Литейный сплав на основе никеля для стоматологии

 

Изобретение относится к металлургии сплавов, используемых для металлокерамического протезирования в стоматологии /цельнолитные каркасы для облицовки керамикой/. Изобретение позволяет обеспечить наилучшее, оптимальное сочетание свойств, предъявляемых в металлокерамическом протезировании к литейным сплавам. Сплав содержит следующие компоненты, мас. кремний 4,0 5,0; алюминий 4,0 6,0; молибден 0,5 1,5; углерод 0,15 0,25; никель остальное, которые образуют алюмосилицид никеля, легированный небольшим количеством молибдена и углерода. 2 табл.

Предлагаемое изобретение относится к металлургии сплавов, а именно сплавов, используемых в стоматологии для металло-керамического протезирования (цельнолитые каркасы для облицовки керамикой).

В настоящее время известны сплавы на основе никеля, применяемые в металлокерамическом протезировании для облицовки керамикой цельнолитых каркасов коронок и мостов (см. табл. 1), которые должны отвечать следующему комплексу требуемых свойств: хорошие плавильные и литейные качества (невысокая температура плавления, возможность плавления на воздухе с образованием минимального количества шлака, высокая жидкотекучесть, заполнение тонких сечений толщиной до 0,3 0,5 мм, отсутствие горячих трещин и усадки); возможность легкой механической обработки отлитых каркасов, что обычно гарантируется низкой твердостью сплава; прочное сцепление с основным металлом пленки, образующейся после обжига на поверхности отливок, и достаточно светлый ее цвет, исключающий просвечивание сквозь слой керамики и потемнение зубов; прочное сцепление между керамикой и цельнолитым каркасом и соответствующая величина коэффициента термического расширения (КТР) в диапазоне температур 20 600^оС, т.к. КТР сплава должен несколько превышать значение КТР керамики с тем, чтобы обеспечить требуемый уровень сжимающих напряжений в керамике после обжига отливок, облицованных керамикой; хорошая способность цельнолитых каркасов сохранять форму, что обеспечивается повышенным значением предела текучести (σ_0,2) с гарантией от их разрушения, что обеспечивается определенным запасом пластичности (достаточно высокие значения удлинения δ и сужения площади поперечного сечения Ψ при растяжении); высокая коррозионная стойкость и отсутствие токсичности сплава в среде полости рта; и, наконец, невысокая стоимость и дефицитность используемых при производстве сплава материалов и процессов.

Выбор композиции того или иного сплава определяется стремлением к достижению наилучшего, оптимального сочетания указанных свойств, которые часто (см. табл. 1) взаимоисключают друг друга (например, снижение твердости с целью улучшения обрабатываемости сопровождается, как правило, снижением значений предела прочности и, главное, предела текучести, которое приводит к повышенной деформируемости сплава, что нежелательно).

Известен сплав по заявке ФРГ N 3609132 (N 1 табл. 1), содержащий 50 67% никеля. Сплав выплавляют в вакууме 5 Па и разливают в прогретые литые формы в вакууме или атмосфере инертного газа при давлении 5 ˙ 10⁴ Па. Сплав обладает не очень высокими значениями пределов прочности и текучести. Сплав по патенту ФРГ N 3630321 (N 2 в табл. 1), содержащий 49 78% никеля, имеет более высокую твердость и более высокую пластичность, что улучшает его обрабатываемость, но достигнуто это ценою снижения величины предела текучести.

Сплав по патенту США N 4812288 (N 3 в табл. 1), содержащий 62 70% никеля, обладает более высокими плавильными и литейными характеристиками по сравнению с ранее рассматриваемыми плавками, что гарантируется более высокой концентрацией кремния, но достигается это за счет роста твердости, т.е. ухудшения обрабатываемости, и снижения значительного предела текучести и пластичности.

Наиболее близким к предлагаемому сплаву является сплав по патенту ФРГ N 2713755 (N 4 в табл. 1), содержащий 67 71% никеля. Недостатком сплава является высокая твердость и низкая пластичность, т.е. затруднительная обрабатываемость сплава.

Общим недостатком известных сплавов является высокое содержание в них РЗМ (Co, La), введение и однородное распределение которых в литых сплавах весьма затруднительны, с чем и связаны значительные пределы разброса (0,1 1,5% ) их концентраций и, соответственно, свойств сплавов (см. табл. 1). Это объясняется тем, что основное требование к сплавам для металлокерамического протезирования хорошая адгезионная способность их к сцеплению с керамикой удовлетворяется пропорционально возрастанию концентрации РЗМ в сплаве, но одновременно с ее возрастанием увеличивается вероятность появления горячих трещин, что особенно сказывается в тонкостенных сечениях литых каркасов.

