Đang tải... (xem toàn văn)
Sau khi nghiên cứu bài này, sinh viên có thể: thảo luận được lịch sử phát triển của hợp kim nha khoa, trình bày được những đòi hỏi của hợp kim nha khoa, liệt kê và mô tả sơ lược được các công nghệ tạo mẫu kim loại, trình bày được sự phát triển của các phân loại và phân biệt hợp kim đúc nha khoa, trình bày được các tính chất vật lý của hợp kim đúc nha khoa, trình bày được sự co đúc và các phương pháp xử lý nhiệt hợp kim quí và rất quí, liệt kê được các hợp kim đúc rất quí, quí và thường trong các ứng dụng nha khoa.
1 HỢP KIM ĐÚC NHA KHOA GS. Hoàng Tử Hùng MỤC TIÊU: Sau khi nghiên cứu bài này, sinh viên có thể: 1. Thảo luận được lịch sử phát triển của hợp kim nha khoa, 2. Trình bày được những đòi hỏi của hợp kim nha khoa, 3. Liệt kê và mô tả sơ lược được các công nghệ tạo mẫu kim loại, 4. Trình bày được sự phát triển của các phân loại và phân biệt hợp kim đúc nha khoa, 5. Trình bày được các tính chất vật lý của hợp kim đúc nha khoa, 6. Trình bày được sự co đúc và các phương pháp xử lý nhiệt hợp kim quí và rất quí, 7. Liệt kê được các hợp kim đúc rất quí, quí và thường trong các ứng dụng nha khoa. 1. ĐẠI CƯƠNG VÀ LỊCH SỬ Các kim loại có thể chia làm hai nhóm: Sắt (ferrous), và Không sắt (nonferrous). Kim loại “sắt” gồm sắt, bao gồm các loại thép. Các kim loại “không sắt” gồm: Các kim loại quí (noble metals), Các kim loại thường (base metals), và Các kim loại nhẹ (light metals). Kim loại quí gồm vàng, nhóm platinum (gồm platinum, palladium, ruthenium, rhodium, iridium và osmium). Chúng được đặc trưng bởi tính bền vững về hóa học đối với sự oxy hóa, kháng ăn mòn và đổi màu. Các hợp kim quí thường được gọi là “quí kim” (precious metal) vì giá cả của nó. Mặc dầu bạc (silver) cũng là một quí kim, nhưng không phải là kim loại quí trong nha khoa vì kém đề kháng với ăn mòn và đổi màu. Các kim loại nhẹ như titanium, đặc trưng bởi khối lượng riêng thấp; các kim loại thường bao gồm nickel, cobalt… và các kim loại nặng khác. Hầu hết kim loại dùng trong nha khoa là dưới dạng hợp kim (alloys). Hơp kim có nhiều ưu điểm so với các kim loại nguyên chất về đặc tính cơ học và lý học do được chế tạo để đạt đến tối ưu từ những kim loại thành phần. Thí dụ: vàng nguyên chất mềm, dễ uốn, dễ dát mỏng, nhưng không đáp ứng được đòi hỏi để làm mão (chụp) hoặc cầu răng, nếu thêm 10% đồng vào vàng, sẽ tạo thành một hợp kim có độ bền kéo và độ cứng tăng gấp bốn lần. 1.1. Sơ lược lịch sử Lịch sử hợp kim đúc nha khoa chịu ảnh hưởng của ba yếu tố: những thay đổi công nghệ làm phục hình, các tiến bộ về luyện kim và những thay đổi về giá cả của kim loại quí từ 1968. Năm 1907, Taggart trình bày tại tập đoàn nha khoa New York (New York Odontological Group) về thực hiện inlay đúc, đây là báo cáo đầu tiên về áp dụng kỹ thuật đúc thay thế sáp (lost wax technique) trong nha khoa. Kỹ thuật này mau chóng được áp dụng cho cả onlay, mão, cầu, hàm khung. Sau đó, vì vàng nguyên chất không đủ đáp ứng về tính chất vật lý, các hợp kim vốn dùng làm trang sức (có thêm đồng, bạc, platinum) được sử dụng trong nha khoa. Từ năm 1948, các hợp kim quí nha khoa đã trở thành một phân nhóm riêng, với những công thức mới, khuynh hướng vật liệu bị đổi màu được khắc phục, vì bạc đã được thay thế bằng palladium. Khoảng những năm 30 của thế kỷ XX, hợp kim thường để làm hàm tháo lắp được giới thiệu. Từ đó, cả nikel-chromium lẫn cobalt-chromium ngày càng trở nên phổ biến so với hợp kim vàng Typ IV vốn được dùng cho loại hàm giả này. Những ưu điểm nổi bật của hợp kim thường là nhẹ, đặc tính cơ học tốt và giá thành rẻ, vì vậy, các loại hợp kim thường đã ngày càng thay thế hợp kim quí để làm phục hình kim loại. Cuối những năm 50, một bước đột phá đã diễn ra trong công nghệ nha khoa, ảnh hưởng sâu sắc đến việc chế tạo các phục hồi. Đó là sự thành công trong việc làm mặt dán sứ trên kim www.hoangtuhung.com loại. Cho đến trước thời điểm đó, hệ số dãn nở nhiệt của các hợp kim vàng cao hơn hẳn sứ, làm cho không thể đạt được sự dán giữa hai cấu trúc này. Người ta nhận thấy thêm cả platinum và palladium vào vàng, sẽ làm giảm hệ số dãn nở nhiệt, đủ để kết dính vật lý hai cấu trúc. Một cách tình cờ, nhiệt độ nóng chảy của hợp kim cũng tăng lên đủ để cho phép nung (thiêu kết) sứ trên hợp kim quí ở 1400ºC (1900ºF) mà không làm biến dạng lún (lún) kim loại. 2 Thành công của các hợp kim thường để làm hàm khung hướng đến việc chế tạo những hợp kim mới cho những ứng