Фарфор - керамический продукт, получаемый в результате обжига фарфоровой массы, приготовленной из основных компонентов - каолина, полевого шпата, кварца и красителей.
Фарфор относится к группе материалов, представляющих собой смесь, содержащую глинистые вещества (слово «керамический» происходит от греч. «керамос» - горшечная глина). В этой смеси каолин как глинистый материал играет главную роль связующего вещества, скрепляющего частицы наполнителя - кварца. Оба эти вещества образуют твердую основу фарфора, отдельные зерна которого цементируются во время обжига третьим элементом - полевым шпатом.
Современный стоматологический фарфор является результатом совершенствования твердого, т.е. бытового декоративного фарфора.
Содержание исходных компонентов в бытовых и стоматологических фарфоровых массах:
| Исходный компонент | Бытовой фарфор (твердый),% | Стоматологические фарфоровые массы, % |
| Полевой шпат | 10-25 | 50-81 |
| Кварц | 14-35 | 15-30 |
| Каолин | 35-70 | 0-4 |
| Металлические пигменты | 1 | <1 |
По химическому составу стоматологические фарфоровые массы стоят между твердым фарфором и обычным стеклом.
По своему назначению фарфоровые массы являются исходным материалом для:
1. заводского изготовления стандартных искусственных зубов;
2. заводского изготовления стандартных фарфоровых коронок и заготовок для фарфоровых вкладок;
3. индивидуального изготовления фарфоровых коронок в условиях зуботехнической лаборатории;
4. индивидуального изготовления вкладок в условиях зуботехнической лаборатории;
5. облицовки цельнолитых каркасов металлических несъемных зубных протезов (коронок, мостовидных протезов).
1.Характеристика компонентов фарфоровых масс
КАОЛИН - белая или светлоокрашенная глина, которой содержится в фарфоровой массе от 3 до 65%. При этом чем больше в смеси каолина, тем меньше прозрачность и тем выше температура обжига фарфоровой массы. Основной частью каолина (99%) является алюмосиликат - каолинит. Температура его плавления равна 1800°С. При увеличении содержания каолина повышается температура обжига фарфоровой массы. Каолин оказывает влияние на механическую прочность и термическую стойкость фарфора.
ПОЛЕВОЙ ШПАТ - это безводные алюмосиликаты калия, натрия или кальция. Температура плавления его равна 1180-1200°С. При высокой температуре полевой шпат обеспечивает развитие стекловидной фазы, в которой растворяются и другие компоненты (кварц, каолин). Стекловидные фазы придают пластичность массе во время обжига и связывают составные части. Полевой шпат создает блестящую глазурованную поверхность зубов после обжига. При расплавлении он превращается в вязкую аморфную стеклоподобную массу. Чем больше в смеси полевого шпата (и кварца), тем прозрачнее фарфоровая масса после обжига.
При обжиге фарфоровой массы полевой шпат как более легкоплавкий компонент, понижает температуру плавления смеси. В этой связи его рассматривают в роли плавня (флюса). Содержание полевого шпата в фарфоровой смеси достигает 60-70%. Полевой шпат, чаще калиевый, называют микроклином или ортоклазом - в зависимости от структуры. Ортоклаз - основной материал для получения стоматологической фарфоровой массы. Натриевый полевой шпат называется альбитом, кальциевый - анортитом.
КВАРЦ - минерал, ангидрит кремниевой кислоты. Кварц тугоплавок, температура его плавления составляет 1710°С. Он упрочняет керамическое изделие, придает ему большую твердость и химическую стойкость. Кварц уменьшает усадку и снимает хрупкость изделия. В процессе обжига кварц (кремнезем) увеличивает вязкость расплавленного полевого шпата. Однако при большом содержании кварца масса становится зернистой, а температура плавления увеличивается. При температуре 870-1470°С кварц увеличивается в объеме на 15,7%, в результате чего снижается усадка фарфоровой массы. В состав фарфоровой массы для изготовления зубов кварц вводят в количестве 25-32%.
КРАСИТЕЛИ окрашивают фарфоровые массы в различные цвета, свойственные естественным зубам. Обычно красителями являются окислы металлов (двуокись титана, окиси марганца, хрома, кобальта, цинка и др.).
ПЛАВНИ (флюсы) - вещества, понижающие температуру плавления фарфоровой массы (карбонат натрия, карбонат кальция и др.).
ПЛАСТИФИКАТОРЫ - в фарфоровых массах, не содержащих каолин. Роль пластификаторов выполняют органические вещества (декстрин, крахмал, сахар), которые полностью выгорают при обжиге.
