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高熔铸造合金及其应用于口腔医学中的优势

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:(一)高熔铸造合金1.铁及铁碳合金:主要用作口腔切削工具。②软质,镍高碳低,所以又称为镍铬合金。钴铬合金的铸造收缩较大,高达2.13~2.24%,比金合金收缩大,故要求与膨胀率高的包材料匹配,以保证精确度。表22几种常用口腔合金的铸造收缩率应用:目前钴铬合金在口腔医学中应用较广。

高熔铸造合金及其应用于口腔医学中的优势

铸造合金和锻造合金的区别,在于它不是主要采用机械加工的方法来制成各种修复体,而是先将合金加热熔化,将熔化的金属浇铸入预先制备好的铸型内成为铸件(成品),此过程称为铸造。(图32)

图32 金属铸造铸模图解

1.坩埚 2.铸道 3.铸件蜡型 4.包埋材料
5.石棉衬层 6.铸圈

早在1897~1907年,来自工业的失蜡浇铸术,就已成为口腔临床对金属材料加工的一种重要方法。使用铸造法制成的修复体铸件,不仅没有因机械冷加工带来的应变硬化等弊病,而且铸件结构均匀,形貌准确,能将模型的精细形态复制出来。因此,铸造术被认为是目前口腔修复领域中制作金属修复体最好的加工手段。

铸造合金,按其熔化温度范围(幅度)分为三类:高熔铸造合金(1100℃以上),中熔铸造合金(500~1100℃),低熔铸造合金(300~500℃)。

性能要求:对于铸造合金的性能要求,基本上与锻造合金相同,但还需具备以下特殊性能:①铸造收缩率要小;②浇铸时流动性要好;③铸件光滑,容易打磨抛光。

(一)高熔铸造合金(>1100℃)

1.铁及铁碳合金:主要用作口腔切削工具。

(1)α铁:为体心立方晶格。在高于770℃时,α铁具有顺磁性。α铁与碳结合成为铁素体,铁素体的塑性和韧性好,而强度及硬度较低。

(2)γ铁:为面心立方晶格,γ铁与碳熔合成为奥氏体,无磁性。

2.不锈钢

(1)低铬不锈钢:含铬在12~17%,经热处理后硬度很高,但抗腐蚀性稍差。

(2)高铬不锈钢;含铬在12~27%,含碳量少,抗腐蚀性较好,但硬度,强度稍低,经热处理也不能硬化。

(3)铬镍不锈钢:含铬16~26%,镍6~22%及硅锰、钛等,具有优良的抗腐蚀性能及富有延性的奥氏体结构。加工后迅速硬化,这类钢又称18—8铬镍不锈钢。口腔修复铸造用的不锈钢多釆用它。但含硅量较高,难以改善铸造性能,典型组成与锻造铬镍不锈钢的成分基本相同。(表19)

由于此合金的铸造收缩率较大(线收缩在1.95±0.15%),铸件表面不光滑,难以打磨抛光,目前临床已很少用来铸造修复体。

表19 铸造18—8不锈钢的组成( %)

3.钴铬合金:钴铬合金早在1929年就已用于口腔修复,现在已普遍使用,随着质量的提高,品种的扩大,其应用范围较为广泛。根据不同的使用要求,一般分为硬质、中硬质和软质三种,均是以钴和铬为主要成分的合金:

(1)组成:(表20)

表20 钴铬合金的组成

由上表可见:①硬质与中硬质差异在碳含量的细微变化。②软质,镍高碳低,所以又称为镍铬合金。

(2)性能:

①生物性能好,对人体和组织无毒,无刺激,与骨组织有良好的相容性,所以也用作种植体。

②抗腐蚀性能好,经高度打磨抛光的钴铬合金,在口腔内不会起任何化学变化。

③机械强度高,硬度大,韧性好不易折断。硬度是口腔用合金中最硬的一种(它比金合金的硬度大2倍)。(表21)

表21 钴铬合金与几种材料硬度比较表

④密度低,是口腔用合金中较轻的一种,仅为金合金的1/4~1/2。

⑤铸造收缩:实际上绝大多数金属和合金以液相到固相的过程中,都伴随有体积收缩现象(表22)。铸金收缩一般分三个阶段:第一阶段是熔限线以上的收缩,此时铸金尚未进入包埋料铸型内,故对铸件精度影响不大;第二阶段是熔限和凝限线之间的收缩;第三阶段是从凝限线开始的固体合金的收缩(后两个阶段则关系铸件最后形态是否与原形态相符,铸金收缩如何补偿,将在包埋材料部分讨论)。钴铬合金的铸造收缩较大,高达2.13~2.24%,比金合金收缩大(1.25~1.7),故要求与膨胀率高的包材料匹配,以保证精确度(如正硅酸乙脂包埋料)。

