Помощь студентам в учебе
РАЗРАБОТКА СОСТАВА ПРЕДГРУНТОВОГО СЛОЯ И ТЕХНОЛОГИЯ НАНЕСЕНИЯ СТЕКЛОКЕРАМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ НА КАРКАСЫ ЗУБНЫХ ПРОТЕЗОВ ИЗ НИКЕЛИДА ТИТАНА
|
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ НАУЧНЫХ И ПРАКТИЧЕСКИХ РЕЗУЛЬТАТОВ ПО
ИСПОЛЬЗОВАНИЮ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ НА
ОСНОВЕ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ 11
1.1 Металлокерамические конструкции в стоматологии 11
1.2 Неблагородные сплавы для изготовления металлокерамических конструкций 12
1.3 Титановые сплавы в медицине, стоматологии 14
1.4 Материалы многослойных покрытий для металлокерамических конструкций 16
1.4.1 Керамические массы для сплавов КХС и НХС 19
1.4.2 Керамические массы для титановых сплавов 26
1.5 Постановка цели и задач работы 27
ГЛАВА 2 ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ, МЕТОДОЛОГИЯ РАБОТЫ 29
2.1 Характеристика исходных основных материалов 29
2.1.1 Сплав «Титанид» 29
2.1.2 Керамические массы «Triceram» и «Ceramco 3» 31
2.1.3 Исходные материалы для разработки дополнительных слоев
керамической облицовки 33
2.2 Характеристика исходных вспомогательных материалов 35
2.2.1 Гипс 35
2.2.2 Компенсационный лак 37
2.2.3 Зуботехнические восковые смеси 37
2.2.4 Паковочная масса 38
2.2.5 Корундовый порошок для пескоструйной обработки поверхности каркаса протеза 38
2.3 Методы исследований 39
2.3.1 Рентгенофазовый анализ 39
2.3.2 Электронная и оптическая микроскопия 40
2.3.3 Дилатометрия 40
2.3.4 Определение параметров шероховатости поверхности образцов из
никелидтитанового сплава «Титанид» после пескоструйной обработки 41
2.3.5 Определение адгезионной прочности соединения керамической массы
«Triceram» с применением разработанного предгрунтового слоя со сплавом «Титанид» 43
2.3.6 Определение адгезионной прочности на разрыв 44
2.3.7 Расчет термического коэффициента линейного расширения 45
2.4 Методология работы 46
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА СОСТАВА И ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЯ
ПРЕДГРУНТОВОГО СЛОЯ НА СПЛАВ «ТИТАНИД» ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЕРТИФИЦИРОВАННЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАСС 48
3.1 Исследование особенностей сплава «Титанид» 48
3.2 Анализ возможности применения сертифицированных керамических масс
для покрытия сплава «Титанид» 51
3.3 Анализ соответствия коэффициентов термического расширения керамической массы «Triceram» (грунт, дентин, эмаль) и сплава «Титанид».... 58
3.4 Разработка состава керамической массы промежуточного предгрунтового
слоя 61
3.4.1 Анализ составов грунтов известных керамических масс для оптимизации
состава предгрунтового слоя 61
3.4.2 Термодинамический анализ плавкости слоев масс «Triceram»,
«Ceramco3» и предгрунтового слоя 64
3.4.4 Дифференциально-термический анализ материалов предгрунтового слоя 69
3.4.5 Исследование термического расширения материалов предгрунтового
слоя 71
3.4.6 Исследование микроструктуры слоистой композиции покрытий 72
ГЛАВА 4 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ
ЗУБНЫХ ПРОТЕЗОВ НА КАРКАСАХ ИЗ СПЛАВА «ТИТАНИД» 79
4.1 Технология изготовления гипсовых моделей челюстей пациента 80
4.1.1 Изготовление рабочей модели пациента 80
4.1.2 Изготовление модели зубов-антагонистов 81
4.2 Технология изготовления каркасов из сплава «Титанид» 82
4.2.1 Изготовление восковой композиции каркаса металлокерамического
протеза 83
4.2.2 Литье каркаса из сплава «Титанид» 84
4.2.3 Выбор оптимальных условий подготовки поверхности металла для
нанесения керамической композиции 86
4.3 Технология изготовления стеклокерамической массы предгрунтового слоя 89
4.4 Адгезионная прочность соединения стеклокерамического материала с
никелидтитановой поверхностью 91
4.4.1 Определение адгезионной прочности соединения «Титанида» со
стеклокристаллическим покрытием при помощи испытания на сдвиг 91
4.4.2 Определение адгезионной прочности на разрыв 92
4.5 Технология нанесения керамической облицовки 95
4.5.1 Нанесение предгрунтового слоя 95
4.5.2 Техника нанесения грунта, дентина, эмали массы «Triceram» 97
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 101
ВЫВОДЫ 102
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 104
ПРИЛОЖЕНИЕ А 116
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 119
