Wykonanie odlewów metalowych uzupełnień protetycznych lub części metalowych protez (wkładów, koron, mostów, szkieletów protez ruchomych) odbywa się metodą „traconego wosku”. Procedury niezbędne do sporządzenia odlewów obejmują:
· wykonanie na modelach roboczych (gipsowych, bądź modelach powielonych z masy ogniotrwałej) wzorców - woskowych modeli protez lub ich metalowych elementów,
· sporządzenie form odlewniczych - zatopienie woskowych wzorców w masie ogniotrwałej, pozwalającej na dokładne odwzorowanie ich kształtu i szczegółów anatomicznych,
· wygrzewanie form odlewniczych – mające na celu:
- usunięcia woskowych wzorców z form odlewniczych w celu utworzenia pustych przestrzeni przeznaczonych do wypełnienia płynnym metalem,
- nadanie formie odlewniczej własności, niezbędnych do wykonania odlewu (poszerzenie formy odlewniczej, uzyskanie odpowiedniej temperatury),
· odlewanie - wypełnienie formy odlewniczej płynnym (stopionym) metalem.
Sporządzanie odlewów może nieść z sobą błędy na każdym z etapów pracy, a w konsekwencji kłopoty w uzyskiwaniu precyzyjnych metalowych odlewów, które powinny charakteryzować się dokładnym przyleganiem do powierzchni oszlifowanych zębów bądź jak w przypadku szkieletów protez ruchomych, zębów i podłoża śluzówkowo-kostnego. Zatem uzyskanie odlewów o pożądanym kształcie i dokładności wymaga ścisłego przestrzegania ustalonych norm (procedur) procesu technologicznego, na każdym z etapów pracy. Jednym z elementów mających istotne znaczenie w uzyskaniu precyzyjnych odlewów są własności mas ogniotrwałych oraz odpowiednie przygotowanie formy odlewniczej i postępowanie z formą przed odlewem. Pomimo przestrzegania procedur odlewniczych uzyskane odlewy mogą być wadliwe (zmiany wymiarów; szorstkość powierzchni, pęcherze, porowatość, zanieczyszczenie i niedolewy), często są one przypisane bezpośrednio albo pośrednio masom osłaniającym. Dlatego masom ogniotrwałym stawia się określone, wysokie wymagania.
Wszystkie masy ogniotrwałe powinny charakteryzować się:
a) odpornością na wysoką temperaturę – powinny posiadać wyższą temperaturą topnienia od temperatury topnienia stopów metali;
b) brakiem reakcji chemicznej ze stopami metali używanymi do odlewów;
c) rozszerzalnością mogącą kompensować skurcz stopu występujący w trakcie jego chłodzenia (skurcz krystalizacyjny stopu i skurcz termiczny odlewu);
d) precyzją odwzorowania szczegółów anatomicznych w utworzonej formie;
e) drobnoziarnistością, co zapewni gładką powierzchnię odlewu;
f) odpowiednią (jednorodną) konsystencją po zarobieniu dla adaptacji do woskowego modelu;
g) odpowiednim czasem (wiązania) twardnienia;
h) porowatością – przepuszczalnością dla gazów i powietrza, dzięki czemu w trakcie wypełniania formy roztopionym stopem możliwa jest ewakuacja gazu wypełniającego formę odlewniczą bez wytwarzania ciśnienia wstecznego;
i) odpowiednią wytrzymałością mechaniczną, zapobiegającą zniszczeniu (uszkodzeniu, deformacji) formy podczas procesu wygrzewania i odlewania, w wysokiej temperaturze oraz w czasie gwałtownego uderzenia roztopionego metalu w trakcie wypełniania formy odlewniczej;
j) łatwością usuwania z powierzchni odlewu po jego schłodzeniu.
Rodzaj zastosowanej masy ogniotrwałej będzie zależał od rodzaju stopu użytego do odlewu. Masy z gipsem jako czynnikiem wiążącym znajdują zastosowanie do sporządzenia form do odlewów ze stopów średniotopliwych (stopy złota). Powodem
Powyżej 1200°C może nastąpić reakcja pomiędzy krzemionką a siarczanem wapnia:
CaSO4 + SiO2 ------ CaSiO3 + S03
w której wyzwala się gazowy trójtlenek siarki:
· powoduje on porowatość masy,
· może wyzwalać korozję odlewanego stopu.
Z tego powodu masy te stosuje się jedynie do odlewania stopów średniotopliwych.
masy fosforanowe stosuje się do odlewów stopów CoCr i NiCr, zaś różne typy mas zawierających glinowe cementy do odlewów tytanu.