表22 几种常用口腔合金的铸造收缩率

④密度低,是口腔用合金中较轻的一种,仅为金合金的1/4~1/2。

⑤铸造收缩:实际上绝大多数金属和合金以液相到固相的过程中,都伴随有体积收缩现象(表22)。铸金收缩一般分三个阶段:第一阶段是熔限线以上的收缩,此时铸金尚未进入包埋料铸型内,故对铸件精度影响不大;第二阶段是熔限和凝限线之间的收缩;第三阶段是从凝限线开始的固体合金的收缩(后两个阶段则关系铸件最后形态是否与原形态相符,铸金收缩如何补偿,将在包埋材料部分讨论)。钴铬合金的铸造收缩较大,高达2.13~2.24%,比金合金收缩大(1.25~1.7),故要求与膨胀率高的包材料匹配,以保证精确度(如正硅酸乙脂包埋料)。

表22 几种常用口腔合金的铸造收缩率

(3)应用:目前钴铬合金在口腔医学中应用较广。

①硬质:用于大支架的整体铸造和种植体。

(3)应用:目前钴铬合金在口腔医学中应用较广。

①硬质:用于大支架的整体铸造和种植体。

②中硬质:用于卡环、垫、基托和冠、桥的铸造。

③软质:可用于各种固定修复体。

②中硬质:用于卡环、垫、基托和冠、桥的铸造。

③软质:可用于各种固定修复体。

图33 金属烤瓷修复体示意图

1.釉 2.龈瓷 3.金属套
4.体瓷 5.不透明层

4.金属烤瓷合金:金属烤瓷合金用于与烤瓷熔接制成金属烤瓷修复体,它兼有瓷的美观和金属的强度,其应用日趋广泛。(图33)

(1)性能要求:

①合金的固相点应比陶瓷的烧成温度高,与烤瓷烧结时,不应有热变形。

②合金的温度膨胀系数应略高于烤瓷,烤瓷和金属热膨胀系数的差应在0~0.5×10-6/℃,在全部温度范围内,两者线膨胀率相差必须在0.1%以内。

③合金和烤瓷要有亲和力,两者能牢固结合并耐久。

④无有色的氧化膜形成。

(2)贵金属烤瓷合金:

①组成:(表23)

表23 几种贵金属烤瓷合金的组成

图33 金属烤瓷修复体示意图

1.釉 2.龈瓷 3.金属套
4.体瓷 5.不透明层

4.金属烤瓷合金:金属烤瓷合金用于与烤瓷熔接制成金属烤瓷修复体,它兼有瓷的美观和金属的强度,其应用日趋广泛。(图33)

(1)性能要求:

①合金的固相点应比陶瓷的烧成温度高,与烤瓷烧结时,不应有热变形。

②合金的温度膨胀系数应略高于烤瓷,烤瓷和金属热膨胀系数的差应在0~0.5×10-6/℃,在全部温度范围内,两者线膨胀率相差必须在0.1%以内。

③合金和烤瓷要有亲和力,两者能牢固结合并耐久。

④无有色的氧化膜形成。

(2)贵金属烤瓷合金:

①组成:(表23)

表23 几种贵金属烤瓷合金的组成

物理机械性能:(表24)

表24 几种贵金属烤瓷的性能

②物理机械性能:(表24)

表24 几种贵金属烤瓷的性能

黄铸金适用于低熔烤瓷,但我国铂源少,宜用白铸金。

微量元素对合金的耐腐蚀性、熔点、铸造性、机械性能、热膨胀率、热处理及与烤瓷的结合强度等均有影响如铜和锡有利于结合铱和钉,并使晶粒微细化,增加强度和延性。

(3)非贵金属烤瓷合金:

①组成:即镍铬合金,镍一般>70%。(表25)

②性能:(表26)烤瓷用镍—铬合金的硬度和强度均高于金合金。密度小,约为贵金属的1/2。在高温下反复烧烤,很少产生形变,形变量仅为贵金属合金的1/6,价格便宜,易于推广。

烤瓷用Ni-Cr合金的熔点比烤瓷高,热膨胀系数则与它相匹配,分别为14.0-15.1×10-6和12.4-14.2×10-6℃。

表25 几种非贵金属烤瓷合金的组成

黄铸金适用于低熔烤瓷,但我国铂源少,宜用白铸金。

微量元素对合金的耐腐蚀性、熔点、铸造性、机械性能、热膨胀率、热处理及与烤瓷的结合强度等均有影响如铜和锡有利于结合铱和钉,并使晶粒微细化,增加强度和延性。

(3)非贵金属烤瓷合金:

①组成:即镍铬合金,镍一般>70%。(表25)