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ НАУЧНЫХ И ПРАКТИЧЕСКИХ РЕЗУЛЬТАТОВ ПО
ИСПОЛЬЗОВАНИЮ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ НА
ОСНОВЕ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ 11
1.1 Металлокерамические конструкции в стоматологии 11
1.2 Неблагородные сплавы для изготовления металлокерамических конструкций 12
1.3 Титановые сплавы в медицине, стоматологии 14
1.4 Материалы многослойных покрытий для металлокерамических конструкций 16
1.4.1 Керамические массы для сплавов КХС и НХС 19
1.4.2 Керамические массы для титановых сплавов 26
1.5 Постановка цели и задач работы 27
ГЛАВА 2 ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ, МЕТОДОЛОГИЯ РАБОТЫ 29
2.1 Характеристика исходных основных материалов 29
2.1.1 Сплав «Титанид» 29
2.1.2 Керамические массы «Triceram» и «Ceramco 3» 31
2.1.3 Исходные материалы для разработки дополнительных слоев
керамической облицовки 33
2.2 Характеристика исходных вспомогательных материалов 35
2.2.1 Гипс 35
2.2.2 Компенсационный лак 37
2.2.3 Зуботехнические восковые смеси 37
2.2.4 Паковочная масса 38
2.2.5 Корундовый порошок для пескоструйной обработки поверхности каркаса протеза 38
2.3 Методы исследований 39
2.3.1 Рентгенофазовый анализ 39
2.3.2 Электронная и оптическая микроскопия 40
2.3.3 Дилатометрия 40
2.3.4 Определение параметров шероховатости поверхности образцов из
никелидтитанового сплава «Титанид» после пескоструйной обработки 41
2.3.5 Определение адгезионной прочности соединения керамической массы
«Triceram» с применением разработанного предгрунтового слоя со сплавом «Титанид» 43
2.3.6 Определение адгезионной прочности на разрыв 44
2.3.7 Расчет термического коэффициента линейного расширения 45
2.4 Методология работы 46
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА СОСТАВА И ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЯ
ПРЕДГРУНТОВОГО СЛОЯ НА СПЛАВ «ТИТАНИД» ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЕРТИФИЦИРОВАННЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАСС 48
3.1 Исследование особенностей сплава «Титанид» 48
3.2 Анализ возможности применения сертифицированных керамических масс
для покрытия сплава «Титанид» 51
3.3 Анализ соответствия коэффициентов термического расширения керамической массы «Triceram» (грунт, дентин, эмаль) и сплава «Титанид».... 58
3.4 Разработка состава керамической массы промежуточного предгрунтового
слоя 61
3.4.1 Анализ составов грунтов известных керамических масс для оптимизации
состава предгрунтового слоя 61
3.4.2 Термодинамический анализ плавкости слоев масс «Triceram»,
«Ceramco3» и предгрунтового слоя 64
3.4.4 Дифференциально-термический анализ материалов предгрунтового слоя 69
3.4.5 Исследование термического расширения материалов предгрунтового
слоя 71
3.4.6 Исследование микроструктуры слоистой композиции покрытий 72
ГЛАВА 4 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ
ЗУБНЫХ ПРОТЕЗОВ НА КАРКАСАХ ИЗ СПЛАВА «ТИТАНИД» 79
4.1 Технология изготовления гипсовых моделей челюстей пациента 80
4.1.1 Изготовление рабочей модели пациента 80
4.1.2 Изготовление модели зубов-антагонистов 81
4.2 Технология изготовления каркасов из сплава «Титанид» 82
4.2.1 Изготовление восковой композиции каркаса металлокерамического
протеза 83
4.2.2 Литье каркаса из сплава «Титанид» 84
4.2.3 Выбор оптимальных условий подготовки поверхности металла для
нанесения керамической композиции 86
4.3 Технология изготовления стеклокерамической массы предгрунтового слоя 89
4.4 Адгезионная прочность соединения стеклокерамического материала с
никелидтитановой поверхностью 91
4.4.1 Определение адгезионной прочности соединения «Титанида» со
стеклокристаллическим покрытием при помощи испытания на сдвиг 91
4.4.2 Определение адгезионной прочности на разрыв 92
4.5 Технология нанесения керамической облицовки 95
4.5.1 Нанесение предгрунтового слоя 95
4.5.2 Техника нанесения грунта, дентина, эмали массы «Triceram» 97
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 101
ВЫВОДЫ 102
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 104
ПРИЛОЖЕНИЕ А 116
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 119
Актуальность проблемы. В настоящее время, конструкции зубных протезов, успешно применяемых при ортопедическом лечении, имеют металлическую основу, несмотря на стремительное развитие безметалловых технологий.
