مطالبی جامع در مورد پرسلن های دندانی
خواص پرسلن های دندانی
خواص پرسلن های دندانی به ترکیب، رنگ، ساختمان میکروسکوپی و تجمع نقایص آن بستگی دارد. نقص در پرسلن ها به دلیل وجود ترک های سطحی یا درطی فرآیند ساخت ایجاد می شود. نقایص ساخت طی مراحل تولید ایجاد شده و شامل ناخالصی هایی است که درمرحله متراکم سازی ایجاد شده است. وجود میکروترک ها و ترک های سطحی در اثر سرد کردن پرسلن نیز می تواند به دلیل اختلاف انقباض حرارتی کریستال های لوسایت و فاز گلاسی باشد، یا در صورتیکه پرسلن خیلی سریع سرد شود به دلیل شوک حرارتی باشد(شکل۲).
جور بودن رنگ یک مسئله حیاتی در جایگزین کردن دندان های طبیعی است. رنگ پودرهای پرسلن دندانی که به صورت تجاری از قبل مخلوط شده است دارای محدوده زرد تا زرد-قرمز می باشد. به دلیل اینکه محدوده رنگ دندان های طبیعی بسیار بیشتر از محدوده موجود در کیت پرسلن از قبل مخلوط شده است، از پرسلن های تغییر دهنده جهت تعدیل رنگ استفاده می شود. این مادیفایرها پرسلن های بسیار پیگمانته بوده و معمولا به رنگ های آبی، زرد، صورتی، نارنجی،قهوه ای و خاکستری تهیه می شوند. خاصیت بحرانی دیگر پرسلن های دندانی ترانسلوسنسی۴ آن ها می باشد. ترانسلوسنسی پرسلن های اپک، دنتین و انامل متفاوت است. پرسلن های اپک ترانسلوسنسی بسیار کمی دارند که به آن ها اجازه می دهد که سطح ساختمان فلزی زیرین را بپوشاند. ترانسلوسنسی پرسلن دنتین محدوده ای بین ۱۸-۳۸% می باشد. پرسلن های انامل دارای بیشترین مقدار ترانسلوسنسی در محدوده ای بین۴۵-۵۰% است. ترانسلوسنسی مواد پرسلن های تمام سرامیک با ماهیت فاز کریستالین آن ها تغییر می کند.
پرسلن های سرامیک-فلز
پرسلن های سرامیک-فلز قدرت و دقت فلز ریختگی را همراه با زیبایی پرسلن دارا می باشد.از زمانیکه پرسلن های سرامیک-فلز در دندانپزشکی شناخته شد تاکنون اسامی زیادی به آن نسبت داده شده است:
Ceramic crown
Porcelain veneer crown (PVC)
Porcelain fused to metal (PFM)
Porcelain fused to gold (PFG)
و هماکنون اصطلاح سرامیک-فلز و مخفف آنMCR منطقی ترین نام برای این پرسلن ها به نظر می رسد.
پرسلن های سرامیک-فلز از یک فلز ریختگی یا کوپینگ۵ که بر روی دندان تراش خورده قرار می گیرد و لایه ای که روی فلز را می پوشاند، تشکیل شده است (شکل۳). کوپینگ فلزی توسط سه لایه پرسلن پوشیده می شود:
۱-لایه اپک(Opaque Shade) : لایه زیرین پرسلن بوده که روی فلز را می پوشاند و نقش مهمی در اتصال بین فلز و پرسلن ایفاء می کند.
۲-عاج(Dentine): قسمت عمده پرسلن را تشکیل می دهد و رنگ ودرجه رنگ را مشخص می کند.
۳-انامل(Enamel): ترانسلوسنسی پرسلن را موجب می شود.
پرسلنی که برای پوشاندن فلزات بکار می رود باید خواص ویژه ای داشته باشد. به منظور جلوگیری از نیروهای کششی نامطلوب در سطح پرسلن به هنگام سرد شدن، باید ضریب انبساط حرارتی آن کمی کمتر از ضریب انبساط حرارتی ساختار فلزی باشد (۶-۱۰*۵/۱۴ به ازای هر درجه سانتی گراد برای فلز).