②性能:(表26)烤瓷用镍—铬合金的硬度和强度均高于金合金。密度小,约为贵金属的1/2。在高温下反复烧烤,很少产生形变,形变量仅为贵金属合金的1/6,价格便宜,易于推广。

烤瓷用Ni-Cr合金的熔点比烤瓷高,热膨胀系数则与它相匹配,分别为14.0-15.1×10-6和12.4-14.2×10-6℃。

表25 几种非贵金属烤瓷合金的组成

表26 几种非贵金属烤瓷合金的性能

表26 几种非贵金属烤瓷合金的性能

金属与烤瓷主要应是化学结合,因为化学结合是通过金属表面经过预氧化形成氧化膜与瓷中所含氧化物相结合,界面形成过渡层物质的方式完成的,结合力强。但若预氧化膜过厚,瓷层易脱落。还有机械结合和分子间引力结合(范德华力),结合强度低于金合金,如加入铍可改善结合强度,但铍对人体有害(有人认为含铍在2%以下无害)。

(3)应用:各种冠桥修复体的底层金属。

(二)中熔铸造合金(500~1100℃)

1.金合金:它是以黄金为主要成分的合金,一般含金量不小于75%。衡量含金量一般有两种方法:一是成色,以开(k)表示,纯金(99.99%)为24k;另一表示法为纯度,纯金为1000/1000,两者换算如下:

金属与烤瓷主要应是化学结合,因为化学结合是通过金属表面经过预氧化形成氧化膜与瓷中所含氧化物相结合,界面形成过渡层物质的方式完成的,结合力强。但若预氧化膜过厚,瓷层易脱落。还有机械结合和分子间引力结合(范德华力),结合强度低于金合金,如加入铍可改善结合强度,但铍对人体有害(有人认为含铍在2%以下无害)。

(3)应用:各种冠桥修复体的底层金属。(www.xing528.com)

(二)中熔铸造合金(500~1100℃)

1.金合金:它是以黄金为主要成分的合金,一般含金量不小于75%。衡量含金量一般有两种方法:一是成色,以开(k)表示,纯金(99.99%)为24k;另一表示法为纯度,纯金为1000/1000,两者换算如下:

(1)组成:主要是金、银、铜三元合金。(表27)

表27 金合金的组成

(1)组成:主要是金、银、铜三元合金。(表27)

表27 金合金的组成

(2)性能:

①生物性能好:无毒、无刺激性,与组织相容性好,能植入体内。

②化学性能稳定:抗腐蚀力强,不易被氧化变色变质。

③机械性能好:有良好的韧性和延展性,以及较高的强度,硬度及弹性

④熔金流动性好,收缩小,铸件精确,易焊接。

⑤铸造温度适中(850~1000℃),易加工成型,但金价昂贵,应用受到一定的限制。

(3)热处理:

软化热处理:加热至700℃左右,维持10分钟得到均匀固溶体后,立刻投入室温冷水中。

硬化热处理:在进行了软化热处理后,才能进行硬化热处理,常有两种方法:①加热至凝限线下约700℃缓慢冷却,使结构普遍转化。②加热至425℃,在425~250℃之间,维持10~15分钟,使有序固溶体CuAu超级晶格形成,再投入冷水中即可。

(4)应用:

(2)性能:

①生物性能好:无毒、无刺激性,与组织相容性好,能植入体内。

②化学性能稳定:抗腐蚀力强,不易被氧化变色变质。

③机械性能好:有良好的韧性和延展性,以及较高的强度,硬度及弹性。

④熔金流动性好,收缩小,铸件精确,易焊接。

⑤铸造温度适中(850~1000℃),易加工成型,但金价昂贵,应用受到一定的限制。

(3)热处理:

软化热处理:加热至700℃左右,维持10分钟得到均匀固溶体后,立刻投入室温冷水中。

硬化热处理:在进行了软化热处理后,才能进行硬化热处理,常有两种方法:①加热至凝限线下约700℃缓慢冷却,使结构普遍转化。②加热至425℃,在425~250℃之间,维持10~15分钟,使有序固溶体CuAu超级晶格形成,再投入冷水中即可。

(4)应用:

①软铸金(Ⅰ型):前牙Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类洞及双尖牙,磨牙邻洞,单面的嵌体修复。

②中等度铸金(Ⅲ型):适用于一切单个牙固定修复体。

③硬铸金(Ⅱ型):适用于固定修复的冠、桥基固位体以及咀嚼应力较大的嵌体修复。

④超硬铸金(Ⅳ型):适用于特殊的固定修复活动修复的支架部分,如金属基托、卡环、舌、腭杆等。

2.铜合金:又叫铜锌合金,即人造金。具有金黄色,其熔点和机械性能与金合金类似,但化学稳定性较低,在口腔内常产生腐蚀变色。

(1)组成:

