этим, всю стоматологическую керамику можно разделить на три категории в зависимости от системы упрочнения:

•керамика с упрочненным керамическим каркасом;

•керамика для ф и к с а ц и и полимерными адгезивами;

•металлокерамика

Основным принципом, позволяющим достигнуть хорошего эстетического результата протезирования, являлось создание прочной опоры для керамики. Оче­ видно, что идеальная керамика должна обладать как прочностью, так и высокими эстетическими свой­ ствами, чтобы отвечать как функциональным, так и эстетическим требованиям.

При использовании упрочненных керамических каркасов, опорой для эстетической керамики будет

другой материал, обладающий более высокой проч­ ностью и меньшей хрупкостью, но, возможно, худши­ ми эстетическими свойствами.

При фиксации керамических протезов полимер­ ными адгезивами, она будет опираться на твердые тка­ ни препарированного зуба, то есть, непосредственно на эмаль и дентин. В этом случае, керамика обеспечит необходимое эстетическое качество протезу, а проч­ ность реставрации будет определяться ее адгезионной прочностью в соединении с твердыми тканями зуба.

Клиническое значение

Для керамических зубных протезов, которые фиксиру­ ют полимерными адгезивными цементами, успех лече­ ния будет зависеть от прочности адгезионной фикса­ ции, поскольку разрушение этого соединения приведет к утрате опоры для керамики и, в конечном итоге, к разрушению последней.

Подобный подход стал возможен только с разра­ боткой способов применения адгезивов для эмали и дентина, описанных в главе 2.5, и адгезионной фикса­ ции керамики, рассмотренной в главе 3.6. Сочетание эстетики и высокой прочности было бы идеальным решением, поскольку позволило бы надеяться не только на прочность адгезионной связи, но и на проч­ ность самого материала, а также дало бы возможность разработать цельнокерамические мостовидные проте­ зы с адгезионной фиксацией.

В случае металлокерамических зубных протезов эстетичная керамика опирается на прочный металли­ ческий каркас с высокой вязкостью разрушения. Ме­ таллокерамика подробно описана в главе 3.5

Подробное описание процедур и материалов для цементирования или фиксации керамических и ме­ таллокерамических зубных протезов представлено в главе 3.6.

УПРОЧНЕННЫЕ

ЦЕЛЬНОКЕРАМИЧЕСКИЕ

КАРКАСЫ

В ранней публикации Land с соавторами было показа­ но, что одной из проблем, связанных с использованием цельнокерамических коронок для передних зубов, яв­ ляется опасность разрушения фарфора, начиная от внутренней поверхности фиксации до внешней пове­ рхности протеза. Некоторое повышение прочности фарфора было достигнуто с разработкой вакуумных зуботехнических печей, которые позволяли снизить по-

250 О С Н О В Ы С Т О М А Т О Л О Г И Ч Е С К О Г О М А Т Е Р И А Л О В Е Д Е Н И Я

Рис . 3 . 4 . 5 . Упрочнение керамики с помощью:

(a)повышения модуля упругости материала;

(b)повышения сопротивления развитию трещин

ристость материала и повысить его прочность при из­ гибе от 20-30 МПа до приблизительно 50-60 МПа. Од­ нако, эта прочность также оказалась недостаточной, поэтому начались поиски каркасного материала, кото­ рый смог бы обеспечить необходимую прочность и уп­ ругость для избавления от разрушений, связанных с развитием трещин от внутренней к внешней поверх­ ности коронки.

Поскольку керамика склонна к разрушению при одной и той же критической деформации порядка ~0,1 %, поэтому повысить прочность материала можно только путем повышения его модуля упругости. Если, одновременно создать препятствия развитию трещин, то фарфоровый материал сможет выдержать без раз­ рушения более высокие деформации, в результате че­ го его прочность повысится (Рис. 3.4.5). В Таблице 3.4.3 представлены показатели прочности некоторых керамических материалов. Поскольку прочность при растяжении оценить очень сложно (из-за большого разброса результатов), обычно у материала определя­ ют прочность при изгибе.

Несмотря на то, что нитриды и карбиды кремния привлекательны с точки зрения прочности, они неп­ ригодны из-за сложности изготовления из них инди­ видуальных коронок, неподходящего темного цвета и термической несогласованности с эстетическими фарфоровыми покрытиями.