از نظر ترکیبات سازنده، پرسلن سرامیک-فلز مشابه پرسلن فلدسپاتی است. البته ترکیبات قلیایی و مقدار اکسیدهای اضافی موجود در آن با پرسلن فلدسپاتی اندکی متفاوت است. درصد اکسیدهای سدیم و پتاسیم این انواع بیش از پرسلن های عادی می باشد تا میزان انبساط حرارتی پرسلن افزایش یافته و با انبساط حرارتی فریم ورک فلزی سازگاری بیشتری پیدا کند و از پیشرفت ترک جلوگیری شود. بعضی از انواع پرسلن های سرامیک-فلز حاوی لوسایت است که بعنوان فاز کریستالین عمل می کند. بدلیل انبساط بسیار زیاد لوسایت، کریستالی شدن آن در پرسلن موجب تطبیق ضریب انبساط حرارت سرامیک با آلیاژهای طلا می شود. با افزودن مقداری K2O در پرسلن، فاز لوسایت در کل توده پرسلن ایجاد می شود که تمایل آنرا به کریستالی شدن افزایش می دهد.
پرسلن اپک که مستقیما بر روی فریم ورک افزوده می شود، تقریبا شبیه مخلوط فلاکس های شیشه فلدسپاتیک سدیم-پتاسیم است و دارای ترکیبات زیر می باشد:
(جدول ۲) ترکیبات پرسلن اپک
۴۸٫۰۰-۵۹٫۰۰
SiO2
silica
۲۰٫۰۰-۱۶٫۳۰
Al2O3
alumina
۱۰٫۳۰-۸٫۴۰
K2O
potash
۷٫۰۰-۵٫۷۰
Na2O
Soda
۱٫۴۵-۱٫۲۰
CaO
Calcium oxide
۱٫۴۵-۱٫۲۰
B2O3
Boric Oxide
۳٫۳۰-۲٫۷۰
TiO2
Titania
۵٫۲۵-۴٫۳۰
SnO2
Tin Oxide
۱٫۵۰-۱٫۲۰
ZnO2
Zinc Oxide
trace
Fe2O3
Ferric Oxide
trace
F2
Fluorine
پرسلن اپک را از مواد حاجب نور (opacifier) اشباع می کند تا رنگ لایه فلزی را پوشانده و در ضمن حداقل ضخامت ممکن را داشته باشد. اپک های مدرن که به صورت رنگ روی فلز زده می شود، می تواند حتی در ضخامت های بسیار کم ۱۰۰µm نیز رنگ فلز را کاملا بپوشاند. شایان توجه است که این مواد به شدت نور را منعکس کرده و چون رنگ و خاصیت بازتابی آن ها بر رنگ پرسلن انامل موثر است، می تواند موجب بروز مشکلاتی شود.
پرسلن های عاج و انامل که روی اپک پودرگذاری می شود از شیشه های فلدسپاتی ساخته می شود و ترکیبات آنها به صورت زیر است:
(جدول ۳) ترکیبات پرسلن های دنتین و انامل
۶۶٫۲-۵۹٫۲
SiO2
silica
۱۸٫۹-۱۴٫۵
Al2O3
alumina
۱۲٫۳-۹٫۵
K2O
potash
۹٫۷-۴٫۷
Na2O
Soda
۲٫۱۰-۰٫۴
CaO
Calcium oxide
۰٫۲۹-۰٫۲۵
TiO2
Titania
۵٫۲۵-۴٫۳۰
SnO2
Tin Oxide
۰٫۰۵۵-۰٫۰۴۵
Fe2O3
Ferric Oxide
۰٫۵۰-۰٫۲۰
F2
Fluorine
نکته قابل توجه این است که اکسیدهای بور و لیتیوم به عنوان فلاکس در پرسلن انامل بکار نرفته است.
ترکیبات فوق به دقت با یکدیگر مخلوط شده و جهت پخت تا ?۱۲۰۰ در کوره حرارت داده می شود. به طور کلی در اثر حرارت ناشی از پخت، سرامیک های دندانی از دو فاز تشکیل می شود:
۱- فاز شیشه ای یا گلاسی(vitreous) ناشی از متلاشی شدن فلدسپار در دمای بالا
۲- فاز کریستالین که از لوسایت(K2O.Al2O3.4SiO2) تشکیل می شود.
