Bài giảng Sứ nha khoa: Công nghệ đặc điểm Hoàng Tử Hùng

Bài giảng Sứ nha khoa: Công nghệ đặc điểm trình bày về qui trình chế tạo bột sứ đắp thiêu kết; quá trình tạo thành sứ thủy tinh; quá trình tạo thành sứ oxid; giúp người học nắm và trình bày được đặc điểm và ứng dụng của từng loại sứ trong phục hình. Mời bạn đọc cùng tham khảo.

DÀN BÀI

1- Qui trình ch ế t ạ o b ộ t s ứ đắ p-thiêu k ế t 2- Quá trình t ạ o thành s ứ th ủ y tinh

3- Quá trình t ạ o thành s ứ oxid

MỞ ĐẦU

G ố m s ứ dùng trong nha khoa bao g ồ m nhi ề u ch ủ ng

lo ạ i (g ố m ch ị u l ử a, xi m ă ng ở labô ; porcelain, s ứ

th ủ y tinh, s ứ oxid …trong ph ụ c hình )

Bài này tóm t ắ t qui trình ch ế t ạ o b ộ t s ứ (porcelain),

s ứ th ủ y tinh và s ứ oxid nha khoa

S Ứ NHA KHOA TRONG

CHẾ TẠO BỘT SỨ ĐẮP-THIÊU KẾT

CHẾ TẠO BỘT SỨ ĐẮP-THIÊU KẾT

Trường thạch (feldspar): là một loại đá tự nhiên có cấutrúc tinh thể, đục, màu từ xám đến hồng

• là một silicate nhôm kali (potassium aluminum silicate

- K2O•Al2O3•6SiO2) Thành phần hoá học của trường thạch thường gồm:

– Silica (SiO2): 64%;

– Alumina (Al2O3): 18%;

– Soda (Na2O), Potash (K2O): 8-10%

• Nóng chảy ở 1150º C, tạo thành leucite (KAlSi2O6)

(pha tinh thể) và thủy tinh nóng chảy

• Trường thạch được khai thác từ mỏ, nghiền nhỏ,

• Loại bỏ sắt và mica (thường có trong trường thạch

không tinh khiết): chỉ chọn sử dụng những phần

CH Ế T Ạ O B Ộ T S Ứ ĐẮ P-THIÊU K Ế T (ti ế p)

•Nung bột mịn trường thạch đến ~1200º C,

Hỗn hợp leucite và thủy tinh

•Làm lạnh nhanh trong nước để khối sứ bị rã thành bột

•Thêm các chất màu:

• titanium oxide: vàng nâu;

• manganese oxide: xanh nhạt pha đỏ;

Sản phẩm của quá trình là bột sứ trường thạch nhakhoa (feldspathic dental porcelain) có hai pha:

• Pha thủy tinh với các tính chất đặc trưng: dòn, trong, nứt vỡ không theo hướng nhất định…

• Pha tinh thể leucite (KAlSi2O6):

– chiếm 10 - 20%

– có hệ số dãn nở nhiệt cao (>20 x 10¯ 6 /° C)

(Leucite c ũng được dùng để làm tăng độ bền của sứ trong

ph ụ c hình toàn s ứ (l ượ ng leucite lên t ớ i 45%), xem ph ầ n s ứ

th ủ y tinh).

CH Ế T Ạ O B Ộ T S Ứ ĐẮ P-THIÊU K Ế T (ti ế p)

CH Ế T Ạ O

S Ứ TH Ủ Y TINH

CÔNG NGH Ệ CH Ế T Ạ O

S Ứ TH Ủ Y TINH

S ứ th ủ y tinh g ồ m t ố i thi ể u hai pha :

1 Pha glass vô đị nh hình, và

2 Pha tinh th ể (môt ho ặ c nhi ề u lo ạ i) k ế t h ợ p

1- T Ạ O PHA TH Ủ Y TINH

Nguyên liệu thủy tinh thông dụng:

12-18% Na 2 O 8-15% CaO 60-70% SiO 2

•Nấu chảy ở 1400-1500°C
pha lỏng đồng nhất

•Hạ nhiệt độ để có pha thủy tinh

Thủy tinh chảy mềm ở 1000-1200°C

Nấu chảy nguyên liệu thủy tinh

2- TINH TH Ể HÓA CÓ KI Ể M SOÁT

(controlled crystallization)

Xử lý nhiệt lần 2 (reheat treatment) để:

1- t ạ o m ầ m tinh th ể *, và

2- phát tri ể n m ầ m t ạ o pha tinh th ể **.

