П. Н. Скрипников, Д. Р. Шиленко
Последние тенденции развития стоматологического материаловедения тесно связаны как с развитием науки, так и насущными потребностями стоматологии. Ухудшение мировой экологической обстановки, демографические изменения с увеличением доли старших возрастных групп населения, изменение характера питания, повышение эстетических требований определяют важную роль и быстрое развитие исследований по ортопедической стоматологии и обусловливают необходимость появления разнообразных новых материалов, применяемых в стоматологической практике.
Ведущие мировые фирмы разработали и предложили на рынок стоматологических материалов широкий спектр сплавов на основе кобальта и хрома, которые удовлетворяют практически всему диапазону требований современной ортопедической стоматологии. Темпы исследований и разработок новых сплавов на основе этих металлов к концу века не снижаются, а по некоторым направлениям резко увеличиваются.
Созданные сплавы не содержат традиционных легирующих элементов (Сd, Ni, Be), способных оказывать вредное аллергическое или токсическое воздействие на человеческий организм и обладают высокой коррозионной и биологической инертностью. Сплавы отвечают самым высоким требованиям мировой практики зубопротезирования и по своим медико-техническим данным соответствуют стандартам ИСО.
Первым мы бы хотели представить сплав на основе кобальта и хрома «BioCross». Сплав содержит 60 % Со и 25 % Cr, 8,5 % W, 2,3 % Nb, по 1,1 % V и Mo. Температура плавления 1380°С, плотность 8,7 г / куб. см, температура литья 1500°С, твердость 360 HV10, твердость при растяжении 870 Н / кв. мм, модуль эластичности 210.000 Н / кв. мм.
Однако эти сухие цифры не отражают всего труда инженеров и химиков, которые работали над эти металлом. Четко сбалансированное соотношение основных (кобальт и хром) и лигирующих (вольфрам, ниобий, ванадий, молибден) металлов обеспечивает сплаву уникальные характеристики долговечности, биосовместимости, надежности и эстетики. Рассмотрим каждый металл в отдельности.
В 1907 г. в промышленности появились твердые сплавы, не содержащие железа, — стеллиты (от латинского слова stella — звезда). Один из лучших стеллитов содержал больше 50 % кобальта. Ив твердых сплавах, которые в наше время стали важнейшим материалом для стоматологических протезов, кобальт играет не последнюю роль. Карбид вольфрама или титана — основной компонент твердого сплава — спекается в смеси с порошком металлического кобальта. Кобальт соединяет зерна карбидов и придает всему сплаву большую вязкость, уменьшает его чувствительность к толчкам и ударам, способствует снижению хрупкости металла, снижает вероятность возникновения трещин при старении металла.
Хром — один из самых важных легирующих элементов, применяемых в металлургии. Добавка хрома к обычным сталям (до 5 % Сr) улучшает их физические свойства и делает металл более восприимчивым к термической обработке. Если содержание хрома в стали повысить до 10 % и более, сталь становится более стойкой к окислению и коррозии, но здесь вступает в силу фактор, который можно назвать углеродным ограничением. Способность углерода связывать большие количества хрома приводит к обеднению стали этим элементом. Поэтому металлурги оказываются перед дилеммой: хочешь получить коррозионную стойкость — уменьшай содержание углерода и теряй на износостойкости и твердости.
Высокохромистые стали (содержащие 25–30 % Cr) обладают особой стойкостью к окислению при высокой температуре. Это особенно важно для стоматологических сплавов, применяемых для изготовления каркасов металлокерамических и металлоситалловых протезов, так как в процессе спекания керамики и особенно высокотемпературной керамики и ситаллов температура в печи достигает гранично-допустимой для большинства сплавов. При этой температуре особенно интенсивно протекают окислительные процессы, что может негативно сказаться на долговечности стоматологической конструкции.
Добавка к хромоникелевым сплавам молибдена и кобальта позволяет получить материалы, обладающие высокой жаропрочностью, способностью выносить большие нагрузки при 650…900°C. Кроме того, молибден губительно действует на микроорганизмы, чем обеспечивается профилактика вторичного кариеса.
Вольфрам отличается от всех остальных металлов особой тяжестью, твердостью и тугоплавкостью. Давно известно выражение: «Тяжелый, как свинец». Правильнее было бы говорить: «Тяжелый, как вольфрам». Плотность вольфрама почти вдвое больше, чем свинца, точнее — в 1,7 раза. При этом атомная масса его несколько ниже: 184 против 207.
По тугоплавкости и твердости вольфрам и его сплавы занимают высшие места среди металлов. Технически чистый вольфрам плавится при 3410°C, а кипит лишь при 6690°C. Такая температура — на поверхности Солнца!
Почти со всеми металлами вольфрам образует сплавы, однако получить их не так-то просто. Дело в том, что общепринятые методы сплавления в данном случае, как правило, неприменимы. При температуре плавления вольфрама большинство других металлов уже превращается в газы или весьма летучие жидкости. Поэтому сплавы, содержащие вольфрам, обычно получают методами порошковой металлургии.
Во избежание окисления все операции проводят в вакууме или в атмосфере аргона.
С хромом, молибденом, кобальтом и ниобием вольфрам дает обычные (гомогенные) сплавы при любых соотношениях. Уже небольшие добавки вольфрама повышают твердость этих металлов и их устойчивость к окислению.
На практике чаще всего применяются сплавы вольфрама не с одним каким-либо металлом, а с несколькими. Таковы, в частности, кислотостойкие сплавы вольфрама с хромом и кобальтом. Они устойчивы к истиранию, не дают трещин, сохраняют твердость вплоть до температуры красного каления. Протезы из таких сплавов служат намного дольше, чем протезы из других сталей.