dụng khác trong nha khoa phục hồi. Nhưng đến những năm 70, và nhất là từ 1978, khi giá vàng tăng cao, vấn đề mới thực sự thu hút. Do sự phong phú của các loại hợp kim với các thành phần khác nhau cho những ứng dụng đa dạng, việc phân loại các hệ thống trở nên khó khăn, cần có sự uyển chuyển để bao gồm những vật liệu mới hoặc những thay đổi đối với vật liệu đang có. Vì vậy, các phân loại được thường xuyên xem xét lại (xem phần phân loại) 1.2. Những đòi hỏi của hợp kim đúc nha khoa Hợp kim đúc nha khoa được dùng trong labo để làm inlay, onlay, mão (chụp), cầu, các phục hình cố định kim loại-sứ, kim loại-nhựa, chốt ống tủy, hàm khung…Hợp kim cần đáp ứng được các đòi hỏi chung như sau: 1. Phải có tính tương hợp sinh học, không tạo ra độc chất gây nguy hiểm hoặc gây dị ứng đối với người sử dụng và với bệnh nhân. 2. Phục hình phải có tính kháng ăn mòn và không bị thay đổi trong môi trường miệng. 3. Các đặc tính lý học và cơ học, như tính dẫn nhiệt, nhiệt độ nóng chảy, hệ số dãn nở vì nhiệt, độ bền… cần được đáp ứng, thoả mãn các giá trị tối thiểu và thay đổi theo những đòi hỏi khác nhau của các ứng dụng phục hình. 4. Phải không có những đòi hỏi quá đáng trong sử dụng, cần đạt được tính khả thi đối với đòi hỏi về trình độ chuyên môn thông thường của kỹ thuật viên cũng như bác sĩ. 5. Các kim loại, hợp kim và vật liệu đi kèm phải đầy đủ, không đắt quá. 6. Riêng đối với gia công trong labo, hợp kim cần dễ nấu chảy, dễ đúc, dễ hàn, dễ đánh bóng, ít co, không phản ứng với vật liệu làm khuôn đúc, kháng mòn, không bị lún khi nung sứ. 1.3. Công nghệ tạo mẫu kim loại Các phục hình toàn kim loại có thể được thực hiện trực tiếp trên miệng: trám bằng vàng lá và amalgam. Một loại vật liệu nhồi nén liên kim loại khác (intermetallic compound) cũng đã được nghiên cứu phát triển bởi Viện quốc gia tiêu chuẩn và công nghệ Hoa kỳ (National Institute of Standards and Technology) để thay thế amalgam nhưng chưa được triển khai trong thực hành. Công nghệ đúc: Các loại phục hình kim loại: inlay, onlay, mão (chụp), cầu, các phục hình cố định kim loại-sứ, kim loại-nhựa, chốt ống tủy… đã được thực hiện bằng phương pháp đúc từ một thế kỷ qua. Hợp kim vàng đã chứng tỏ có ưu thế về độ cứng và độ bền so với các vật liệu phục hồi khác. Phục hình sứ-kim loại được làm với sườn (lõi) kim loại đúc (alloy casting coping) cũng chứng tỏ sự bền vững và thẩm mỹ. Đối với sườn kim loại được sử dụng làm nền cho sứ, công nghệ lá kim loại (metal foil) cũng được sử dụng thay cho sườn đúc. Các lớp lá kim loại được ép nóng (swage) trên dye và xử lý nhiệt trên lửa gas để làm tăng độ bền trước khi đắp sứ. Quá trình này tuy tránh được việc phải tạo mẫu sáp nhưng phải tạo khuôn chịu lửa (refractory mold), nấu chảy và đúc kim loại vào khuôn, cũng cần nhiều thời gian để ép nóng và chỉnh sửa sườn kim loại. Hơn nữa, bề mặt các lớp kim loại để đắp sáp còn có những vùng tích tụ ứng suất (stress concentration areas) có thể làm giảm độ bền của phục hình. Tuy vậy, kỹ thuật này cho phép tạo những lõi kim loại có độ dày chỉ khoảng 100 µm hoặc mỏng hơn, do đó có thể giúp tiết kiệm mô răng và tăng độ dày của lớp sứ, nhờ đó tăng tính thẩm mỹ. Công nghệ CAD-CAM được sử dụng trong nha khoa để thiết kế (computer-aided designing) kích thước và hình dáng của phục hồi, và chế tạo (computer-aided machining) phục hồi bằng sứ từ các khối sứ (ceramic block) hoặc các chi tiết kim loại khó đúc: titanium và hợp kim titanium. Công nghệ mài: trong phương pháp này, người ta không dùng công nghệ đúc để thực hiện mão toàn kim loại hoặc sườn kim loại. Quá trình mài bản sao (copy milling process) gồm tạo www.hoangtuhung.com mặt ngoài và lấy bỏ phần lõi để tạo bề mặt bên trong căn cứ theo bề mặt của dye chính đã được ghi lại trong computer. 3 Tuy vậy, phương pháp nấu chảy và đúc hợp kim vẫn là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất cho các quá trình làm việc ngoài miệng. Phương pháp đúc cổ điển gồm việc tạo một khoảng trống do mẫu sáp đã được lấy đi, thay thế bằng hợp kim. Mẫu sáp được tạo trên mẫu hàm được đổ từ dấu trong miệng, sau đó dược bao lại bằng vật liệu tạo khuôn (mold material) gọi là bột đúc hay bột bao (investment). Bột đúc là hỗn hợp của nước, silica và chất gắn (binder) gồm thạch cao (calcium sulphate hemihydrate), magnesium ammonium phosphate, ethyl silicate. Sau khi vữa bột đúc (investment slurry) cứng, sáp được đốt cháy khỏi khuôn đúc, kim loại nóng chảy được đúc vào