Клиническое значение

Оксиды алюминия и циркония обладают белизной и прочностью, поэтому в настоящее время эти материалы использованы в ряде систем для изготовления цельнокерамических зубных протезов.

В середине 60-х годов McLean и Huges разработали каркасный материал на основе полевошпатного стек­ ла, упрочненного оксидом алюминия, часто называе­ мый алюмооксидным фарфором для жакет-коронок. С тех пор были разработаны другие составы и техно­ логии для изготовления цельнокерамических рестав­ раций. В 1988 году была создана стеклонасыщенная высокопрочная керамика для каркасов зубных проте­ зов (In-Ceram, Vita Zahnfabrik, Bad Sackingen, Герма­ ния), а в начале девяностых появились каркасы, пол­ ностью состоящие из плотноспеченного оксида алюминия (Techceram, Techceram Ltd., Procera AllCeram, Nobel Biocare).

Фарфоровые жакет-коронки, упрочненные оксидом алюминия (A0K)

В начале 60-х годов McLean и Huges предложили уп­ рочнение опакового (грунтового) слоя коронок окси­ дом алюминия. Предложенный материал представлял собой полевошпатное стекло с добавкой 40 — 50% ок­ сида алюминия (Рис. 3.4.6). Частицы оксида алюми­ ния обладали намного большей прочностью, чем стекло, они более эффективно предупреждали разви­ тие трещин, чем кварц, и, по существу, представляли собой препятствия для распростанения трещины (Рис. 3.4.7). В то время как прочность при изгибе полевошпатных фарфоров, в лучшем случае, составляла не более 60 МПа, добавка оксида алюминия позволя­ ла повысить этот показатель до 100 — 150 МПа.

При изготовлении коронки опаковый слой, предс­ тавленный на рис. 3.4.3, изготавливали из алюмооксидного фарфора. Однако по-прежнему приходилось использовать непрочные композиции дентинного и эмалевого фарфора, поскольку получение полупроз­ рачной алюмооксидной керамики пока оставалось не­ возможным — добавка оксида алюминия приводила к появлению блеклой окраски и непрозрачности.

Основным назначением алюмооксидных коронок является восстановление передних зубов. Несмотря I на значительное повышение прочности, этот показа- I тель все еще оставался низким, что не позволяло ис­ пользовать алюмооксидный фарфор для восстановле- I ния групп жевательных зубов, а возможность I

С Т О М А Т О Л О Г И Ч Е С К АЯ К Е Р А М И К А

251

Рис. 3.4.6. Снятая на растровом микроскопе микрофотография каркасного материала, на которой изображены частицы оксида алюминия, внедренные в стеклянную матрицу, состоящую из застывшего расплава полевого шпата

изготовления из алюмооксидного фарфора мостовид­ ных протезов, хотя бы из трех единиц, и вовсе не рас­ сматривалась.

Клиническое значение

Потребность в разработке более прочных каркасных материалов из керамики все еще существует, если под­ разумевается использовать керамику для восстановле­ ния жевательных зубов.

Стеклонасыщенная высокопрочная керамика для изготовления цельнокерамических каркасов

В состав полевошпатного стекла можно вводить не более 50-60 % (по объему) оксида алюминия из-за ог­ раничений, связанных с проведением фриттования. Альтернативным подходом стало изобретение новой системы, названной In-Ceram (Vita). В составе мате­

риала для изготовления керамических каркасов в этой системе содержится около 85% оксида алюминия.

Керамический каркас моделируют на огнеупорной модели из тонкого шликера, содержащего порошок оксида алюминия. Этот процесс называется шликерным литьем. После сушки штампика, его обжигают в течение 10 час при температуре 1120°С. Температура плавления оксида алюминия, необходимая для полно­ го уплотнения порошка за счет жидкофазового спека­ ния, очень высока, поэтому происходит только твердофазовое спекание материала. Следовательно, полученный подобным образом керамический каркас, образован частицами оксида алюминия, спекшимися в точках контакта, поэтому он обладает пористой структурой. Прочность пористого каркаса невысока — она составляет всего 6-10 МПа. Затем пористый каркас насыщают лантановым стеклом, которое плавят при температуре 1100°С в течение 4-6 часов. Лантановое стекло обладает очень низкой вязкостью расплава. Этот расплав способен проникать в поры, благодаря чему получается плотный керамический материал. Для создания функциональной и эстетически привлека­ тельной формы коронки каркас облицовывают обыч­ ной стоматологической полевошпатной керамикой.