Pha th ủ y tinh chuy ể n m ộ t ph ầ n thành pha k ế t tinh

Pha tinh th ể chi ế m ≥ 30% ,

N ế u s ố m ầ m đủ l ớ n và tinh th ể đủ nh ỏ (~1µm):

Đạ t 90% th ể tích )

2- TINH TH Ể HÓA CÓ KI Ể M SOÁT

2-Phát tri ể n m ầ m t ạ o pha tinh th ể :

Nhi ệ t độ đượ c ki ể m soát để t ố c độ t ạ o m ầ m và l ớ n lên c ủ a m ầ m ph ả i nh ư nhau theo các ph ươ ng

Produktname | Thema3 19

•Hòa tan loại tinh thể LS và lớn lên của tinh thể thứ hai (LS2) 770°-:- 820 °C

Quá trình x ử lý nhi ệ t l ầ n hai

(t ạ o m ầ m và phát tri ể n m ầ m, t ạ o pha tinh th ể )

 IPS e.max CAD 840°-:- 850°C

IPS e.max CAD

•Đồng thời tạo nhân kết tinh của hai loại tinh thể

•Sự lớn lên của loại tinh thể thứ nhất (LS)

d ạ ng c ứ ng ( s ứ th ủ y tinh: tough glass-cereamic)

nh ờ quá trình tinh th ể hóa có ki ể m sóat

Giai đ o ạ n 2 (tinh th ể hóa có ki ể m soát) di ễ n ra

trong quá trình ch ế tác ph ụ c hình b ằ ng công ngh ệ

ép nóng ho ặ c CAD/CAM

S Ứ TH Ủ Y TINH

• Tinh th ể liên k ế t v ớ i nhau có qui lu ậ t

pha tinh th ể đồ ng nh ấ t , có c ấ u trúc

• Pha th ủ y tinh đ óng vai trò k ế t dính

• L ượ ng pha tinh th ể t ừ 30 – 90%

Có th ể đ i ề u ch ỉ nh: · t ỷ l ệ gi ữ a hai pha,

· b ả n ch ấ t hóa h ọ c pha tinh th ể

Khác “s ứ đắ p”, s ứ th ủ y tinh h ầ u nh ư không l ỗ r ỗ do không tr ả i qua nung trong x ử lý nhi ệ t

Tr ạ ng thái ti ề n tinh th ể hóa

(precrystallized state)

Kho ả ng 40% tinh th ể lithium n ử a b ề n

(lithium metasilicate crystals) r ả i rác

trong khuôn th ủ y tinh

Hình ả nh khi tinh th ể đượ c xoi mòn

(etching of crystals)

Tr ạ ng thái tinh th ể hóa

(crystallized state)

Kho ả ng 70 % tinh th ể lithium disilicate

h ạ t m ị n trong khuôn th ủ y tinh Hình ả nh khi xoi mòn pha th ủ y tinh (etching the glass matrix)

C ấ u trúc vi th ể (Microstructure)

s ứ th ủ y tinh lithium disilicate

IPS e.max CAD

Nấu chảy nguyên liệu thủy tinh

Produktname | Thema3 24

•Hòa tan loại tinh thể LS và lớn lên của tinh thể thứ hai (LS2) 770°-:- 820 °C

Quá trình x ử lý nhi ệ t l ầ n hai

(t ạ o m ầ m và phát tri ể n m ầ m, t ạ o pha tinh th ể )