Качество зубных протезов во многом определяется свойствами применяемых сплавов и прочностью их сцепления с керамическим покрытием, а так же биомеханической совместимостью применяемых материалов с тканями полости рта, так как в процессе жевания происходит деформация как естественных зубов и челюстных костей, так и искусственных протезов. С увеличением применения дентальных имплантатов, которые изготавливаются преимущественно из титана и его сплавов, увеличивается и востребованность в эстетических металлокерамических зубных протезах на основе титансодержащих сплавов, что позволит исключить возникновение у пациентов побочных изменений токсического, химического, аллергического характера, возникающих при использовании разнородных сплавов.
Перспективным является применение в ортопедической стоматологии литейного сплава «Титанид», который нашел широкое применение для изготовления зубных имплантатов и зубных протезов без эстетической облицовки стеклокерамическим покрытием, благодаря своим уникальным биомеханическим свойствам. Традиционно применяемые стоматологические керамические массы для облицовки каркасов из титановых сплавов не обеспечивают прочного сцепления со сплавом «Титанид», что вызывает большие трудности нанесения керамического покрытия, имитирующего эстетические свойства естественного зуба.
Исследования по разработке керамического покрытия каркасов из никелида титана, обеспечивающего нанесение сертифицированных керамических масс, придающих металлокерамической конструкции необходимую эстетичность и обладающего физическими и механическими свойствами, сходными со свойствами натуральных зубов является актуальным.
Диссертационная работа выполнена на кафедре Технологии силикатов и наноматериалов Национального исследовательского Томского политехнического университета и апробирована в Красноярском медицинском лечебно-профилактическом центре по проблеме сахарного диабета в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009- 2013гг» (гос. контракт 02.740.11.0855), а также в рамках госзадания «Наука» Минобрнауки РФ 3.3055.2011 «Разработка научных основ получения наноструктурированных неорганических и органических материалов».
Степень разработанности темы:
Анализ современного состояния исследований в области материаловедения для ортопедической стоматологии показывает, что тема нанесения защитных эстетических покрытий на стоматологические протезы достаточно полно разработана в применении к базису из легированных сталей (КХС, НХС), имеются разработки и исследования покрытий на сплавы титана и практически полностью отсутствуют разработки стеклокристаллических покрытий для весьма перспективного сплава типа «Титанид». В то же время, в последнем случае применение имеющихся сертифицированных керамических масс для этой цели затруднено вследствие несоответствия покрытия и металлической основы.
Объект исследования: металлокерамическая композиция для зубных протезов на основе сплава «Титанид» и облицовочных стеклокристаллических покрытий.
Предмет исследования: физико-химические процессы взаимодействия слоев металлокерамической системы на подложке из сплава «Титанид».
Цель работы: разработка состава и технологии получения промежуточного предгрунтового слоя для металлокерамических зубных протезов на каркасах из никелидтитанового сплава «Титанид».
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Выбор сертифицированных стоматологических керамических масс для нанесения на сплав «Титанид» и оценка качества выбранных покрытий при их нанесении непосредственно на «Титанид» по режимам рекомендованным изготовителями данных масс.
2. Исследование свойств композиций и процессов при нагревании.
3. Разработка состава и исследование свойств промежуточного предгрунтового слоя.
4. Оптимизация технологии нанесения на сплав «Титанид» предгрунтового слоя.
5. Сравнительный анализ термического расширения сплава «Титанид» и последовательно наносимых слоев (предгрунтовый слой, грунт, дентин, эмаль).