khoảng trống trong khuôn đúc dưới áp lực hoặc lực ly tâm. Nhiều lưu ý về kỹ thuật được đưa ra, phụ thuộc vào hiểu biết về hợp kim. Trong khoảng 20 năm trở lại đây, đã có nhiều tiến bộ trong lãnh vực này. Do có nhiều loại hợp kim khác nhau, bác sĩ cần biết lựa chọn cho những chỉ định khác nhau: nhựa-kim loại, sứ-kim loại, toàn kim loại… Kỹ thuật viên cũng cần hiểu biết hơn về các loại hợp kim, vì nhiều bác sĩ không rõ lợi ích cũng như bất lợi của các hệ thống hợp kim trong các ứng dụng cụ thể khác nhau. Như vậy, sự liên hệ giữa bác sĩ và kỹ thuật viên là điều quan trọng cho sự lựa chọn. 2. PHÂN LOẠI VÀ THUẬT NGỮ 2.1. Các phân loại hợp kim trong nha khoa 2.1.1. Năm 1932, Ban vật liệu nha khoa tại Văn phòng quốc gia về tiêu chuẩn Hoa kỳ (dental materials group at National Bureau of Standards) đã phân loại đại thể thành bốn typ: • Typ I: mềm, Vickers hardness number (VHN) từ 50 – 90 • Typ II: trung bình, VHN từ 90 – 120 • Typ III: cứng, VHN từ 120 – 150 • Typ IV: rất cứng, VHN ≥ 150 Phân loại của American Dental Association (ADA), gồm bốn loại: từ typ I đến IV như trên chỉ áp dụng cho hợp kim vàng. Trong nửa cuối thế kỷ XX, nhiều hợp kim thường đã phát triển, thay thế cho hợp kim quí ở nhiều lãnh vực. Hầu hết hàm khung cũng như các phục hồi mão, cầu được làm từ hợp kim thường, 2.1.2. Năm 1984, ADA đưa ra một phân loại đơn giản dựa trên cơ sở thành phần kim loại quí Đối với hợp kim nha khoa. Hệ thống này phân loại thành các hợp kim rất quí (high noble: HN); quí (noble: N) và thường (predominantly base metal: PB) (được nêu trong bảng 20-1). Phân loại hợp kim nha khoa theo thành phần kim loại quí cần để ước lượng giá của phục hồi, cần cho bác sĩ, kỹ thuật viên, bệnh nhân và cơ quan bảo hiểm. TABLE 20 -1. Phân loại hợp kim nha khoa của ADA 1984 (Alloy Classification of the American Dental Association (1984)) Typ h ợp kim Tổng lượng kim loại quí trong thành phần (theo khối lượng) Rất quí (HN) Quí (N) Th ường (PB) ≥ 40 wt% Au & ≥ 60 wt% nguyên tố kim loại quí (Au + Ir + Os + Pd + Rh + Ru) ≥ 25 wt% nguyên tố kim loại quí < 25 wt% nguyên tố kim loại quí Từ “hợp kim bán quí” (precious, semipreciuos) không nên dùng vì không chính xác. Các kỹ thuật viên thường dùng từ “bán quí” để chỉ các hợp kim có nền là palladium hoặc bạc. Các hợp kim có >50% khối lượng paladium, bao gồm Pd-Ag, Pd-Cu, Pd-Co, Pd-Ga-Ag, Pd-Au, Pd-Au-Ag được gọi là quí. Từ quí cũng được dùng cho hợp kim Ag-Pd nếu chứa >25% www.hoangtuhung.com 4 palladium và các kim loại quí khác. Các hợp kim rất quí và quí thường được đóng gói và tính giá theo các lô 1, 2, hoặc 20 dwt (pennyweight) ∗ 2.1.3. Từ 1989, phân loại vẫn gồm bốn typ đã đưa thêm tất cả các hợp kim đúc đáp ứng đòi hỏi các test về độc tính, đổi màu, giới hạn chảy dẻo, phần trăm dãn dài. (Bảng 20-2 cho thấy bên cạnh độ cứng, giới hạn chảy dẻo và % dãn dài là cơ sở của phân loại này). Bảng 20 -2. Đòi hỏi về đặc tính cơ học của hợp kim (Mechanical Property Requirements of American Dental Association Specification No.5) Typ hợp kim Giới hạn chảy dẻo (MPa) (độ lệch 0,1%) sau ủ sau làm c ứng Dãn dài tối thiểu (%) sau ủ sau làm c ứng I (mềm) II (trung bình) III (c ứng) IV (rất cứng) Tối đa 140 không 140 – 200 không 200 – 340 không ≥340 500 18 không 19 không 12 không 10 2 • Typ I: mềm, cho những phục hồi ít chịu lực: inlay • Typ II: trung bình, phục hồi chịu lực trung bình: onlay • Typ III: cứng, cho những phục hồi chịu lực: onlay, mão, các cầu ngắn • Typ IV: rất cứng, cho những phục hồi chịu lực cao: chốt ống tủy, mão veneer mỏng, cầu dài, khung. Theo phân loại 4 typ cua ADA và tu chỉnh năm 1989, 4 typ hợp kim để làm phục hồi toàn kim loại và mặt dán nhựa được sắp xếp, dựa theo đặc tính (chứ không theo thành phần) như sau: • Typ I: mềm, VHN từ 50 – 90, cho những phục hồi ít chịu lực: inlay • Typ II: trung bình, VHN từ 90 – 120, phục hồi chịu lực trung bình: onlay, mão ¾ dày, cùi răng, pontic, mão đầy • Typ III: cứng, VHN từ 120 – 150 cho những phục hồi chịu lực cao: onlay, mão, các cầu ngắn, mão ¾ mỏng, các pontic và cùi nhỏ, nền hàm • Typ IV: rất cứng, VHN ≥ 150 cho những phục hồi chịu lực rất cao: chốt ống tủy, mão veneer mỏng, cầu dài, khung và các thanh ngang của khung. Loại I và II thường còn được gọi là “hợp kim inlay”, loại III và IV còn được gọi là “hợp kim mão và cầu”. 