 IPS e.max CAD 840°-:- 850°C

IPS e.max CAD

•Đồng thời tạo nhân kết tinh của hai loại tinh thể

•Sự lớn lên của loại tinh thể thứ nhất (LS)

Chú ý: X ử lý nhi ệ t l ầ n 2

di ễ n ra khi ch ế tác ph ụ c hình

CH Ế T Ạ O S Ứ OXID

CÔNG NGH Ệ V Ậ T LI Ệ U S Ứ OXID

Phát tri ể n trong kho ả ng 15 n ă m tr ở l ạ i đ ây, là các s ứ

đơ n pha đ a tinh th ể :

– Zirconia (zirconium oxide: ZrO2)

– Alumina (aluminum oxide: Al2O3)

Trong tr ạ ng thái thiêu k ế t hoàn toàn (completely

sintered state) là v ậ t li ệ u r ấ t b ề n ch ắ c, c ứ ng r ắ n,

đ áp ứ ng đượ c đ òi h ỏ i để làm s ườ n ph ụ c hình

(mão/ch ụ p, c ầ u, cùi cho implant…) thay th ế kim

lo ạ i, nh ư ng khó gia công.

ALUMINA & ZIRCONIA

ZrO 2

Al 2 O 3

V Ậ T LI Ệ U S Ứ ALUMINA

B ộ t aluminum oxid tinh khi ế t đượ c nung đế n 1357°C

để đạ t trang thái alumina x ố p (bisque alumina)

Alumina trong tr ạ ng thái này đượ c t ạ o hình b ằ ng

máy (CAM) sau đ ó, đượ c nung đế n 1700°C để đạ t

tr ạ ng thái thiêu k ế t sau cùng, là m ộ t s ứ oxid đ a

tinh th ể , tinh khi ế t (99,5%), đồ ng nh ấ t (co th ể tích

gi ữ a hai tr ạ ng thái: 15 – 18%)

V Ậ T LI Ệ U S Ứ ZIRCONIA

Zirconia (ZrO2) gồm ion kim loại Zr( 4- ) và ion oxid O(2+)

Là một sứ oxid có cấu trúc hạt mịn (fine-grain) đa tinh thể

(polycrystalline)

– Trong tự nhiên, tồn tại dưới dạng pha đơn xiên

(monoclinic), ổn định ở nhiệt độ thường đến 1170°C,

(tetragonal),

– Khi nhiệt độ hạ xuống, sự chuyển dạng diễn ra

ngược lại với sự khác biệt nhỏ về mức nhiệt độ

Trong quá trình chuyển dạng, ZrO2 tăng thể tích 3-5%.

– Đưa chuyển dạng tetragonal về nhiệt độ thấp hơn

– Chống chuyển dạng từ tetragonal sang monoclinic

– Giữ dạng cubic ở nhiệt độ thường

Có bốn loại sứ ZrO2:

1 FSZ: Fully Stabilized Zirconia

2 PSZ I: Partially Stabilized Zirconia I

3 PSZ II: Partially Stabilized Zirconia II

4 TZP: Tetragonal Zirconia Polycrystals

PSZ I, PSZ II, TZP là những vật liệu tăng cường chuyển

dạng (transformation-reinforced materials)

Giảm đặc tính dòn cố hữu của sứ, xuất hiện tính

“giả chịu uốn” (“pseudo-ductile”)

nhiệt độ thường.

Lực gây biến dạng vi cấu trúc được bù trừ bằng sự

sự lan rộng vết nứt được ngăn chặn

CÔNG NGH Ệ V Ậ T LI Ệ U S Ứ OXID

Dạng chế tạo của sứ oxyt là khối sứ tiền thiêu kết

(presintered) khi vật liệu còn tương đối “mềm”: “sứ có

thể gia công bằng máy”: (machinable ceramics); sứ

“non” (“green” ceramic); trạng thái trắng (white state)

Quá trình gia công (chế tác phục hình) được thực hiện

SƠ LƯỢC ĐẶC ĐIỂM

SỨ NHA KHOA

1 Đặc điểm về cấu trúc

• Sứ dòn, có hai loại rạn nứt:

Các khiếm khuyết trong chế tác:

– Trong quá trình chế tác phục hình: đắp sứ &

nung
khoảng hở +“dị vật”

– Lỗ rỗ & vi nứt : là những nứt gãy khởi đầu trong quá

trình nguội do sốc nhiệt (làm nguội sứ quá nhanh).