6. Получение металлокерамического зубного протеза на каркасах из сплава «Титанид».
Научная новизна работы:
1. Установлено, что на воздухе при температуре 20-30 °С у сплава «Титанид» происходит естественное оксидирование (0,005-0,01 мкм), что является достаточным для обеспечения адгезионного взаимодействия с материалом покрытия и исключает необходимость проведения операции термооксидирования при изготовлении металлического каркаса протеза.
2. Установлено, что грунт массы «Triceram» не соответствует каркасу из сплава «Титанид» по величине коэффициента термического расширения (ДТКЛР=20,7%) и прочности сцепления, что обусловливает необходимость нанесения предгрунтового контактного слоя. Увеличение содержания оксидов натрия и цинка в составе предгрунтового слоя по сравнению с составом грунта «Triceram» приводит к уменьшению различия коэффициентов термического расширения до величины Д ТКЛР <15%, что снижает термические напряжения при охлаждении композиции и повышает прочность сцепления керамической облицовки с каркасом.
3. Установлено, что содержание оксидов SiO2и TiO2в массовом соотношении 3,5:1 (или мольное соотношение 4,7:1) при содержании SiO2 53% способствует упрочнению предгрунтового промежуточного слоя за счет образования микроликвационной структуры и обеспечивает прочность сцепления выше 40 МПа (до 48 МПа).
Теоретическая значимость работы: Развиты представления о формировании ликвационной структуры кристаллизующихся легкоплавких натрийкалиевополевошпатных стекол и влиянии структуры на прочность стеклокристаллического слоя и его сцепления с поверхностью никелидтитанового сплава.
Практическая значимость работы: Разработан состав и технология нанесения контактного предгрунтового слоя на каркас зубного протеза из сплава «Титанид» для применения используемой в практике сертифицированной керамической массы «Triceram» немецкой фирмы «Esprident».
Методология работы и методы исследования. Для решения поставленной цели и задач выполнено следующее: выбор наиболее перспективных сертифицированных керамических масс, отвечающих требованиям эстетичности. Исследование данных масс на соответствие основных критериев для облицовывания никелидтитаного сплава «Титанид». Научное и практическое устранение несоответствий. Разработка составов и технология нанесения дополнительных стеклокерамических слоев. Разработка технологии изготовления зубного протеза на каркасе из сплава «Титанид». Изготовление металлокерамической композиции для апробирования в медицинской практике.
Методы исследований: Для исследования составов и свойств исходных веществ и конечных продуктов применялись рентгенофазовый анализ на дифрактометре ДРОН-3М, растровая электронная микроскопия с энергодисперсионным анализом JSM-740, термическое расширение образцов измерялось с помощью дилатометра DIL 402 PC/4, адгезионная прочность покрытия оценивалась методом отрыва на машине Instron 3366, прочность предгрунтового слоя изучалась на МИРИ 100К, рельеф обрабатываемой перед покрытием поверхности металла с помощью прибора MICROMEASURE 3D station.
Положения, выносимые на защиту:
1. Контактный слой облицовочного стеклокристаллического материала на
каркас из сплава «Титанид» отвечает следующим требованиям: температура растекания в диапазоне 780 - 800 оС, коэффициент термического расширения не менее 11х10-6град-1 (ДТКЛР не более 15%), прочность сцепления не менее 40 МПа.
2. Соотношение оксидов кремния (SiO2) и титана (TiO2) в контактном слое на каркасе из сплава «Титанид» характеризуется массовым соотношением 3,5±0,1:1, что обеспечивает формирование прочной ликвационной структуры слоя и прочность его сцепления с металлическим каркасом (48 МПа).
3. Обработка поверхности каркаса из сплава «Титанид» проводится комбинированным методом до значения шероховатости Ra=2,5 мкм без последующего термооксидирования, так как при температуре 20-30 °С происходит естественное оксидирование, что обеспечивает необходимую прочность сцепления с контактным слоем облицовочного материала.
Степень достоверности результатов исследования. Достоверность результатов, представленных в работе, подтверждается набором современных методов исследования и применяемого оборудования, использованного для их реализации: растровая электронная микроскопия, энергодисперсионный анализ, химический и спектральный и термический анализ, испытания прочностных характеристик, дилатометрия, анализ рельефа поверхности. По результатам исследования получен патент РФ на изобретение № 2421182.