252 ОСНОВЫ СТОМАТОЛОГИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

Клиническое значение

Каркасная керамика данного типа, как было заявлено, обладает очень высокой прочностью при изгибе (400 — 500 МПа), что позволяет применять ее для изготовле­ ния коронок передних и жевательных зубов с прекрас­ ным результатом.

Было сделано несколько попыток изготовления консольных протезов для передних и жевательных зу­ бов из трех единиц с применением стеклонасыщенной керамики; такие попытки для данного вида кера­ мики являются достаточно смелыми, но представляются весьма перспективными.

Аналогичный подход был использован для изготов­ ления цельнокерамических каркасов из магнезиальной шпинели (MgAl204) или диоксида циркония, заменив­ ших оксид алюминия. Материал на основе магнезиаль­ ной шпинели In-Ceram-Spinel позволял получить более высокое эстетическое качество по сравнению с алюмооксидным In-Ceram-Alumina, однако отличался нес­ колько более низкой прочностью при изгибе (~350МПа), поэтому этот материал рекомендуется ис­ пользовать для изготовления вкладок. In-Ceram-Zirco- nia получен на основе керамики In-Ceram-Alumina, в состав которой введена добавка 33% масс, диоксида циркония. In-Ceram-Zirconia отличается повышенной прочностью и позволяет изготавливать керамические каркасы с прочностью ~700 МПа.

Альтернативным подходом к описанной выше тех­ нологии шликерного литья является изготовление цельнокерамических реставраций с применением тех­ нологии CAD-CAM (компьютерное моделирование/ компьютерное управление процессом изготовления).

Рис. 3.4.7. Частицы оксида алюминия действуют, как

препятствия для развития трещины

Эта технология изготовления реставраций использу­ ется как в системе CEREC (Siemens), так и в системе Celay (Vident). Блоки из керамики In-Ceram- Spinel/Alumina/Zirconia, подлежащие механической обработке для получения готовых реставраций, изго­ товляются путем сухого прессования, что позволяет получить более плотный и более однородный матери­ ал с открытой пористостью, благодаря чему повыша­ ется прочность керамики при изгибе после ее насы­ щения лантановым стеклом.

Керамические каркасы из чистого оксида алюминия

Было бы логичным после разработки керамики, уп­ рочненной оксидом алюминия, о которой говорилось выше, рассмотреть возможности использования цель­ нокерамических каркасов, изготовленных из чистого оксида алюминия. На рынке такие каркасы из чисто­ го оксида алюминия представляют по меньшей мере два производителя — Procera AllCeram (Nobel Biocare АВ, Gotenburg, Швеция) и Techceram system (Techcer­ am Ltd, Shipley, Великобритания). Потенциальными преимуществами такой керамики являются ее более высокая прочность и лучшая светопроницаемость (полупрозрачность), чем у стеклонасыщенных кар­ касных материалов.

Процесс изготовления керамических каркасов Procera AllCeram состоит из снятия оттиска, изго­ товления штампика, сканирования геометрии штам­ пика и моделирования желаемой формы реставра­ ции на экране компьютера с помощью использования специально разработанной для этого компьютерной программы, передачи информации через модем в лабораторию в Стокгольме. Все это выполняется в специально уполномоченных зуботехнических лабораториях, ставших членами сети Procera Network. Керамические каркасы изготовля­ ют по особой технологии, в которую входит спека­ ние частого оксида алюминия со степенью очистки 99,9% при температурах 1600 — 1700°С, что позволя­ ет получить плотноспеченный материал с отсутстви­ ем пористости.

Керамические каркасы затем отсылают в зуботехническую лабораторию для нанесения эстетического покрытия, представляющего собой полевошпатные стекла, совместимые с плотноспеченным алюмооксидом. Время технологического цикла составляет около 24 час. Прочность при изгибе плотноспеченного алюмооксидного каркасного материала составляет около 700 МПа, что близко совпадает с аналогичным пока­ зателем керамики ln-Ceram-Zirconia.