Nứt bề mặt:

- Trong gia công bằng máy hoặc mài khi gắn phục hình

- Trong quá trình sử dụng: lực chức năng, cận chức năng

lan rộng dần vết nứt: nguyên nhân thất bại phổ

biến (đưa đến nứt, vỡ sứ)

2 Đặc điểm quang học của sứ nha khoa

Trên lâm sàng, Cần chú ý các đặc điểm:

Độ b ề n và đặ c đ i ể m quang h ọ c c ủ a s ứ ph ụ thu ộ c

t ỷ l ệ và b ả n ch ấ t c ủ a pha tinh th ể , nói chung:

Pha tinh th ể nhi ề u: độ b ề n t ă ng, độ trong gi ả m

Pha tinh th ể ít: độ trong t ă ng, độ b ề n gi ả m

Không ph ả i s ứ nha khoa nào c ũ ng trong

Đ ĐẶẶẶẶC ĐI C ĐI C ĐIỂỂỂỂM C M C M CỦ Ủ ỦA S A S A SỨ Ứ Ứ NHA KHOA NHA KHOA

CÁC PHƯƠNG PHÁP

TĂNG CƯỜNG

ĐỘ BỀN CỦA SỨ

1 Biện pháp nội sinh

Tăng cường pha tinh thể

Nguyên tắc: đưa vào một pha tinh thể phân tán có độ bền cao, làm tăng sức đề kháng đối với sự lan & làm lệch vết nứt

Biến đổi tăng độ bền: ZrO2 có 2 dạng tinh thể:

* tứ giác (tetragonal) bền vững ở khoảng 1170 - 2370 o C,

* đơn nghiêng (monoclinic) bền vững ở nhiệt độ dưới 1170 o C

Cho thêm 3 mole % yttrium oxid (3Y-TZP)
Dạng tứ giác trở nên bền vững ở nhiệt độ thường do cảm lực (stress-induce): Dưới tác động lực, ZrO2 biến đổi từ pha tứ giác kém bền vững thành pha đơn nghiêng bền vững do đặc tính cơ học cuả (3Y-TZP) (xem

phần thứ ba)

450 - 480 o C, ứng dụng trong sứ nha khoa từ những năm 90

TÓM T Ắ T

ĐẶ C Đ I Ể M và CÔNG NGH Ệ CH Ế TÁC

S Ứ TH Ủ Y TINH

(Tỷ lệ pha tinh thể >30-90%)

- Viên s ứ ép s ườ n mão (Li 2 Si 2 O 5 )

- Viên s ứ ép “press-on” (Ca 5 (PO 4 ) 3 F)

S Ứ OXID

(Pha tinh thể >>95%)

- Kh ố i s ứ CAD/CAM zirconia (ZrO 2 )

- Kh ố i ti ề n thiêu k ế t zirconia (ZrO 2 )

- Kh ố i ti ề n thiêu k ế t alumina (Al2O 3 )

S Ứ NHA KHOA

Hi ệ n có ở Vi ệ t nam

PORCELAIN:

B ộ t S ứ đắ p-Thiêu k ế t (Pha tinh th ể <30%)

Viên sứ ép sườn mão (Li 2 Si 2 O 5 )

Viên sứ ép mặt ngoài Press-on (Ca 5 (PO 4 ) 3 F)

Khối sứ CAD/CAM (Li 2 Si 2 O 5 )

S Ứ OXID

(Pha tinh th ể >95%)

Khối sứ CAD/CAM zirconia (ZrO 2 ) Khối tiền thiêu kết zirconia (ZrO 2 ) Khối tiền thiêu kết alumina (Al 2 O 3 )