Реализация результатов работы. Разработанная технология и рекомендации по получению металлокерамического зубного протеза на основе сплава «Титанид» и керамической массы «Тпсегаш» с применением промежуточного предгрунтового слоя опробованы в зуботехнической лаборатории Медицинского лечебно-профилактического центра по проблеме сахарного диабета, г. Красноярск.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлены и обсуждены на 12 конференциях, в том числе на I, II, III и IV Международной научно-практической конференции «Новые технологии создания и применения биокерамики в восстановительной медицине (г. Томск, 2007, 2010, 2013, 2016), Всероссийской молодежной конференции «Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы в наноинженерии» (г. Саратов, 2012), Всероссийской научно-практической конференции «Биосовместимые материалы и новые технологии в стоматологии (г. Красноярск-Томск, 2012, 2016), IX международной научно-практической конференции «Наука и студия» (Польша, 07-15 марта 2013), республиканской научно-практической конференции с международным участием, посвященной 24-летию Государственной независимости Республики Таджикистан (г. Душанбе, 2015); а так же на Всероссийском совещании «Биоматериалы в медицине» (г. Москва, 2009, 2011, 2015).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 17 публикациях, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК. Получен патент РФ на изобретение № 2421182.
Личный вклад автора. Диссертант, совместно с научными руководителями, принимал активное участие в планировании эксперимента, анализе полученных результатов, формулировании научных положений, выносимых на защиту, выводов, и написании статей по теме диссертации. Все эксперименты и расчеты по получению стеклокерамического промежуточного предгрунтового слоя, спеканию стоматологических керамических масс с никелидтитановым сплавом и большинство исследований свойств материалов выполнены автором работы лично.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов, списка использованных источников и приложений. Изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 67 рисунков, 23 таблицы и библиографию, состоящую из 120 наименований.
Качество зубных протезов во многом определяется свойствами применяемых сплавов и прочностью их сцепления с керамическим покрытием, а так же биомеханической совместимостью применяемых материалов с тканями полости рта, так как в процессе жевания происходит деформация как естественных зубов и челюстных костей, так и искусственных протезов. С увеличением применения дентальных имплантатов, которые изготавливаются преимущественно из титана и его сплавов, увеличивается и востребованность в эстетических металлокерамических зубных протезах на основе титансодержащих сплавов, что позволит исключить возникновение у пациентов побочных изменений токсического, химического, аллергического характера, возникающих при использовании разнородных сплавов.
Перспективным является применение в ортопедической стоматологии литейного сплава «Титанид», который нашел широкое применение для изготовления зубных имплантатов и зубных протезов без эстетической облицовки стеклокерамическим покрытием, благодаря своим уникальным биомеханическим свойствам. Традиционно применяемые стоматологические керамические массы для облицовки каркасов из титановых сплавов не обеспечивают прочного сцепления со сплавом «Титанид», что вызывает большие трудности нанесения керамического покрытия, имитирующего эстетические свойства естественного зуба.
Исследования по разработке керамического покрытия каркасов из никелида титана, обеспечивающего нанесение сертифицированных керамических масс, придающих металлокерамической конструкции необходимую эстетичность и обладающего физическими и механическими свойствами, сходными со свойствами натуральных зубов является актуальным.
Диссертационная работа выполнена на кафедре Технологии силикатов и наноматериалов Национального исследовательского Томского политехнического университета и апробирована в Красноярском медицинском лечебно-профилактическом центре по проблеме сахарного диабета в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009- 2013гг» (гос. контракт 02.740.11.0855), а также в рамках госзадания «Наука» Минобрнауки РФ 3.3055.2011 «Разработка научных основ получения наноструктурированных неорганических и органических материалов».
Степень разработанности темы:
Анализ современного состояния исследований в области материаловедения для ортопедической стоматологии показывает, что тема нанесения защитных эстетических покрытий на стоматологические протезы достаточно полно разработана в применении к базису из легированных сталей (КХС, НХС), имеются разработки и исследования покрытий на сплавы титана и практически полностью отсутствуют разработки стеклокристаллических покрытий для весьма перспективного сплава типа «Титанид». В то же время, в последнем случае применение имеющихся сертифицированных керамических масс для этой цели затруднено вследствие несоответствия покрытия и металлической основы.