W powszechnym użyciu znajdują się dwa rodzaje mas osłaniających, zwanych inaczej masami ogniotrwałymi lub formierskimi (odlewniczymi), stosowanych przy wykonywaniu lanych protez stałych bądź szkieletów protez ruchomych: masy ze środkiem wiążącym w postaci gipsu i masy z dodatkiem fosforanów. Rzadziej stosowane są masy spajane krzemionką oraz, z uwagi na ograniczone zastosowanie tytanu i jego stopów, różne typy mas do odlewów tytanu i jego stopów.
Wszystkie masy ogniotrwałe zawierają krzemionkę (SiO2) stanowiącą nietopliwy wypełniacz. Różnią się one jedynie rodzajem lepiszcza:
a) masy spajane gipsem - są używane do odlewania stopów złota, ale nie są wskazane do stopów, których temp. topnienia przekracza 1200°C;
b) masy spajane fosforanami - używane są do odlewania stopów wysokotopliwych (CoCr i NiCr), mogą wytrzymywać działanie wyższych temperatur;
c) masy spajane krzemionką - stanowią alternatywę mas na bazie fosforanów, służą do odlewania stopów wysokotopliwych.
Gipsowe masy osłaniające stosowane są do przygotowania form odlewniczych dla stopów średniotopliwych (stopy złota i część stopów AgPd). Masy te również klasyfikuje się według typów, przy czym masy typu I charakteryzują się głównie ekspansją termiczną, zaś w masach typu II wykorzystywane jest dodatkowo zjawisko ekspansji higroskopijnej. Masy przeznaczone do odlewów ze stopów złota zawierają zazwyczaj drobne cząstki gipsu i krzemionki, przez co, w porównaniu z masami o grubszych cząstkach, tworzą bardziej jednorodną mieszaninę i dają gładsze odlewy.
Skład i własności:
Masy osłaniające są kompozycjami zawierającymi w swym składzie substancję podstawową w postaci gipsu (30-35%), wypełniacz ogniotrwały w formie krzemionki (60-65%) oraz składniki modyfikujące (do 5%):
a) gips (autoklawowany, półwodny siarczan wapnia):
· stanowi lepiszcze – po zmieszaniu z wodą wiąże i spaja cząstki wypełniacza –
krzemionki. Masy na bazie gipsu są proste do rozrobienia i łatwo
rozprowadzają się w wodzie;
· nadaje masie odpowiednią twardość i wytrzymałość, dla uzyskania jak
najwyższej wytrzymałości masy jako lepiszcze stosowany jest gips o
zwiększonej wytrzymałości (autoklawowy), a nie gips modelowy.
Wytrzymałość masy po stwardnieniu (o ile rozrobiono ją w prawidłowych
proporcjach) jest wystarczająca do wytrzymania sił wyzwalanych w trakcie
wprowadzania do niej roztopionego stopu.;
· zwiększa rozszerzalność masy w czasie jej twardnienia, co jest związane z
granicznym rozprężaniem się rosnących w wyniku hydratacji kryształów
siarczanu wapnia (gipsu) – średnio o 0,3-0,4% w wymiarze liniowym.
b) krzemionka jest obecna w jednej ze swych form alotropowych (np. krystobalit lub kwarc), zapewnia:
· własności ogniotrwałe, stanowi trudno topliwy wypełniacz - materiał, który nie
ulega dezintegracji lub rozkładowi w trakcie działania wysokich temperatur
· ekspansję masy w trakcie zmian temperatury
c) czynnik redukcyjny, jak np. sproszkowany węgiel drzewny bądź grafit pochłaniający tlen z okolicy odlewanego metalu, co częściowo zapobiega jego utlenieniu.
d) środki modyfikujące - kwas borowy lub chlorek sodu zapobiegające skurczowi masy w trakcie jej nagrzewania.
Ekspansja mas ogniotrwałych.
Kompensację kurczliwości stopu metali można uzyskać przez wykorzystanie dwóch typów ekspansji mas osłaniających:
a) ekspansji wiązania
b) ekspansji termicznej.
Składają się one na całkowitą ekspansję masy, która jest na tyle duża, by całkowicie skompensować skurcz stopu złota (ok. 1,5% obj.).