АНИЛИНОВЫЕ КРАСКИ - для облегчения моделирования фарфоровых зубов порошки массы подкрашивают анилиновыми красками, которые, как и органические пластификаторы, полностью выгорают при обжиге фарфора.
2. Основные свойства стоматологического фарфора
Физические свойства: Стоматологические фарфоры близки к стеклам, структура их изотропна. Они представляют собой переохлажденные жидкости и вследствие высокой вязкости могут сохранять стеклообразное изотропное состояние при охлаждении без заметной кристаллизации.
Стоматологические фарфоры могут переходить при размягчении или отвердении из твердого в жидкое состояние (и обратно) без образования новой фазы.
Стекла не имеют собственной температуры плавления, а характеризуются интервалом размягчения. Фарфор образуется в результате сложного физико-химического процесса взаимодействия компонентов фарфоровой массы при высокой температуре. Так, при температуре 1100-1300°С калиевый шпат превращается в калиевое полевошпатное стекло. Каолин и кварц имеют более высокую температуру плавления, чем полевой шпат. Однако в расплаве полевошпатного стекла каолин и кварц взаимодействуют со стеклом. При этом каолин образует игольчатые кристаллы муллита, пронизывающие всю массу фарфора. Частицы кварца оплавляются, теряют игольчатую форму, и небольшое их количество переходит в расплав стекла.
Многочисленными микроскопическими исследованиями установлены следующие основные структурные элементы фарфора:
1.стекловидная изотропная масса, состоящая из полевошпатного стекла с различной степенью насыщения;
2.нерастворившиеся в стекле оплавленные частицы кварца;
3.кристаллы муллита, распределенные в расплаве кремнеземполевошпатного стекла;
4.поры.
Стекловидная изотропная масса в современных стоматологических фарфорах составляет их основную массу. Она обуславливает их качества и свойства. Количество стеклофазы возрастает при повышении температуры плавления и увеличения времени плавки. Соотношение кристаллической и стекловидной фаз определяет физические
свойства фарфора. Содержание стеклофазы в фарфоровых массах обеспечивает их блеск и прозрачность. Завышенная температура обжига приводит к появлению на поверхности изделия чрезмерного блеска и мелких пузырьков. При чрезмерном увеличении стеклофазы прочность фарфора уменьшается.
Нерастворившиеся в полевошпатном стекле частицы кварца вместе с кристаллами муллита и глинозема образуют скелет фарфора. Важным фактором в строении фарфора являются поры. Наибольшую пористость (35-45%) материал имеет перед началом спекания.
По мере образования стекловидной фазы пористость снижается. При этом повышается плотность материала и, соответственно, сокращаются размеры изделия. Полному уничтожению пор мешают заключенные в них пузырьки газов, образующихся в результате физико-химического взаимодействия отдельных компонентов массы. Высокая вязкость полевошпатного стекла мешает удалению газовых пузырьков из фарфорового материала, чем обуславливается образование закрытых пор.
Современный стоматологический фарфор по температуре обжига классифицируется как тугоплавкий (1300-1370°С), среднеплавкий (1090-1260°С) и низкоплавкий (870-1065°С).
Состав тугоплавкого, среднеплавкого и низкоплавкого фарфора (%)
| полевой шпат | кварц | каолин | |
| Тугоплавкий | 81 | 15 | 4 |
| Среднеплавкий | 61 | 29 | 10 |
| Низкоплавкий | 60 | 12 | 28 |
Тугоплавкий фарфор обычно используется для фабричного изготовления искусственных зубов для несъемных протезов.
Среднеплавкие и низкоплавкие фарфоры применяются для изготовления коронок, вкладок и мостовидных протезов. Использование низкоплавких и среднеплавких фарфоров позволило применять печи для обжига с нихромовыми и другими нагревателями.
Оптические свойства фарфора являются одним из главных достоинств искусственных зубов. Коронка естественного зуба просвечивает, но не прозрачна, как стекло. Это объясняется тем, что наряду с абсорбцией света прозрачность выражается соотношением диффузно рассеянного и проходящего света. Свет, состоящий из волн разной длины, попадая на поверхность зуба, может поглощаться, отражаться и преломляться.
Короткие волны отражаются от эмали режущего края зуба, создавая голубоватый оттенок. Длинные волны, проходя через срединную часть зуба, содержащую основную массу твердых тканей, отражаясь и преломляясь, образуют множество цветных оттенков от желто-оранжевого до голубого. В пришеечной части эмаль резко утончается. Этот участок имеет цвет от желто-оранжевого до коричневого. Стоматологический фарфор также является гетерогенным по структуре материалом.