Объект исследования: металлокерамическая композиция для зубных протезов на основе сплава «Титанид» и облицовочных стеклокристаллических покрытий.
Предмет исследования: физико-химические процессы взаимодействия слоев металлокерамической системы на подложке из сплава «Титанид».
Цель работы: разработка состава и технологии получения промежуточного предгрунтового слоя для металлокерамических зубных протезов на каркасах из никелидтитанового сплава «Титанид».
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Выбор сертифицированных стоматологических керамических масс для нанесения на сплав «Титанид» и оценка качества выбранных покрытий при их нанесении непосредственно на «Титанид» по режимам рекомендованным изготовителями данных масс.
2. Исследование свойств композиций и процессов при нагревании.
3. Разработка состава и исследование свойств промежуточного предгрунтового слоя.
4. Оптимизация технологии нанесения на сплав «Титанид» предгрунтового слоя.
5. Сравнительный анализ термического расширения сплава «Титанид» и последовательно наносимых слоев (предгрунтовый слой, грунт, дентин, эмаль).
6. Получение металлокерамического зубного протеза на каркасах из сплава «Титанид».
Научная новизна работы:
1. Установлено, что на воздухе при температуре 20-30 °С у сплава «Титанид» происходит естественное оксидирование (0,005-0,01 мкм), что является достаточным для обеспечения адгезионного взаимодействия с материалом покрытия и исключает необходимость проведения операции термооксидирования при изготовлении металлического каркаса протеза.
2. Установлено, что грунт массы «Triceram» не соответствует каркасу из сплава «Титанид» по величине коэффициента термического расширения (ДТКЛР=20,7%) и прочности сцепления, что обусловливает необходимость нанесения предгрунтового контактного слоя. Увеличение содержания оксидов натрия и цинка в составе предгрунтового слоя по сравнению с составом грунта «Triceram» приводит к уменьшению различия коэффициентов термического расширения до величины Д ТКЛР <15%, что снижает термические напряжения при охлаждении композиции и повышает прочность сцепления керамической облицовки с каркасом.
3. Установлено, что содержание оксидов SiO2и TiO2в массовом соотношении 3,5:1 (или мольное соотношение 4,7:1) при содержании SiO2 53% способствует упрочнению предгрунтового промежуточного слоя за счет образования микроликвационной структуры и обеспечивает прочность сцепления выше 40 МПа (до 48 МПа).
Теоретическая значимость работы: Развиты представления о формировании ликвационной структуры кристаллизующихся легкоплавких натрийкалиевополевошпатных стекол и влиянии структуры на прочность стеклокристаллического слоя и его сцепления с поверхностью никелидтитанового сплава.
Практическая значимость работы: Разработан состав и технология нанесения контактного предгрунтового слоя на каркас зубного протеза из сплава «Титанид» для применения используемой в практике сертифицированной керамической массы «Triceram» немецкой фирмы «Esprident».
Методология работы и методы исследования. Для решения поставленной цели и задач выполнено следующее: выбор наиболее перспективных сертифицированных керамических масс, отвечающих требованиям эстетичности. Исследование данных масс на соответствие основных критериев для облицовывания никелидтитаного сплава «Титанид». Научное и практическое устранение несоответствий. Разработка составов и технология нанесения дополнительных стеклокерамических слоев. Разработка технологии изготовления зубного протеза на каркасе из сплава «Титанид». Изготовление металлокерамической композиции для апробирования в медицинской практике.
Методы исследований: Для исследования составов и свойств исходных веществ и конечных продуктов применялись рентгенофазовый анализ на дифрактометре ДРОН-3М, растровая электронная микроскопия с энергодисперсионным анализом JSM-740, термическое расширение образцов измерялось с помощью дилатометра DIL 402 PC/4, адгезионная прочность покрытия оценивалась методом отрыва на машине Instron 3366, прочность предгрунтового слоя изучалась на МИРИ 100К, рельеф обрабатываемой перед покрытием поверхности металла с помощью прибора MICROMEASURE 3D station.
Положения, выносимые на защиту:
1. Контактный слой облицовочного стеклокристаллического материала на
каркас из сплава «Титанид» отвечает следующим требованиям: температура растекания в диапазоне 780 - 800 оС, коэффициент термического расширения не менее 11х10-6град-1 (ДТКЛР не более 15%), прочность сцепления не менее 40 МПа.