Вольфрамовые сплавы не только жаропрочны, но и жаростойки. Они не корродируют при высокой температуре под действием воздуха, влаги и различных химических реагентов.
Еще одним легирующим элементом в сплаве «BioCross» является ванадий. Хромованадиевая сталь, содержащая всего 0,8–1,3 % ванадия, является более прочной и вязкой. К тому же она легче и еще прочнее. Она хорошо сопротивляется удару и истиранию. Кроме того, она обладает достаточно высокой усталостной прочностью.
Стали, содержащие ванадий, не утратили своего значения и поныне. Элемент № 23 придает стали такие качества как прочность, легкость, устойчивость к воздействию высоких температур, гибкость. Чем объяснить столь широкий диапазон полезных свойств? Ответить на этот вопрос помогает сам ванадий. Он — один из «откровенных» металлов. Как это понимать?
Известно, что наилучшую прокаливаемость стали придает молибден, наибольшую вязкость сталь приобретает от введения никеля, а ее магнитные свойства усиливаются присутствием кобальта. Далеко не всегда можно точно сказать, почему та или иная легирующая добавка придает стали определенные качества. А вот о причинах улучшения свойств стали ванадием многое известно достаточно полно и достоверно.
Давно установлено, что расплавленная сталь поглощает много газов, прежде всего кислорода и азота. Когда металл остывает, газы остаются в слитках в виде мельчайших пузырьков. При литье и полировке пузырьки вытягиваются в нити (волосовины) и прочность слитка в разных направлениях становится неодинаковой. Ванадий, введенный в сталь, активно реагирует с кислородом и азотом, продукты этих реакций всплывают на поверхность металла жидким шлаком, который удаляется в процессе плавки. Мелкокристаллическая структура обусловливает также высокую ударную вязкость и большую усталостную прочность ванадиевой стали.
Сталь, легированная ниобием, обладает хорошей коррозионной стойкостью. «Ну и что? — скажет иной искушенный читатель. — Хром тоже повышает коррозионную стойкость стали, и он намного дешевле ниобия». Этот читатель прав и неправ одновременно. Неправ потому, что забыл об одном.
В хромо-кобальтовой стали, как и во всякой другой, всегда есть углерод. Но углерод соединяется с хромом, образуя карбид, который делает сталь более хрупкой. Ниобий имеет большее сродство к углероду, чем хром. Поэтому при добавлении в сталь ниобия обязательно образуется карбид ниобия. Легированная ниобием сталь приобретает высокие антикоррозионные свойства и не теряет своей пластичности. Химическая промышленность потребляет сравнительно немного ниобия, но это объясняется только его дефицитностью.
Сплав «BioCross» обладает красивым серебристо-серым металлическим цветом, надежно соединяется с керамическим и полимерным покрытиями, а также может использоваться в полированном виде без покрытий.
Сплав «BioCross» в виде гранул или индивидуальных литых заготовок для металлокерамических протезов серийно выпускается фирмой «TBI» с 2002 года.
За это время отработана методика его покрытия материалами Vision — Zircon, Vision — Classic, Vision — Esthetic, Vision — Low, Дуцерам, IPS-Classic, Норитаке и другими.
Клинические наблюдения, проведенные в ВГУЗУ «УМСА», показали очень высокую, надежную связь металла с керамикой. Учитывая высокую прочность «BioCrossа» мы особенно рекомендуем его для изготовления протяженных мостовидных протезов (более 3 единиц).
Все практикующие стоматологи хорошо знакомы с частичными съемными пластиночными протезами и акриловой пластмассой, из которой они изготавливаются. На протяжении почти 70 лет акриловые пластмассы являются основными базисными материалами для изготовления съемных протезов, и все недостатки акриловой пластмассы изучены хорошо. Это непрочность пластмассовых протезов и частые поломки, которые стали обычным явлением в стоматологических поликлиниках.
Это так называемые явления «непереносимости»:
Все вышеперечисленные проблемы послужили поводом к появлению съемных протезов с металлическими базисами, а также бюгельным протезам.
Сплав «Dilonium PLUS» содержит 63 % Со, 30 % Cr, 5 % Mo, 0,4 % C, по 0,8 % Si и Mn температура плавления 1280°С, плотность 8,2 г / куб. см, температура литья 1420°С, твердость 375 HV10, твердость при растяжении 910 Н / кв. мм, модуль эластичности 225.000 Н / кв. мм.
Кроме описанных выше, сплав «Dilonium PLUS» содержит еще несколько элементов.
Углерод — не металл. Но по некоторым характеристикам, в частности по теплопроводности и электропроводности, графит весьма «металлоподобен». Именно благодаря ему, совершенно непригодное в качестве конструкционного материала мягкое, слабое железо становится чугуном или сталью.
Сплав кремния Si с кобальтом — широко используются в металлургии и для изготовления кислотоупорных изделий. На сплав с 0,5 % Si не действуют большинство кислот.
Созданные в последнее время новые конструкционные материалы открывают новые широкие возможности в области зубопротезирования, благодаря своим уникальным свойствам, сочетающим высокую долговечность, биоинертность и эстетичность.
Сплавы BioCross и Dilonium PLUS отвечают самым высоким требованиям мировой практики зубопротезирования. Производство данных сплавов соответствует стандартным номам DIN EN ISO 13485 и DIN EN ISO 6871–1, а также всем национальным спецификациям.