فاز گلاسی در بر گیرنده فاز کریستالی است. افزایش میزان فاز گلاسی منجر به افزایش ترنسلوسنسی یا به عبارتی شفافیت پرسلن دندانی می شود ولی در عوض مقاومت به پیشرفت ترک را کاهش می دهد. لذا جهت بهبود خواص مکانیکی سرامیک دندانی، میزان فاز کریستالی را افزایش می دهد. موادی که در پرسلن های دندانی تمام سرامیک به کار می روند بیش از ۹۰% حجمی، حاوی فاز کریستالین است.
مخلوط فاز کریستالین و گلاسی را خیلی سریع در آب فرو می برد(quench کردن). این امر موجب خرد شدن و ایجاد ذرات کوچک می شود. ماده محصول تحت عنوان frit شناخته شده و به پروسه انجام شده fritting گفته می شود. جهت مشابهت با دندان های طبیعی، در این مرحله رنگدانه هایی به صورت اکسید های افزودنی فلز نیز اضافه می شود. برای مثال اکسیدهای آهن بعنوان رنگ قهوه ای،اکسید مس بعنوان رنگ سبز،اکسید تیتانیوم بعنوان رنگ زرد-قهوه ای،اکسید کبالت بعنوان رنگ آبی.
جهت تهیه یک پرسلن سرامیک-فلز ازتکنیک های زیادی استفاده می شود:
Compaction-1
برای ایجاد یک پرسلن قوی با حداقل انقباض، متراکم کردن ذرات دارای اهمیت زیادی است. در این روش پودر پرسلن با آب و باندر ترکیب شده و تولید یک ماده خمیری مانند می کند. از این خمیر یک قالب الاستومریک گرفته می شود ; جهت جداسازی آسان پرسلن از قالب، آن را با ورقه های نازک پلاتین می پوشاند.
روش های زیادی جهت متراکم کردن ذرات وجود دارد از جمله: ,spatulation ,brush application .vibrating
در روش spatulation پرسلن مرطوب را با یک کارتک صاف می کند تا آب اضافی به سطح آمده و با یک دستمال آن را جذب می کند. در روش brush application جذب آب توسط پودر پرسلن خشک بر اساس جذب موئینه انجام می شود; به این صورت که پودر خشک با یک قلم مو در ناحیه ای از پرسلن مرطوب بکار می رود و هنگامیکه آب به سمت ناحیه خشک کشیده شد، ذرات مرطوب به سمت یکدیگر کشیده می شود. در روش vibrating مخلوط پرسلن مرطوب به آسانی ویبره می شود تا ذرات با یکدیگر ته نشین شوند; سپس آب اضافی با یک ماده جاذب گرفته می شود.
۲-Sintering
زینترینگ روندی است که منجر به اتصال ذرات پرسلن در درجه حرارت بالا می شود تا یک توده پیوسته را تشکیل دهد( شکل۴). بدلیل هدایت حرارتی ضعیف پرسلن، لایه های خارجی سریعتر از لایه های داخلی تر زینتر شده و به اصطلاح overfuse می شوند; لذا از حرارت های خیلی سریع باید پرهیز کرد.
در طی روند زینترینگ حضور حباب های گاز و هوا در پرسلن های air-fire شده موجب ایجاد تخلخل و تاثیر نامطلوب بر روی استحکام و خواص نوری پرسلن می شود. جهت به حداقل رساندن این مسئله از تکنیک vacuum-firing استفاده می شود. در این روش پرسلن سرامیک-فلز تحت خلاء fire می شود. به این صورت که فشار داخل کوره تا ۰٫۱Atm پائین آورده شده و درجه حرارت تا درجه حرارت پخت بالا برده می شود ; سپس خلاء آزاد شده و فشار کوره به ۱Atm باز گردانده می شود.
۳-Glazing
با وجود همه تلاش ها در مرحله زینترینگ وجود مقداری تخلخل در پرسلن پخته شده طبیعی است; که در مواردی حتی در سطح پرسلن نیز دیده می شود. این تخلخل ها اجازه ورود به باکتری ها و مایعات دهانی را داده که می تواند منجر به تولید پلاک ها شود. برای جلوگیری از این امر، یک لایه نازک شیشه ای در طی عملیات glazing بر روی سطح پرسلن کشیده می شود. درجه حرارت و زمان glazing بسته به نوع حرارت متفاوت است.