2. Соотношение оксидов кремния (SiO2) и титана (TiO2) в контактном слое на каркасе из сплава «Титанид» характеризуется массовым соотношением 3,5±0,1:1, что обеспечивает формирование прочной ликвационной структуры слоя и прочность его сцепления с металлическим каркасом (48 МПа).
3. Обработка поверхности каркаса из сплава «Титанид» проводится комбинированным методом до значения шероховатости Ra=2,5 мкм без последующего термооксидирования, так как при температуре 20-30 °С происходит естественное оксидирование, что обеспечивает необходимую прочность сцепления с контактным слоем облицовочного материала.
Степень достоверности результатов исследования. Достоверность результатов, представленных в работе, подтверждается набором современных методов исследования и применяемого оборудования, использованного для их реализации: растровая электронная микроскопия, энергодисперсионный анализ, химический и спектральный и термический анализ, испытания прочностных характеристик, дилатометрия, анализ рельефа поверхности. По результатам исследования получен патент РФ на изобретение № 2421182.
Реализация результатов работы. Разработанная технология и рекомендации по получению металлокерамического зубного протеза на основе сплава «Титанид» и керамической массы «Тпсегаш» с применением промежуточного предгрунтового слоя опробованы в зуботехнической лаборатории Медицинского лечебно-профилактического центра по проблеме сахарного диабета, г. Красноярск.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлены и обсуждены на 12 конференциях, в том числе на I, II, III и IV Международной научно-практической конференции «Новые технологии создания и применения биокерамики в восстановительной медицине (г. Томск, 2007, 2010, 2013, 2016), Всероссийской молодежной конференции «Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы в наноинженерии» (г. Саратов, 2012), Всероссийской научно-практической конференции «Биосовместимые материалы и новые технологии в стоматологии (г. Красноярск-Томск, 2012, 2016), IX международной научно-практической конференции «Наука и студия» (Польша, 07-15 марта 2013), республиканской научно-практической конференции с международным участием, посвященной 24-летию Государственной независимости Республики Таджикистан (г. Душанбе, 2015); а так же на Всероссийском совещании «Биоматериалы в медицине» (г. Москва, 2009, 2011, 2015).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 17 публикациях, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК. Получен патент РФ на изобретение № 2421182.
Личный вклад автора. Диссертант, совместно с научными руководителями, принимал активное участие в планировании эксперимента, анализе полученных результатов, формулировании научных положений, выносимых на защиту, выводов, и написании статей по теме диссертации. Все эксперименты и расчеты по получению стеклокерамического промежуточного предгрунтового слоя, спеканию стоматологических керамических масс с никелидтитановым сплавом и большинство исследований свойств материалов выполнены автором работы лично.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов, списка использованных источников и приложений. Изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 67 рисунков, 23 таблицы и библиографию, состоящую из 120 наименований.
Из мировых стоматологических керамических масс выбраны эстетичные, потенциально пригодные для нанесения на каркас из сплава «Титанид» и соответствующие критериям температуры нанесения. Разработаны способ оптимальной подготовки поверхности никелидтитанового каркаса, состав и технология получения и нанесения предгрунтового слоя для применения керамической массы «Тпсегаш» в качестве эстетической облицовки сплава «Титанид». Разработана схема изготовления металлокерамического зубного протеза и программа его практического применения в ортопедической стоматологии. Зубной протез, изготовленный по данной технологии, впоследствии приведет к восстановлению жевательной функции и эстетики зубного ряда.
ВЫВОДЫ
1. Установлено, что существующие слои сертифицированных масс не обеспечивают должного сцепления со сплавом «Титанид», так как имеют различные значения ТКЛР, что затрудняет их нанесение и делает невозможным получение бездефектного покрытия.
2. Все разрабатываемые составы предгрунтового слоя имеют ТКЛР близкий к сплаву «Титанид» и грунтовой массе «Triceram» (9,727х10-6 - 10,90 х10-6 град-1) , при температуре нанесения образуют достаточное количество расплава (от 30 до 68 %) и поэтому обеспечивают равномерное растекание по поверхности металла. При этом лучшей укрывистостью и маскирующими свойствами характеризуется состав предгрунтового слоя ПГр10, который имеет оптимальное соотношение жидкой и твердой фаз (1:2,5) при температуре нанесения покрытия (780 оС).