2.1.4. Năm 2003, Hội đồng khoa học của ADA đã xem xét lại sự phân loại, bao gồm thêm titanium như một mục riêng trong nha khoa. Titanium là một trong những kim loại có tính tương hợp sinh học cao nhất trong các ứng dụng nha khoa và có ứng dụng rộng với đặc tính tương tự kim loại quí. Ngoài các phân loại chính thức nêu trên, còn cần chú ý hai cách phân biệt sau: 2.2. Phân biệt hợp kim nha khoa Do có nhiều loại hệ thống hợp kim để lựa chọn, cần phải xem xét theo chỉ định áp dụng và thành phần của hợp kim. 2.2.1 Phân biệt loại các hợp kim theo chỉ định: Bảng 20-3 liệt kê các loại hợp kim theo chỉ định áp dụng đối với mão toàn kim loại, kim loại-sứ và hàm khung. Cần chú ý là hợp kim dùng ∗ 1troy ounce = 20 pennyweight www.hoangtuhung.com cho phục hình sứ-kim loại có thể dùng cho toàn kim loại nhưng không phải là ngược lại. Nguyên nhân chính là do hợp kim không thể tạo một lớp oxid mỏng và ổn định để liên kết với sứ, độ nóng chảy có thể thấp nên gây biến dạng lún hoặc bị chảy ở nhiệt độ thiêu kết (nung) sứ, độ dãn nở nhệt cũng không tương thích với sứ. 5 Bảng 20-3. Phân loại hợp kim để làm phục hình toàn kim loại, sứ-kim loại, hàm khung (Classification of Alloys for All-Metal Restorations, Metal-Ceramic Restorations, and Frameworks for Removable Partial Dentures). Typ hợp kim Toàn kim loại Kim loại-sứ Hàm khung Rất quí Quí Thường Au-Ag-Cu-Pd Hợp kim cho sứ-kim loại Ag-Pd-Au-Cu Ag-Pd Hợp kim cho sứ-kim loại Ti nguyên chất Ti-Al-V Ni-Cr-Mo-Be Ni-Cr-Mo Co-Cr-Mo Co-Cr-W Al-đồng thiếc Au-Pt-Pd Au-Pd-Ag (5-12 wt% Ag) Au-Pd-Ag (>12 wt% Ag) Au-Pd Pd-Au Pd-Au-Ag Pd-Ag Pd-Cu Pd-Co Pd-Ga-Ag Ti nguyên chất Ti-Al-V Ni-Cr-Mo-Be Ni-Cr-Mo Co-Cr-Mo Co-Cr-W Au-Ag-Cu-Pd Ag-Pd-Au-Cu Ag-Pd Ti nguyên chất Ti-Al-V Ni-Cr-Mo-Be Ni-Cr-Mo Co-Cr-Mo Co-Cr-W 2.2.2. Phân biệt hợp kim bằng các nguyên tố chính Khi phân biệt hợp kim theo thành phần, người ta xếp theo trình tự giảm dần, từ thành phần chiếm nhiều nhất rồi đến các thành phần khác. Các bảng 20-3, 20-7 và 20-8 sắp xếp theo trình tự này. Ngoại lệ cho sự sắp xếp là khi có thành phần ảnh hưởng nhiều đến đặc tính hoặc ảnh hưởng đến tính tương hợp sinh học của vật liệu hoặc cả hai. Thí dụ, hợp kim nickel-chromium- molybdenum-beryllium thường được gọi là hợp kim nickel-chromium-beryllium vì beryllium vừa góp phần quan trọng đối với tính dễ đúc và kiểm soát sự tạo thành lớp oxid ở nhiệt độ cao nhưng có độc tính so với các kim loại khác. Molybdenum (Mo), tungsten (W) thường có nhiều hơn beryllium để làm giảm hệ số dãn nở nhiệt. 2.3. Các kim loại dùng trong hợp kim nha khoa Trên bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, có tám kim loại quí: vàng, các kim loại nhóm platinum (platinum, palladium, rhodium, ruthenium, iridium, osmium) và bạc. Tuy vậy, trong môi trường miệng, bạc khá hoạt động nên không được coi là kim loại quí. Các kim loại quí thường được dùng trong hợp kim làm inlay, onlay, mão, cầu, sứ-kim loại. Chúng là những hợp kim ít bị đổi màu và ăn mòn. Từ “kim loại quí” chỉ có nghiã tương đối. Trong số bảy kim loại quí, chỉ có vàng, palladium và platinum đóng vai trò quan trọng trong các hợp kim nha khoa. www.hoangtuhung.com 6 2.3.1. Karat và Fineness Karat (carat) dùng để chỉ phần của vàng nguyên chất có trong 24 phần của một hợp kim. Thí dụ: vàng 24 karat là vàng nguyên chất, vàng 22 karat là hợp kim chứa 22 phần vàng nguyên chất và 2 phần kim loại khác. Fineness dùng để mô tả hợp kim có vàng bằng số phần vàng trên 1000. Thí dụ: vàng nguyên chất có fineness 1000; hợp kim 650 chứa 65% vàng. Như vậy, thang đo fineness chính là bằng 10 lần của thang đo %. Trong thí dụ trên, 650 fine alloy có 65% vàng nguyên chất. Trong thực tế, fineness được coi là thực tế hơn karat, nhưng nói chung, không được dùng phổ biến trong hợp kim nha khoa. Bảng 20-4 trình bày phân loại hợp kim vàng theo karat và fineness. Bảng 20-4. Các hợp kim vàng phân loại theo karat và fineness (Gold alloys commonly use karat and fineness classifications) % khối lượng vàng Karat Fineness 100 24 1000 75 18 750 58 14 583 42 10 420 2.4. Hợp kim kim loại thường (hợp kim thường) Là những hợp kim chứa ≥ 75% khối lượng là các nguyên tố kim loại thường hoặc < 25% khối lượng là kim loại quí. Kim loại thường (base metal) là thành phần “không có giá trị” của hợp kim đúc nha khoa, vì chúng rẻ và thường có mức phản ứng cao với môi trường. Tuy vậy, chúng có ảnh hưởng đến khối lượng riêng, độ bền và độ cứng, cũng như tạo thành lớp oxid (điều này lại rất cần cho phục hồi kim loại-sứ); cũng có một vài kim loại thường có thể dùng để bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn bằng cách thụ động hóa (passivation)). Kim loại thường có mặt trong thành phần hợp kim nha khoa khá phong phú: bạc, nickel, chromium, nhôm, đồng, kẽm, indium, thiếc, gallium, molybdenium, beryllium, tungsten… Từ “hợp kim chủ yếu là kim loại thường” (predominantly base metal alloys) được dùng là do trước trước đây, trong hợp kim loại này, có một lượng nhỏ palladium. Ngày nay, các từ “hợp kim kim loại thường, hợp kim thường và hợp kim chủ yếu kim loại thường” được dùng đồng nghĩa. Theo trình tự thời gian, có ba loại hợp kim thường đã được sử dụng trong nha khoa: Hợp kim thép không rỉ (stainless steel alloys) Hợp kim nickel-chrome (nickel-chrome alloys) Hợp kim cobalt-chromium (cobalt-chromium alloys) Titanium và các hợp kim titanium, nickel-titanium siêu đàn hồi (super-elastic) sẽ được trình bày trong một bài riêng 3. ĐẶC ĐIỂM CỦA HỢP KIM ĐÚC NHA KHOA 3.1. Sự co đúc (casting shrinkage) Hầu hết kim loại, hợp kim, kể cả vàng, co lại khi chuyển từ trạng thái lỏng sang rắn. Đây là điểm quan trọng đối với nha khoa. Thí dụ, nếu khuôn đúc vừa vặn với mẫu đúc, vật đúc sẽ nhỏ hơn so với mẫu do bị co lại. Sự co diễn ra theo ba giai đoạn: • Co do nhiệt độ của kim loại lỏng từ nhiệt độ nóng chảy đến khuôn đúc, giai đoạn này không ảnh hưởng đến vật đúc vì khi kim loại co lại trong khuôn đúc, kim loại nóng chảy tiếp tục chảy vào để bù trừ. • Co của kim loại trong quá trình thay đổi từ lỏng sang rắn • Co do nhiệt độ của kim loại từ khi rắn đến nhiệt độ thường www.hoangtuhung.com 7 Độ co đúc của một số hợp kim được ghi trong bảng 20-6. sự co khác nhau của các hợp kim là do thành phần của chúng. Platinum, palladium, đồng làm giảm độ co đúc; vàng nguyên chất co nhiều, xấp xỉ độ co dãn vì nhiệt. Nói chung, độ co đúc ít hơn độ co tuyến tính vì nhiệt (linear thermal shrinkage), điều này có vẻ bất hợp lý vì hai suy luận giả định sau: - Khi khuôn đúc được lấp đầy kim loại lỏng, kim loại sẽ đặc lại bắt đầu ở thành khuôn do nhiệt độ của khuôn thấp hơn nhiệt độ kim loại nóng chảy. - Trong giai đoạn cứng đầu tiên, lớp kim loại cứng sát với thành khuôn còn yếu, và nó có khuynh hướng dính vào thành khuôn cho đến khi đủ độ cứng. Khi kim loại đủ cứng để co một cách độc lập với khuôn, nó tiếp tục co do giảm nhiệt độ cho đến nhiệt độ phòng. Tuy vậy trên thực tế, sự co do nhiệt độ của lớp kim loại yếu đầu tiên được hạn chế do sự dính cơ học vào thành khuôn, trong quá trình này, nó thường bị căng do thâm nhập vào bột đúc, như vậy, sự co trong quá trình hóa rắn được giảm thấp, mặt khác, sự co toàn bộ do nhiệt cũng được hạn chế. Như vậy, sư co đúc ít hơn sự co nhiệt. Do sự co nhiệt từ khi kim loại rắn đến nhiệt độ phòng đóng vai trò lớn trong độ co đúc, hợp kim có độ nóng chảy cao hơn có khuynh hướng co nhiều hơn, điều này cần được bù trừ trong kỹ thuật đúc. Bảng 20-6. Độ co tuyến tính khi hóa rắn của hợp kim đúc (Linear Solidification Shrinkage of Casting Alloys) Hợp kim Độ co đúc(%) Typ I, hợp kim vàng Typ II, hợp kim vàng Typ III, hợp kim vàng Ni-Cr-Mo-Be Co-Cr-Mo 1.56 1.37 1.42 2.3 2.3 1.2. Tính chất vật lý Các tính chất vật lý quan trọng của các hợp kim rất quí và quí được nêu ở bảng 20-5, của các hợp kim thường trong Bảng BBB. Những bảng tương tự cũng được các nhà sản xuất cụ thể cung cấp. Khoảng nóng chảy là nhiệt độ cơ sở của việc đúc, giới hạn trên là trạng thái liquidus (lỏng). Như vậy, đòi hỏi tăng 75º C đến 150 º C (150 - 300 ºF) để đạt được nhiệt độ đúc đúng. Giới hạn dưới của khoảng nóng chảy có thể dùng để ước lượng nhiệt độ hàn tối đa. Các hợp kim dùng cho sứ-kim loại cần có khoảng nóng chảy cao để giữ được trạng thái cứng trong quá trình thiêu kết sứ, tránh hiện tượng biến dạng lún. Mặt khác, các hợp kim từ typ I đến typ IV cần có nhiệt độ nóng chảy (fusion temperature) thấp khi được dùng với các phương pháp đúc cổ điển hoặc bột đúc thuộc loại thạch cao. Chênh lệch rộng của khoảng nóng chảy cũng cần chú ý vì khoảng này càng rộng, càng có xu hướng tạo thiên tích dạng nhánh cây (coring) trong quá trình hóa cứng 1 . Thể tích riêng (specific volume) tính bằng (cm 3 /g) có liên hệ tương hỗ với khối lượng riêng (mật độ: specific density), là một chỉ tố của trung bình số đơn vị có thể đúc từ một đơn vị khối lượng hợp kim. Tỷ số của mật độ tối đa trong các bảng (thí dụ từ 10, 7 đến 18, 3 đối với hợp kim-sứ) chỉ ra rằng nhiều vật đúc tương đương có thể đúc từ các hợp kim mật độ thấp hơn là từ các hợp kim có mật độ cao (trong thí dụ này là trên 70%). Giới hạn chảy dẻo (yield strength), giới hạn tỷ lệ (proportional limit), giới hạn đàn hồi (elastic limit) về cơ bản cùng phản ánh một đặc tính, đó là khả năng của một hợp kim trước các lực cơ học mà không bị biến dạng vĩnh viễn. Nói chung, giới hạn chảy dẻo tăng dần từ typ I đến typ IV. Làm cứng theo thời gian có thể làm tăng giới hạn chảy dẻo lên đến 100%. 