Другим общим недостатком известных сплавов является высокое (15 32%) содержание в них хрома, который обеспечивает высокую коррозионную стойкость сплавов, повышение концентрации которого приводит к образованию после обжига темной пленки, что ведет в дальнейшем к потемнению зубных протезов.

Технической задачей является создание такого сплава, который обладал бы наилучшим сочетанием свойств, требуемых в металлокерамическом протезировании.

Техническая задача была решена следующим образом. Предложен сплав следующего состава (в по массе) алюминий 4,0-6,0; кремний 4,0 5,0; молибден 0,5-1,5; углерод 0,15-0,25; никель основа, который представляет из себя практически алюмосилицид никеля Ni₄AlSi, легированный небольшим количеством молибдена и углерода. Алюмосилицид никеля выбран в качестве основы по той причине, что интерметаллиды являются промежуточным классом материалов между металлами и керамикой. Вследствие чего обеспечивается основное требование к сплавам для металлокерамического протезирования хорошее их сцепление с керамикой, тем более, что алюмосилицид Ni₄AlSi наиболее близок по составу к стоматологической керамике. Последняя представляет собой шпинель SiO₂ ˙Al₂O₃. Сплав же перед нанесением керамики подвергается обжигу в низком вакууме, при котором на нем образуется пленка, содержащая окислы Al₂O₃ и SiO₂.

В отличие от известных сплавов, представляющих из себя твердые растворы на основе никеля, являющегося аллергеном, не должно по патенту США N 4812266 его содержание превышать 70% в предложенном же сплаве никель связан в сложный интерметаллид, снижающий поступление ионов никеля в среду полости рта, что подтверждается общеизвестной коррозионной стойкостью интерметаллидов. Кроме того алюмосилицид Ni₄ AlSi обладает целым рядом свойств для использования его в металлокерамическом протезировании, а именно: а) хорошие плавильные (t^о плавления1280^оС) и литейные свойства (минимальный температурный интервал кристаллизации, т.е. двухфазной твердо-жидкой области, обеспечивающей высокую жидкотекучесть и низкую усадку сплава при кристаллизации); б) хорошую обрабатываемость (объясняемую природой интерметаллидов, несмотря на достаточно высокую твердость сплава); в) светло-матовый цвет пленки после обжига, вследствие отсутствия в сплаве хрома; г) более высокие по сравнению с известными сплавами значения предела прочности, текучести, пластичности и низкий КТР, близкий по значению к керамике.

Введение в сплав небольшого количества молибдена в сочетании с углеродом повышает значения пределов прочности и текучести за счет образования карбида молибдена не ухудшая существенно обрабатываемости сплава. Избыточное по сравнению с образованием карбида содержание углерода повышает пластичность сплава и снижает опасное количество с точки зрения возникновения горячих трещин неметаллических включений за счет действия как при вакуумной выплавке сплава, так и при литье в открытых печах в условиях клиники. Для уточнения состава была выплавлена серия сплавов с переменной концентрацией легирующих элементов и определены их физические и механические свойства (табл. 2).

Сплавы выплавлялись по стандартной технологии на шихтовых материалах (никель, кремний, алюминий, молибден и углерод), используемых при производстве никельсодержащих сплавов.

Предложенный материал опробован для изготовления литых металлокерамических зубных протезов и мостов. При сравнительных исследованиях установлено, что предложенный материал имеет хорошие плавильные и литейные свойства, удовлетворительно обрабатывается медицинским инструментом, имеет качественную прочную связь с керамикой, светлый цвет и не токсичен. При сравнительных испытаниях известных и предложенного материала установлено, что прочность связи керамики с основой из предложенного материала в 3 4 раза выше.

Таким образом, установлено, что применение предложенного материала позволяет повысить качество и надежность стоматологических изделий из-за высокого уровня твердости, прочности и предела текучести, а также лучшего сцепления со слоями керамики и более низкой токсичностью.

Формула изобретения

ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ ДЛЯ СТОМАТОЛОГИИ, содержащий кремний, молибден и углерод, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.

Кремний 4 5 Алюминий 4 6
Молибден 0,5 1,5
Углерод 0,15 0,25
Никель Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2