3. При нагревании масс предгрунтового слоя ПГр4 и ПГр18 до температуры нанесения в предгрунтовом слое формируются кристаллические фазы типа нефелина и щелочных титаносиликатов. В объеме затвердевшего слоя ПГр18 зафиксировано наличие кристаллических образований игольчатой формы, ПГр4 - изометрические окристаллизованные глобулы. Формирование и тех и других кристаллов сопровождается образованием пустот вокруг них, что и является причиной снижения механических свойств композиции.
4. Наибольшей прочностью при отрыве характеризуется композиция с предгрунтовым слоем ПГр10, в объеме которого наблюдается равномерное распределение мелких (10-25мкм) сферических глобул другого состава, что свидетельствует о ликвационной природе натрий-калий-титано-алюмо- силикатного стекла применяемых составов.
5. Схема подготовки поверхности металла, включающая комбинированную
пескоструйную обработку корундовым песком разной дисперсности, обеспечивает повышение адгезионной прочности контакта «Титанид-Предгрунтовый слой» на 108 - 360% по сравнению с обработкой только мелким (йср. =110 мкм) или только крупным (йср.=250 мкм) порошком.
6. Особенности разработанной технологии для нанесения облицовочных масс фирмы «Тпсегаш» на поверхность сплава Титанид:
- двухэтапная обработка поверхности;
- выдержка для самооксидирования поверхности в течение до 30 минут;
- нанесение предгрунтового слоя, толщиной не более 200 мкм;
- сушка и обжиг в вакуумной печи до 780 оС и выдержкой 60с при конечной температуре, без длительного охлаждения.
7. Изготовление металлокерамического протеза в зуботехнической лаборатории подтверждает возможность его дальнейшего применения в ортопедической практике.
ВЫВОДЫ
1. Установлено, что существующие слои сертифицированных масс не обеспечивают должного сцепления со сплавом «Титанид», так как имеют различные значения ТКЛР, что затрудняет их нанесение и делает невозможным получение бездефектного покрытия.
2. Все разрабатываемые составы предгрунтового слоя имеют ТКЛР близкий к сплаву «Титанид» и грунтовой массе «Triceram» (9,727х10-6 - 10,90 х10-6 град-1) , при температуре нанесения образуют достаточное количество расплава (от 30 до 68 %) и поэтому обеспечивают равномерное растекание по поверхности металла. При этом лучшей укрывистостью и маскирующими свойствами характеризуется состав предгрунтового слоя ПГр10, который имеет оптимальное соотношение жидкой и твердой фаз (1:2,5) при температуре нанесения покрытия (780 оС).
3. При нагревании масс предгрунтового слоя ПГр4 и ПГр18 до температуры нанесения в предгрунтовом слое формируются кристаллические фазы типа нефелина и щелочных титаносиликатов. В объеме затвердевшего слоя ПГр18 зафиксировано наличие кристаллических образований игольчатой формы, ПГр4 - изометрические окристаллизованные глобулы. Формирование и тех и других кристаллов сопровождается образованием пустот вокруг них, что и является причиной снижения механических свойств композиции.
4. Наибольшей прочностью при отрыве характеризуется композиция с предгрунтовым слоем ПГр10, в объеме которого наблюдается равномерное распределение мелких (10-25мкм) сферических глобул другого состава, что свидетельствует о ликвационной природе натрий-калий-титано-алюмо- силикатного стекла применяемых составов.
5. Схема подготовки поверхности металла, включающая комбинированную
пескоструйную обработку корундовым песком разной дисперсности, обеспечивает повышение адгезионной прочности контакта «Титанид-Предгрунтовый слой» на 108 - 360% по сравнению с обработкой только мелким (йср. =110 мкм) или только крупным (йср.=250 мкм) порошком.
6. Особенности разработанной технологии для нанесения облицовочных масс фирмы «Тпсегаш» на поверхность сплава Титанид:
- двухэтапная обработка поверхности;
- выдержка для самооксидирования поверхности в течение до 30 минут;
- нанесение предгрунтового слоя, толщиной не более 200 мкм;
- сушка и обжиг в вакуумной печи до 780 оС и выдержкой 60с при конечной температуре, без длительного охлаждения.
7. Изготовление металлокерамического протеза в зуботехнической лаборатории подтверждает возможность его дальнейшего применения в ортопедической практике.