پرسلن های تمام سرامیک
پرسلن های تمام سرامیک از لحاظ زیبایی، رنگ و ترانسلوسنسی با دندان های طبیعی قابل مقایسه است. اولین کراون های تمام سرامیک porcelain jacket crown ها بود که بر روی یک ماتریکس از جنس پلاتین ساخته می شد. عیب اصلی پرسلن های اولیه پائین بودن قدرت آن ها بود. به همین دلیل از آن ها بیشتر در دندان های قدامی که استرس کمتری را تحمل می کند استفاده می شد. جهت افزایش قدرت پرسلن های تمام سرامیک از دو نوع سرامیک جهت ساخت آن ها استفاده شد. بدین صورت که Core توسط یک سرامیک با قدرت بالا ساخته شده و سپس توسط سرامیک دیگری با قدرت کمتر ولی زیبایی بیشتر پوشیده می شد. این تکنیک تا حد زیادی شبیه به تکنیک ساخت پرسلن های سرامیک-فلزبود. روش دیگر استفاده از سرامیکی بود که ترکیبی از قدرت و زیبایی را شامل می شد. High-strength ceramic core برای اولین بار در سال ۱۹۶۵ توسط Mclean معرفی شد که به جای استفاده ازپرسلن فلدسپاتیک از پرسلن تقویت شده با آلومینا استفاده شده بود و تقریبا ۴۰ درصد قوی تر از پرسلن های فلدسپاتیک بود. در حال حاضر قویترین پرسلن های تمام سرامیک In-ceram ها می باشد که تقریبا ۴ برابر قویتر از alumina core های اولیه است. به همین دلیل از آن ها در محل های high-stress استفاده می شود. در برخی کارخانجات برای بالا بردن قدرت پرسلن خود از سرامیک های شیشه ای استفاده می شود. مارک تجاری Dicor یکی از این سیستم ها می باشد. پرسلن Dicor پس از casting شفاف بوده و در یک پروسه یازده ساعته بسیار دقیق و حساس قرار می گیرد تا کریستال های میکا(Mica ) رشد کرده و قدرت پرسلن را افزایش دهد. از سرامیک های شیشه ای می توان به Dicor-MGC که در سیستم های CAD-CAM بکار برده می شود نیز اشاره کرد. سایر کارخانجات برای تقویت پرسلن از Leucite استفاده می شود. Leucite در پرسلن های سرامیک-فلز برای افزایش ضریب انبساط حرارتی سرامیک بکار برده می شود. سیستم هایی که به طور شایع در آنها از کریستال های Leucite برای تقویت پرسلن استفاده می شود عبارتند از:
Optec HSP
Cerinate
IPS-Empress
بر حسب تکنیک بکارگیری شده جهت ساخت پرسلن های تمام سرامیک، مواد تمام سرامیک استفاده شده در ساخت این نوع پرسلن ها را می توان به شکل زیردسته بندی کرد:
۱-مواد تمام سرامیک sinter شده
۲- مواد تمام سرامیک حرارت داده شده تحت فشاریاheat pressing
۳- مواد تمام سرامیکslip cast
مواد تمام سرامیک sinter شده
دو نوع اصلی از مواد تمام سرامیک sinter شده عبارتند از:
۱- پرسلن فلدسپاتیک تقویت شده با لوسایت
۲- سرامیک با بیس آلومینا(شکل۵)
لوسایت به عنوان یک فاز تقویت کننده عمل می کند و موجب افزایش استحکام خمشی و فشاری در پرسلن می شود. مقدار زیاد لوسایت در ماده به ضریب انبساط حرارتی بیشتر آن کمک می کند. بعلاوه عدم انطباق زیاد انبساط حرارتی بین لوسایت و فاز گلاسی موجب گسترش استرس و ایجاد ترک می شود.
آلومینا دارای مدول الاستیسیته بالایی(۳۵۰Gpa) می باشد. لذا پراکندگی آن در ماتریکس گلاسی با ضریب انبساط حرارتی مشابه موجب استحکام قابل ملاحظه core می شود. این افزایش استحکام بدلیل باند عالی بین فاز گلاس و آلومینا می باشد. پرسلن های alumina core اولیه دارای ۴۰-۶۰ % آلومینا بود. در این پرسلن ها Core بر روی فویل پلاتینی پخته شده و سپس با match-expantion پرسلن ونیر می شد ولی امروزه مستقیما بر روی refractory die پخته می شود.