①黄铜系合金:即人造金,其主要成分是黄铜。(表28)近来铜合金商品中,铜含量逐渐减少。

白铜系合金:见表29。

(2)性能:见表30。

(3)用途:能适用于各种铸造修复体。

表28 黄铜系合金的组成

①软铸金(Ⅰ型):前牙Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类洞及双尖牙,磨牙邻洞,单面的嵌体修复。

②中等度铸金(Ⅲ型):适用于一切单个牙固定修复体。

③硬铸金(Ⅱ型):适用于固定修复的冠、桥基固位体以及咀嚼应力较大的嵌体修复。

④超硬铸金(Ⅳ型):适用于特殊的固定修复活动修复的支架部分,如金属基托、卡环、舌、腭杆等。

2.铜合金:又叫铜锌合金,即人造金。具有金黄色,其熔点和机械性能与金合金类似,但化学稳定性较低,在口腔内常产生腐蚀变色。

(1)组成:

①黄铜系合金:即人造金,其主要成分是黄铜。(表28)近来铜合金商品中,铜含量逐渐减少。

②白铜系合金:见表29。

(2)性能:见表30。

(3)用途:能适用于各种铸造修复体。

表28 黄铜系合金的组成

表29 白铜系合金的组成

表29 白铜系合金的组成

表30 铜基合金的性能

表30 铜基合金的性能

3.银合金:银是一种细胞毒性很强的元素,合金化后其毒性减小,银易与硫结合形成影响美观的黑色硫化银,但许多性能与金合金相似,在日本苏联等国仍作为金合金的代用品。

银合金主要成分一半以上为银,其次为钯、金、铜、锌等(表31)。主要用于强度要求稍高的固定修复和活动修复的支架等。

表31 银合金的组成

3.银合金:银是一种细胞毒性很强的元素,合金化后其毒性减小,银易与硫结合形成影响美观的黑色硫化银,但许多性能与金合金相似,在日本、苏联等国仍作为金合金的代用品。

银合金主要成分一半以上为银,其次为钯、金、铜、锌等(表31)。主要用于强度要求稍高的固定修复和活动修复的支架等。

表31 银合金的组成

4.铝镁合金

组成:主要由铝和镁等金属组成。(表32)

表32 铝镁合金的组成

4.铝镁合金:

组成:主要由铝和镁等金属组成。(表32)

表32 铝镁合金的组成

铝是继铜、铁以后的第三代金属,资源丰富,价格低廉,经适当合金化和热处理后,可得到一定的机械强度,并保持较好的抗腐蚀性能。早在1936年就有应用的报道,几经改进的铝镁合金,熔点低(650±℃),铸造收缩小(线收缩在1.2~1.4%),但由于机械强度有限,不能进行常规焊接,只能局限应用于单个固定修复体和四个以内前牙固定桥的整体铸造及简单基托等。

(三)低熔合金(<500℃)

低熔铸造合金实际上是作为金属模型使用,一般不能铸造修复体。

1.硬铅:熔点95±5℃。

组成:铋45~55%,铅22~30%,锡20~30%。

应用:作为锤造冠,基托或固定桥时的阴阳模使用。

2.锡锑合金:熔点250℃。

组成:锡70~75%,锑25~30%,铜5%。

性能:比塑料硬度高(塑料HB20)、HB40.2,合金铸造冷却时,有结晶膨胀的特点,故铸后收缩极小,但化学稳定性较低。

应用:可做简单的嵌体及模型。

(雷贤康)

铝是继铜、铁以后的第三代金属,资源丰富,价格低廉,经适当合金化和热处理后,可得到一定的机械强度,并保持较好的抗腐蚀性能。早在1936年就有应用的报道,几经改进的铝镁合金,熔点低(650±℃),铸造收缩小(线收缩在1.2~1.4%),但由于机械强度有限,不能进行常规焊接,只能局限应用于单个固定修复体和四个以内前牙固定桥的整体铸造及简单基托等。

(三)低熔合金(<500℃)

低熔铸造合金实际上是作为金属模型使用,一般不能铸造修复体。

1.硬铅:熔点95±5℃。

组成:铋45~55%,铅22~30%,锡20~30%。

应用:作为锤造冠,基托或固定桥时的阴阳模使用。

2.锡锑合金:熔点250℃。

组成:锡70~75%,锑25~30%,铜5%。

性能:比塑料硬度高(塑料HB20)、HB40.2,合金铸造冷却时,有结晶膨胀的特点,故铸后收缩极小,但化学稳定性较低。

应用:可做简单的嵌体及模型。

(雷贤康)

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