Ekspansja (rozszerzalność) wiązania (wzrost objętości masy w trakcie twardnienia) jest wynikiem tworzenia kryształów gipsu, można zwiększyć ją przez dodatek wody powodującej tzw. rozszerzalność higroskopijną. Jeżeli wodę doda się do masy osłaniającej w czasie jej wiązania albo po jej wstępnym związaniu, to wzmaga ona proces krystalizacji gipsu i pozwala na jego zakończenie. W czasie tworzenia kryształów gipsu woda zużyta przez reakcję hydratacji uzupełniana jest bowiem przez wodę z zewnątrz, zaś przestrzenie między utworzonymi kryształami pozostają niezmienne, stąd nowe kryształy będą raczej narastać na zewnątrz, a nie wewnątrz utworzonej siatki krystalicznej. Maksymalną higroskopijną rozszerzalność uzyskuje się przez zanurzenie pierścienia z masą w łaźni wodnej o temperaturze 37°C, podczas gdy bardziej kontrolowaną wielkość ekspansji można osiągnąć przez dodanie odmierzonej ilości wody do materiału wiążącego.
Rozszerzalność higroskopijną możemy zwiększyć przez:
· zmniejszenie stosunku wody do proszku;
· zwiększenie zawartości wypełniacza krzemionkowego (dobór materiału);
· użycie cieplejszej wody do zarabiania;
· wydłużenie czasu zanurzenia masy w wodzie.
Rozszerzalność termiczna masy osłaniającej występuje podczas jej ogrzewania, w wyniku którego dochodzi do ekspansji krzemionki (wzrost objętości masy) (kwarcu i krystobalitu) i zmian jej form strukturalnych.
Ogrzewaniu masy ogniotrwałej spajanej gipsem towarzyszy skurcz, który jest związany z dehydratacją gipsu. Podczas ogrzewania gipsu powyżej 105oC dochodzi do utraty wody krystalizacyjnej:
2(CaSO4 x 2 H2O) ---- (CaSO4)2 x H2O + 3 H2O
(CaS04)2 x H2O ---- 2 CaSO4+ H2O
Skutki tego skurczu niweluje się poprzez dodanie do masy niewielkich ilości soli kuchennej lub kwasu borowego.
Materiały ogniotrwałe zawierające krystobalit lub kwarc wykazują znaczną rozszerzalność w zakresie odpowiednio 200-300°C oraz 500-600°C, co jest związane z transformacją krzemionki (ryc.1).
Rozszerzalność liniowa [%]
Temperatura [°C]
1
Ryc.1. Rozszerzalność cieplna mas ogniotrwałych zawierających: a - krystobalit, b - kwarc
Wartość ekspansji masy ogniotrwałej zależy od:
· temperatury,
· ilości krzemionki w materiale,
· użytej formy alotropowej krzemionki, np. krystobalit ma wyższy współczynnik rozszerzalności niż kwarc (ryc.2),
· stosunku proszku do wody - gęstsza mieszanina wykazuje większą rozszerzalność.
Krzemionka należy do materiałów polimorficznych, tzn. takich, które mogą zmieniać strukturę krystaliczną. Występują w niej dwa typy transformacji strukturalnych:
a) przemieszczeniowa (ang. displacive) - polega na przesunięciu atomów, bez uszkodzenia wiązań międzyatomowych, przy zmianie temperatury otoczenia. Proces ten:
· pojawia się w określonej temperaturze,
· przebiega gwałtownie,
· w wysokich temperaturach wywołuje ekspansję materiału.
b) rekonstrukcyjna (ang. reconstructive) - jest wywołana zrywaniem i odbudową wiązań Si-O. Ten typ transformacji wymaga większych energii, więc zwykle jest wolniejszy.
a) Kwarc - ma heksagonalną strukturę krystaliczną, jest najbardziej stabilną formą krzemionki.
b) Trydymit – powstaje w wyniku transformacji rekonstrukcyjnej podczas ogrzewania kwarcu do temp. 867°C.
c) Krystobalit – powstaje w wyniku kolejnej transformacji rekonstrukcyjnej podczas ogrzewania kwarcu do temp. 1470°C.
d) Powyżej 1700°C krystobalit topi się – powstaje wówczas kwarc amorficzny.
Gwałtowne chłodzenie którejkolwiek z form krzemionki powoduje skrócenie czasu potrzebnego do zajścia transformacji, więc w temperaturze pokojowej modą występować wszystkie jej odmiany. Dodanie np. soli kuchennej obniża z kolei temperaturę w której kwarc ulega transformacji rekonstrukcyjnej.
Ten typ transformacji może wystąpić w kwarcu, trydymicie i krystobalicie:
a) α-kwarc 573oC β-kwarc
b) α-trydymit 105o...
roes69