1 Thiên tích dạng nhánh cây xảy ra trong xử lý nhiệt, khi hợp kim dược làm lạnh trong điều kiện không cân bằng, lớp bên ngoài của vật liệu vẫn còn nhiều nguyên tố có độ nóng chảy cao hơn. Các nhánh bên ngoài có thành phần hợp kim khác với phần bên trong. www.hoangtuhung.com Độ cứng (hardness) của hợp kim q tỷ lệ thuận với giới hạn chảy dẻo. Độ cứng dùng để chỉ sự thích hợp của một hợp kim đối với một chỉ định lâm sàng cho trước. Độ dãn dài (elongation) là số đo độ dễ uốn hay mức độ biến dạng dẻo của một hợ p kim có thể vượt qua trước khi gãy. Độ dãn dài cần thiết là đòi hỏi cơ bản trong trường hợp cần có sự biến dạng trong lâm sàng. Làm cứng theo thời gian làm giảm độ dãn dài. Hợp kim có độ dãn dài thấp dễ bị gãy vì dòn. Hầu hết hợp kim Ni-Hầu hết hợp kim Ni-Cr sử dụng làm mão răng và các phục hồi cố đònh từng phần chứa từ 61% - 81% Ni, 11% - 27% Cr, 2%- 5% Molypđen (theo trọng lượng). Thành phần điển hình một số hợp kim được sử dụng trước đây (vài loại đến nay vẫn còn sử dụng) cho các phục hồi sứ có sườn kim loại được cho ở bảng 20-8. Trong hợp kim, Crôm rất cần thiết để cung cấp sự oxi hóa chống gỉ và kháng mòn. Những công thức hợp kim khác như Cr-Co và Fe-Cr. Các hợp kim này có thể chứa 1 hay nhiều những nguyên tố sau: Al, Beri, Bo, Co, đồng, Xeri, Gali, Sắt, Mn, Niobi, thiếc, Titan, Ziriconi. Những hợp kim Co-Cr điển hình chứa 53%- 67% Co, 25%-32% Cr, 2%- 6% Molupđen (theo trọng lượng). Những hợp kim không quý nóng chảy ở nhiệt độ cao, bột đúc sử dụng cho hợp kim này phải có chất kết dính là photphat hay silica. Thêm vào đó, phải sử dụng nguồn nhiệt cao khi đúc. Quan trọng hơn là bù trừ sự co rút của vật đúc đòi hỏi ở nhiệt độ cao để đạt được sự khít sát chấp nhận trên lâm sàng. Gần đây, những hợp kim Ti-Al-V và Titan nguyên chất được đưa vào thực hiện những phục hồi sứ sườn kim loại. . So sánh với hợp kim vàng loại IV đã được ADA chứng nhận, những hợp kim của Co, Ni và Titan nguyên chất có đặc điểm là giá thành và tỷ trọng thấp hơn, độ cứng cao hơn, môđun đàn hồi cao hơn và có thể so sánh được khả năng kháng mờ và kháng mòn trên lâm sàng. Bảng 20-5. Đặc tính lý học của một số hợp kim kim loại q nha khoa hiện đại (Physical Properties of Some Modern Noble Metal Dental Alloys) Typ Ngun tố chính Khoảng nóng chảy Khối lượng riêng (g/cm3) Giới hạn chảy dẻo ≠ (MPa) (psi) Độ cứng (VHN) Độ dãn dài% hợp kim 943-960 o C (1730-1760 o F) 924-960 o C (1695-1760 o F) 924-960 o C (1710-1760 o F) 843-916 o C (1550-1680 o F) 1021-1099 o C (1870-2010 o F) 921-943 o C (1690-1720 o F) 871-932 o C (1600-1710 o F) 930-1021 o C (1705-1870 o F) 1271-1304 o C (2320-2380 o F) 1232-1304 o C Rất q Rất q Rất q I II III IV S 16.6 103 (15,000) 186 (27,000) 207 (30,000) H275 (H40,000) 241 (35,000) H586 (H85,000) 262 (38,000) H323 (H47,000) 275 (40,000) H493 (H71,000) 372 (54,000) H720 (H104,000) 434 (63,000) H586 (H85,000) 572 (83,000) 462 (67,000) 80 101 121 H182 138 H213 143 H154 149 H264 186 H254 180 H270 220 189 36 15.9 15.5 12.8 10.6 15.2 13.6 11.3 39 H19 Q 30 H13 Ag-Pd Q Rất q Rất q 10 H8 Q ứ-kim loại * Rất q 13.5 Q 10.7 35 H7 38 H2 10 H6 20 20 8 www.hoangtuhung.com 9 *Màu trắng. +Màu vàng. ≠H: Làm cứng theo thời gian. (các số liệu khác là trong điều kiện xử lý nhiệt làm mềm). VHN: Vickers hardness number. Bảng BBB. Tính chất vật lý và cơ học của hợp kim thường Physical and mechanical properties of dental metal materials Alloy Condition Tensile strength (MPa) Yield strength (MPa) Elastic modulus (GPa) Elongation (%) Densit y (g/cm 2 ) Stainless steel 18-8 wire As received 2035-2849 965-1680 134-200 2-3.2 8 Stress relieved 2160 1034-1950 134-200 __ 8 316 wire As received 2275-2351 1955-2070 185-191 __ __ 316L Annealed 550-600 220-331 190-200 50-55 7.95 Cold- worked 896-1014 790-827 167-200 20-25 7.9-7.9 5 108 Annealed 931 586 188 52 7.63 Cold- worked 1344 1179 188 35 7.63 Ni-Cr Ni- Cr – Be Casting 778-1355 325-838 165-210 3-23.9 7.9-8.1 Ni-Cr Casting 539-919 180-858 141-248 <1- 32.6 7.9-8.7 Co -Co Co- Cr-Mo Casting 655-889 390-644 155-240 1.5-10 8.5 Co-Ni-Cr-Mo Wrought/Annealed 795-1007 240-655 232 50-70 9.2 Co-Cr-Ni Casting 685 470 198 8.0 7.5-8.5 Co-Cr-Ni wire As received __ 827-1241 146-198 __ 7.5-8.5 Stress relieved __ 1103-1378 179-204 8.0 7.5-8.5 Titanium CP Ti Casting 240-550 170-480 96-114 7.9-20 4.4-4.5 CP Ti- grade 1 Annealed 240 170 100-103 24 4.51 CP Ti- grade 2 Annealed 345 275 100-103 20 4.51 CP- Ti- grade 3 Annealed 450 380 100-103 18 4.51 CP- Ti- grade 4 Annealed 550 485 100-104 15 4.51 CP- Ti- grade 4 Cold –worked 760-888 485-725 110 __ 4.51 Ti – 6A1 -4V- ELI Annealed 860-1076 520-896 110-116 10-15 4.43-4. 