В системе Techceram применен совершенно иной подход. Полученный оттиск можно отослать на фир­ му Techceram Ltd, где по нему изготовят специальный штампик, на который методом горяче-плазменного напыления из плазменной пушки будет осажден ок­ сид алюминия. Плотность керамических каркасов составляет 80-90%. Для достижения более высокой прочности и прозрачности, каркасы, полученные ме­ тодом напыления в горячей плазме, подлежат даль­ нейшему спеканию при температуре 1170°С. Готовый керамический каркас отсылают в зуботехническую ла­ бораторию, где зубные техники-керамисты создадут анатомическую форму и воспроизведут внешний вид натуральных зубов с помощью нанесения полевошпатных стекол.

Клиническое значение

Одним из потенциальных преимуществ керамических каркасов из чистого плотноспеченного оксида алюми­ ния является их светопроницаемость (полупрозрач­ ность), которая выше, чем у материалов, представляю­ щих собой композиции стекла и оксида алюминия.

Основным недостатком всех вышеупомянутых высоко прочных цельнокерамических каркасов явля­ ется то, что они не поддаются протравливанию кис­ лотой для создания микромеханической связи с их поверхностью, хотя некоторая связь с материалом це­ мента все-таки может возникнуть за счет шерохова­ тости поверхности каркасов после их изготовления. Это объясняется тем, что внутренняя поверхность протеза, предназначенная для фиксации, состоит в основном из оксида алюминия, а не из оксида крем­ ния, и потому никакие из существующих аппретов не могут обеспечить прочную связь между керамичес­ ким каркасом и полимерами. Без наличия эффектив­ ного аппретирующего агента или поверхности, обла­ дающей идеальной микромеханической ретенцией, все эти плотноспеченные цельнокерамические кар­ касы будут непригодными для фиксации полимерны­ ми адгезивами на твердых тканях зубов, и поэтому не позволят реализовать дополнительные преимущест­ ва, связанные с применением метода адгезионной фиксации керамики.

Клиническое значение

Упрочнение каркасной керамики основано на повыше­ нии прочности и ударной вязкости керамического ма­ териала и правильной конструкции протеза, что позво­ лит ему выдерживать окклюзионные нагрузки.

С Т О М А Т О Л О Г И Ч Е С К АЯ К Е Р А М И К А

253

КЕРАМИКА ДЛЯ ФИКСАЦИИ ПОЛИМЕРНЫМИ АДГЕЗИВАМИ

АДГЕЗИВНЫМИ ЦЕМЕНТАМИ

Одним из путей, позволяющим оспорить традицион­ ный подход к цементированию реставраций, стала разработка новых адгезионных технологий. Эти тех­ нологии позволили использовать керамику в тех об­ ластях, где раньше ее применение считалось невоз­ можным. Сочетание адгезии к эмали, дентину и керамике и улучшенных прочностных свойств кера­ мических материалов позволило изготавливать рес­ таврации, отличающиеся замечательной механичес­ кой целостностью. Фактически, адгезионная связь позволяет избавиться от микротрещин на внутрен­ ней поверхности реставрации, и, тем самым, снижа­ ет возможность разрушения. Изобретение адгезион­ ной технологии привело к росту использования керамики для изготовления коронок, виниров и вкладок.

Применение керамики для изготовления виниров не является новостью, ее применял доктор Charles Pincus из Беверли Хиллз, который изготавливал фар­ форовые виниры для актеров Голливуда. Фарфоровые виниры обжигали на платиновой фольге и крепили на зубах порошками-адгезивами для фиксации съемных протезов. Однако виниры часто раскалывались из-за повышенной хрупкости тонкого фарфора, и их неред­ ко приходилось заменять. С изобретением в 1937 году акриловой пластмассы, Pincus полностью переклю­ чился на использование этого материала для изготов­ ления виниров голливудским актерам. В результате это привело к повсеместному использованию компо­ зитных виниров, и керамика была на долгое время за­ быта.