مواد تمام سرامیک حرارت داده شده تحت فشاریاheat pressing
در روش heat pressing از فشار خارجی برای پخت پرسلن در درجه حرارت های بالا استفاده می شود. به این ترتیب از تشکیل تخلخل های بزرگ جلوگیری شده که این امر منجر به بهبود خواص مکانیکی و دانسیته بالای پرسلن می شود(شکل۶). دو نوع اصلی از مواد تمام سرامیک heat pressing شده عبارتند از:
۱- سرامیک های با بیس لوسایت(شکل۷)
۲- سرامیک های با بیس لیتیوم-دی سیلیکات(شکل۸)
مواد حاوی لیتیوم-دی سیلیکات (Li2Si2O5) به عنوان فاز کریستالین اصلی است و مزیت عمده آن ها استحکام خمشی(۳۵۰Mpa) بالای آن ها است که محدوده کاربرد آن ها را گسترده تر کرده است.
مواد تمام سرامیکslip cast
این روش شامل کندانس کردن۶ slip پرسلن آبی بر روی refractory die می باشد. تخلخل refractory die به وسیله جذب آب از slip در اثر عمل موئینگی به تراکم کمک می کند. پرسلن در درجه حرارت بالا بر روی refractory die پخته می شود و سپس در داخل core متخلخل fire شده گلاس، فیلتر می شود. به این ترتیب که گلاس ذوب شده در درجه حرارت بالا بر اثر عمل موئینگی به داخل تخلخل ها کشیده می شود. مزیت اصلی این نوع سرامیک ها استحکام بالای آن ها است واز جمله معایب آن زمان ساخت طولانی آن ها می باشد. دو نوع اصلی از مواد تمام سرامیک slip cast شده عبارتند از:
۱- سرامیک های با بیس آلومینا
۲- سرامیک های با بیس اسپاینل و زیر کونیا
استحکام خمشی ماده آلومینای slip cast شده در حدود ۴۵۰Mpa می باشد. محتوای آلومینای slip بیش از ۹۰% بوده و سایز ذرات آن بین ۰٫۵-۳٫۵µm می باشد.
تقویت کردن پرسلن های سرامیکی
یکی از راه های جلوگیری از شکست پرسلن، بکارگیری پروسه های تقویتی است:
Ion exchange
Thermal tempering
Prevention of stress-corrosion
Ion exchange
در این روش یک پوسته فشرده به روی سرامیک تشکیل می شود که از گسترش ترک جلوگیری می کند. در فلز گلاسی یون های کوچکتر جای خود را به یون های بزرگتر داده و به این ترتیب یک لایه فشرده تشکیل می شود. در این روش معمولا از bath های نمک نیترات مذاب استفاده می شود. سرامیک به درون bath نمک مذاب در درجه حرارتی پائین تر از دمای شیشه ای شدن(transition temperature) ریخته می شود. در این درجه حرارت شیشه هنوز سخت است. اگرچه حرارت برای حرکت سریع یون ها کافی است ولی تنها یون قلیایی می تواند فاصله لازم را طی کند. نمک مذاب باید به گونه ای انتخاب شود که در حالیکه یون های بزرگ جانشین یون های کوچک می شود، کاتیون های کوچک به درون bath نفوذ کند. در پرسلن های فلدسپاتیک یون های پتاسیم از KNO3 bath جایگزین یون های سدیم می شود. بدلیل اشغال فضای بیشتر یون های پتاسیم نسبت به یون های سدیم، شبکه سیلیکاتی به یکدیگر فشرده شده و یک لایه متراکم تشکیل می شود. با این روش قدرت پرسلن فلدسپاتیک حدود ۴% افزایش می یابد.
Thermal tempering
در این روش شیشه به سرعت سرد می شود و در سطح شیشه ایجاد یک لایه فشرده و متراکم می کند.
Prevention of stress-corrosion
در یک محیط مرطوب قدرت سرامیک کاهش می یابد. این کاهش قدرت به دلیل واکنش شیمیایی است که بین سرامیک و آب رخ داده و باعث افزایش اندازه ترک می شود. این پدیده stress corrosion یا static fatigue نام دارد. گزارش می شود که مقاومت سرامیک در برابر شکستگی در آب تا حدود ۳۰% کاهش می یابد. یرخی از سیستم های سرامیکی مانند Renaissance فویل فلزی دارند که از نفوذ رطوبت به سطح داخلی و در نتیجه از شکست جلوگیری می کند.
درباره وبلاگ