5 Ti – 6A1 -4V Casting 877-930 830-870 113-137 2.1-12 __ + Rất quí Quí (2250-2380 o F) 1149-1177 o C (2100-2150 o F) 1155-1320 o C (2111-2375 o F) 18.3 10.6-11.5 450 (65,300) 476-685 (68,000-95,000) 182 235-270 5 10-34 www.hoangtuhung.com Ti- 6A1-7Nb Ti- 15Mo 10 Annealed 978-1024 913 105 __ 4.52 Annealed/aged 874 544 78 __ 4.96 TMA wire As drawn __ 621-1172 60-69.6 __ __ Heat – treatmed/aged __ 1220-1390 92.4-95.1 __ __ Nickel - Titanium __ __ __ __ __ Ni-Ti wire – A 527-1380 230-379 120 13-40 6.45 Ni-Ti wire M __ 207-552 32-50 __ __ Other __ __ __ __ __ Pure gold 130 20 90 10-39 11.3-1 5 Type III and IV __ __ __ __ __ Gold casting __ 207-434 90 10 - 39 11.3-1 5 Cortical bone 100-200 130 10-20 1-3 0.7 (dr y Cancellous bone 10-20 __ 0.2-0.5 5-7 __ Abbreviations: ELI, extra low interstitial; Gpa, gigapascal; Mpa, megapascal 3.2. Xử lý nhiệt các hợp kim rất quí và quí Các hợp kim vàng có thể làm cứng đáng kể nếu chứa một lượng đồng nhất định. Typ I và II không thể làm cứng hoặc cứng thêm ít hơn so với typ III, IV. Cơ chế của sự cứng lên là do nhiều tác động của sự chuyển dạng trạng thái rắn (solid-state transformation), quá trình này cần thời gian và nhiệt độ. Những hợp kim có thể làm cứng hơn được thì cũng có thể làm mềm hơn được. Theo thuật ngữ luyện kim, việc xử lý nhiệt gồm xử lý nhiệt làm mềm (softening heat treatment), xử lý nhiệt làm cứng (hardening heat treatment) gọi là làm cứng theo thời gian (age-hardening treatment). 1.2.1. Xử lý nhiệt làm mềm Vật đúc được đặt trong lò điện ở nhiệt độ 700º C trong 10 phút, sau đó làm nguội nhanh (quench) trong nước. Trong quá trình này, tất cả các pha trung gian có thể đã thay đổi thành các dung dịch rắn hỗn độn (disordered solid solution), việc làm nguội nhanh làm quá trình lập lại trật tự không thực hiện được. Các đặc tính về độ bền kéo, giới hạn tỷ lệ (proportion limit) và độ cứng giảm nhưng tính dễ kéo sợi (dễ uốn: ductility) tăng lên. Xử lý nhiệt làm mềm được chỉ định cho những cấu trúc sử dụng trong miệng hoặc ngoài miệng, đã định dạng hoặc gia công nguội (cold working). Mặc dù 700º C là nhiệt độ trung bình làm mềm, mỗi nhà sản xuất thường có chỉ dẫn cụ thể về nhiệt độ và thời gian. 1.2.2. Xử lý nhiệt làm cứng Xử lý nhiệt làm cứng có thể được thưc hiện theo nhiều cách. Một trong những cách thường dùng nhất là “thấm” (nung khử co: “soaking”), hay làm cứng theo thời gian ở nhiệt độ và thời gian thích hợp. Thường là khoảng 15 – 30 phút, trước khi nó được làm nguội nhanh trong nước. Nhiệt độ làm cứng theo thời gian của hợp kim tùy thuộc thành phần, thường khoảng 200º - 400º C, thời gian do nhà sản xuất qui định. Trước khi hợp kim được làm cứng theo thời gian, nó cần được xử lý nhiệt làm mềm để làm dịu các lực hoá cứng do biến dạng (strain hardening), nếu còn các lực này, và hợp kim được làm cứng khi còn là dung dịch rắn hỗn độn, quá trình này sẽ không thể kiểm soát đúng, do sự tăng lên của sức bền, giới hạn tỷ lệ, độ cứng và giảm tính dễ uốn được quyết định bởi lượng chuyển dạng trạng thái rắn cho phép. Sự chuyển dạng này, ngược trở lại, được kiểm soát bởi nhiệt độ và thời gian của quá trình xử lý nhiệt làm cứng theo thời gian. Do giới hạn tỷ lệ được tăng lên trong quá trình làm cứng theo thời gian, sự tăng của modun năng lượng đàn hồi (suất biến dạng đàn hồi: modulus of resilience) có thể đạt được. Làm cứng theo thời gian được chỉ định cho hàm khung, yên, cầu, và các cấu trúc tương tự. Đối với các chi tiết nhỏ, như inlay, làm cứng không được đặt ra. www.hoangtuhung.com [...]... PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA HỢP KIM ĐÚC NHA KHOA 4.1 Hợp kim rất quí và quí cho phục hình kim loại-sứ Hợp kim dùng cho phục hình sứ -kim loại là một trong ba nhóm theo chỉ định ứng dụng (toàn kim loại, sứ -kim loại và hàm khung) Các hợp kim sử dụng trong kỹ thuật sứ -kim loại bao gồm cả các hợp kim rất quí, quí, và hợp kim thường (Bảng 20-5) (xem bài “Hệ thống sứ -kim loại”) Thành phần các hợp kim rất quí và quí... của các hợp kim typ I đến IV truyền thống và bốn loại hợp kim cho sứ -kim loại (Composition Range (weight percent) of Traditional Types I to IV Alloys and Four Metal –Ceramic Alloys) Typ hợp kim Nguyên tố chính I II III III III IV IV Metal-ceramic Metal-ceramic Metal-ceramic Metal-ceramic Hợp kim vàng, rất quí Hợp kim vàng, rất quí Hợp kim vàng, rất quí Hợp kim vàng, quí Hợp kim bạc, quí Hợp kim vàng,... phân loại của ADA 1984, hợp kim quí cần phải chứa ≥25% kim loại quí nhưng không bắt buộc phải có vàng Nói chung hợp kim quí để chỉ tất cả các hợp kim của palladium, chứa khoảng 54 đến 88% palladium, và cho cả hợp kim bạc-palladium (chỉ chứa 25% palladium) để làm toàn kim loại hoặc kim loại-nhựa Hợp kim quí từ palladium tạo nên sự chuyển tiếp giữa hợp kim rất quí và hợp kim kim loại thường, cả về giá... màu và ăn mòn hơn hợp kim vàng Chú ý đừng nhầm các hợp kim này với hợp kim Pd-Ag dược dùng cho phục hồi sứ -kim loại Do nhu cầu thẩm mỹ, ngày càng ít dùng mão toàn kim loại Các hợp kim dùng cho mão, cầu sứ -kim loại sẽ được trình bày sau Đặc điểm lý học các hợp kim rất quí và quí (bao gồm AgPd) để làm phục hình toàn kim loại và sứ -kim loại đã được trình bày trong bảng 20-5 4.2.2 Các hợp kim nickel-chromium... Hợp kim bạc, quí Hợp kim vàng, rất quí Hợp kim bạc, quí Hợp kim vàng, rất quí Hợp kim palladium, quí Hợp kim vàng, rất quí Hợp kim palladium, quí Au Cu Ag Pd 83 77 75 46 6 7 9 8 56 15 52 14 14 10 14 11 39 70 25 45 0-15 30 1 0-6 0.5 1 3.5 6 25 4 25 38 60 7 (+4Pt) 88 88 0-6 Sn,In,Fe, Zn, Ga lượng cân bằng thích hợp 4.1.2 Hợp kim quí cho phục hình kim loại-sứ: Các hợp kim palladium (palladium-based alloys)... 4.1.1 Hợp kim rất quí cho phục hình kim loại-sứ Các hợp kim vàng cho kim loại-sứ (Gold-based Metal-Ceramic) Hợp kim PFM chứa trên 40% khối lượng vàng và >60% kim loại quí (vàng + platinum và palladium và/hoặc kim loại quí khác) nói chung được phân loại là rất quí gồm các hợp kim thường gặp sau đây: Hợp kim Vàng-Platinum-Palladium Có thể chứa đến 88% vàng, palladium và platinum; một lượng nhỏ kim loại... hơn là hóa học Hợp kim palladium-đồng Là loại hợp kim mới được phát triển trong nha khoa, vì vậy, cần có thêm nhiều thông tin hơn nữa về kết quả lâm sàng Các hợp kim Pd-Cu thường có 74-80% palladium và 9-15% đồng Do khoảng nóng chảy thấp (1170º-1190º C), hợp kim này có thể bị biến dạng lõm khi thiêu kết sứ, cần được chú ý, nhất là đối với cầu dài Vi cấu trúc của hợp kim Pd-Cu-Ga khi đúc và sau khi... đề đối với hợp kim này Một số hợp kim Pd-Cu chứa 2% vàng 2 DPH: Diamond Pyramid Hardness, cũng là độ cứng Vickers www.hoangtuhung.com 12 Hợp kim Pd-Cu có giới hạn chảy dẻo lên đến 1145 MPa (166.000 psi), độ dãn dài 5-11%, độ cứng cao như một số hợp kim kim loại thường Như vậy, các hợp kim này có xu hướng khó miết bóng, trừ ở những bờ tương đối mỏng Tuy vậy, hầu hết kỹ thuật viên cho là hợp kim loại này... cả, hợp kim này xấp xỉ hợp kim Pd-Ag hoặc Pd-Cu Thường được quảng cáo là hợp kim không vàng, không nickel, không beryllium, không bạc Sự không có mặt nickel và beryllium chỉ ra rằng hợp kim này , cũng như các hợp kim quí thực sự khác, có tính tương hợp sinh học Cũng như nhiều hợp kim quí, chúng có hạt nhỏ (fine grain size) để giảm thiểu sự co rút trong quá trình hóa rắn Nhóm hợp kim Pd-Co này có độ kháng... hợp và hệ số co tương thích Palladium thay thế vàng có làm tăng khoảng nóng chảy nhưng cũng làm giảm hệ số co của hợp kim Tăng lượng bạc nói chung làm giảm khoảng nóng chảy và tăng hệ số co Tỷ trọng (specific gravity, relative density) của hợp kim Pd-Ag thấp (10,7 đến 11,1) và giá rẻ, hợp kim này rất hấp dẫn để thay thế hợp kim vàng Một số hợp kim loại này chỉ chứa lượng bạc thấp (khoảng 28%) Hợp kim . H ợp kim vàng, rất quí Hợp kim vàng, rất quí Hợp kim vàng, rất quí Hợp kim vàng, quí H ợp kim bạc, quí Hợp kim vàng, rất quí Hợp kim bạc, quí Hợp kim vàng, rất quí Hợp kim palladium, quí Hợp. hỏi của hợp kim đúc nha khoa Hợp kim đúc nha khoa được dùng trong labo để làm inlay, onlay, mão (chụp), cầu, các phục hình cố định kim loại-sứ, kim loại-nhựa, chốt ống tủy, hàm khung Hợp kim cần. 1 HỢP KIM ĐÚC NHA KHOA GS. Hoàng Tử Hùng MỤC TIÊU: Sau khi nghiên cứu bài này, sinh viên có thể: 1. Thảo luận được lịch sử phát triển của hợp kim nha khoa, 2. Trình bày