Повторное появление цельнокерамических вини­ ров можно отнести к началу 80-х годов прошлого века. К этому времени доктор Horn из Америки освоил из­ готовление виниров на платиновой фольге и обнару­ жил, что протравливание внутренней поверхности реставрации плавиковой кислотой улучшает микро­ механическую ретенцию материала (см. главу 3.6). Используя метод травления эмали фосфорной кисло­ той, Horn смог осуществить постоянную фиксацию керамических виниров на зубах композитным поли­ мерным цементом. С тех пор прочность связи твердых тканей зуба с керамикой была значительно улучшена благодаря дополнительному использованию силановых аппретов.

254 О С Н О В Ы С Т О М А Т О Л О Г И Ч Е С К О Г О М А Т Е Р И А Л О В Е Д Е Н И Я

Клиническое значение

До изобретения керамических виниров, фиксируемых полимерными адгезивами, единственными способами восстановления неэстетичных зубов были композитные виниры, фарфоровые жакет-коронки и металлокерамические коронки.

Считается, что керамические виниры во многом превосходят полимерные композиты, поскольку ке­ рамика обладает лучшей эстетикой, устойчивостью окраски, поверхностным блеском, износостой­ костью, и совместимостью с тканями организма. Кроме того, керамические материалы отличаются высокой химической стабильностью, а их коэффици­ ент термического расширения совпадает с таковым у натуральной эмали. Из-за повышенной твердости фарфоровых виниров их шлифование и полирование являются более трудоемкими процедурами, чем обра­ ботка композитов. Тонкие выступающие края вини­ ров легче скалываются, чем края коронок, независи­ мо от того, где с ними работают — в зуботехнической лаборатории или в кабинете. Явным преимуществом керамических виниров перед фарфоровыми коронка­ ми является то, что улучшение эстетики может быть достигнуто при минимальном препарировании твер­ дых тканей зуба, а небная поверхность зуба останется незатронутой, благодаря чему сохраняется саггитальный резцовый путь.

С тех пор было разработано много керамических материалов, предназначенных для фиксации полимер-

Рис. 3.4.8. Скорость образования центров кристаллиза­

ции	и роста кристаллов (Т2 ) в стеклофазе керамики

ными адгезивами. Новые материалы позволили рас­ ширить круг показаний к использованию цельнокера­ мических реставраций от виниров до коронок и вкла­ док для передних и жевательных зубов. Материалы, предназначенные для адгезионной фиксации полиме­ рами, фактически представляют собой разные группы керамики определенного строения, объединенные под общим названием «стеклокерамика». Природа стеклокерамических материалов будет рассмотрена ниже. Вслед за ней будут описаны стоматологические стеклокерамические материалы, предназначенные для изго­ товления реставраций, фиксируемых полимерными ад­ гезивами, а также рассказано о новых технологических методах, разработанных одновременно со стеклокера­ микой.

Стеклокерамика

Впервые стеклокерамика была разработана на предприятии Corning Glass Works в конце 50-х годов прошлого века. В принципе, изделие формируют, пока стеклянная масса находится в расплавленном состоянии, однако в результате ее охлаждения обра­ зуется метастабильное стекло. При последующей тепловой обработке метастабильного стекла проис­ ходит кристаллизация, которая возникает за счет об­ разования центров (зародышей) кристаллизации и последующего увеличения размеров кристаллов, на­ ходящихся внутри материала. Процесс превращения стекла в частично закристаллизованное стекло на­ зывается ситаллизацией. Таким образом, стеклоке­ рамика представляет собой многофазное твердое ве­ щество, содержащее остатки стеклофазы, в которой распределена тонкодисперсная кристаллическая фа­ за. Управление процессом кристаллизации стекла позволяет получить тончайшие кристаллы, которые равномерно распределены по всей стеклянной мат­ рице. Число кристаллов, скорость их роста и, следо­ вательно, их размеры, можно регулировать путем из­ м е н е н и я температуры тепловой обработки материала и времени выдержки при заданной темпе­ ратуре.

Существует два важных направления образования кристаллической фазы: образование центров крис­ таллизации и рост кристаллов. На Рис. 3.4.8 схемати­ чески изображена скорость образования центров кристаллизации и скорость роста кристаллов. Эти кривые проходят через максимум при разных темпе­ ратурах. Следовательно, процесс ситаллизации представляет собой двухэтапную тепловую обработку. Первый этап тепловой обработки стекла проводят при температуре, способствующей образованию мак­ симального числа центров кристаллизации. Затем,