Способ изготовления порошковых материалов для плазменного напыления ретенционных покрытий

 

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для плазменного напыления ретенционных покрытий зубных протезов. Способ включает приготовление смеси заданного состава, ее размол до размеров 1-8 мкм, гранулирование в 2,5%-ном растворе поливинилового спирта, протирку через сито с ячейками, в 2-3 раза превышающими необходимый размер порошка, спекание при температуре 1000-1300°С, дробление и рассев. При этом смесь готовят так, что порошковый материал имеет коэффициент термического расширения, составляющий 0,85-0,9 от коэффициента термического расширения материала монолитной основы зубных протезов. Способ позволяет получать порошки кобальтхромовых, кобальтникелевых сплавов, стоматологической нержавеющей стали. Дисперсность таких порошков составляет 40-100 мкм. Ретенционные покрытия из них имеют высокую адгезионную прочность. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к порошковой металлургии и касается порошковых материалов для плазменного напыления ретенционных покрытий зубных протезов.

В последние 7-8 лет в ортопедической стоматологии стали широко применяться плазмонапыленные ретенционные покрытия (микроперлы), позволяющие повысить прочностные и эстетические свойства зубных протезов с пластмассовой или керамической облицовкой (А.С. N 1732961, 1992 г., патент РФ N1811816, 1993 г., патент РФ N 2071289, 1997 г., патент РФ N 2071290, 1997 г.).

Для нанесения ретенционных покрытий требуются порошковые материалы, идентичные или близкие по стехиометрическому составу металлической основе зубных протезов, изготавливаемой из стоматологических кобальтхромового, кобальтникелевого сплавов, специальной нержавеющей стали.

Известен порошковый материал для напыления покрытий (патент РФ N2020034, кл. В 22 D 11/04, 1994), состоящий из Cr, It, Ni/Co, полученный методом твердофазного спекания и горячего прессования. Данный порошок не предназначен для использования в стоматологии и не может быть использован для нанесения ретенционных покрытий. Кроме того, возможное воздействие входящего в состав порошка It на слизистую оболочку полости рта не изучено.

Ближайшим, по мнению авторов, аналогом (прототипом) является патент РФ N2021882, кл. В 22 F 3/12, 1994, по которому стоматологический материал на основе системы кобальт-хром получают из шихты путем измельчения, просеивания, смешивания, прессования полученного материала в таблетки, причем в кобальтохромовую смесь добавляют порошки молибдена и никеля, просеянные до размеров 20- 80 мкм. Соотношение компонентов в стоматологическом материале, мас. %: Cr-25,4-28,5; Ni-3,1-3,8; Mo-3,5-4,5, остальное-Co. Однако получение порошка для плазменного напыления из таблетированного материала представляет определенные трудности, обусловленные технологическими особенностями процесса таблетирования.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является изготовление порошковых материалов для плазменного напыления ретенционных покрытий зубных протезов, идентичных или близких по составу сплавам и сталям, используемым для изготовления каркасов зубных протезов.

Предлагаемый способ изготовления порошковых материалов для плазменного напыления ретенционных покрытий включает смешивание исходных компонентов, размол, гранулирование, спекание, дробление и рассев, причем первоначально готовят смесь заданного состава, производят размол смеси до размеров 1-8 мкм, гранулируют в 2,5%-ном растворе поливинилового спирта, протирают через сито с ячейками, в 2-3 раза превышающими необходимый размер порошка, спекают при температуре 1000-1300^oC. Окончательными операциями являются размол и рассев полученного порошка до нужных фракций. Смесь готовят таким образом, что порошковый материал получают с коэффициентом термического расширения (КТР), равным 0,85-0,9 от КТР материала монолитной основы зубных протезов.

Для получения порошкового материала приготавливают смесь необходимых компонентов (например, при получении порошка кобальтохромового сплава в состав смеси входят Со, Cr, Mo, Mn, Fe, Ni, C и Si) путем мокрого размола в среде этилового спирта в шаровой мельнице. После размола смеси размер крупных частиц не превышает 5-8 мкм, а размеры основной фракции составляют 1-2 мкм. Измельченную смесь сушат в вакуумном электрическом шкафу. Размол смеси дает позитивный результат, так как при дальнейшем спекании межфазовые переходы проходят полнее, полученный порошок имеет улучшенные свойства.

Гранулирование проводят в 2,5%-ном растворе поливинилового спирта. Применение пластификатора данной концентрации позволяет в дальнейшем производить разрыхление образовавшихся комков при протирании через сито с ячейками, в 2-3 раза превышающими необходимый размер порошка. Благодаря этому удается получить максимальный выход порошка необходимых для плазменного напыления ретенционных покрытий размеров (40-100 мкм).

Спекание проводят при температуре 1000-1300^oC. При данной температуре можно проводить спекание для ряда стоматологических материалов: кобальтохромовых и кобальтоникелевых сплавов, нержавеющей стали, имеющих близкую температуру плавления. При температуре 1000^oC начинается заметная усадка, что свидетельствует об активизации процесса спекания. С увеличением температуры спекания до 1300^oC усадка медленно растет. Пористость образца медленно уменьшается, что позволяет получить достаточно монолитный материал и говорить о полном прохождении межфазовых переходов, что повышает качество получаемого порошка. Окончательными операциями получения порошка являются измельчение спеченных заготовок и ступенчатый рассев до необходимых размеров (40-100 мкм).

При изготовлении порошков для плазменного напыления ретенционных покрытий зубных протезов большое внимание следует уделять коэффициенту термического расширения (КТР). При значениях КТР, равных 0,85-0,9 от КТР материала монолитной основы зубных протезов прочность ретенционного слоя и адгезия повышаются. Это объясняется тем, что при изменении температуры, например при нагревании, расширение поверхностного ретенционного слоя будет меньше, чем монолитной основы. При этом ретенционный слой как бы "вдавливается" в основу и прочность сцепления возрастает. Увеличение КТР порошка свыше 0,9 от КТР основы может привести к растрескиванию покрытия и нарушению целостности облицовки зубного протеза. Уменьшение значения КТР менее нижнего предела (0,85) приводит к нарушению идентичности состава материалов основы и ретенционного покрытия.

Применение предлагаемого способа позволяет получать порошковые материалы для ортопедической стоматологии, идентичные или близкие по стехиометрическому составу монолитным стоматологическим материалам. Использование полученных предлагаемым способом порошков для плазменного напыления ретенционных покрытий зубных протезов дает возможность увеличить адгезионную прочность и, соответственно, улучшить качество и эстетический вид зубных протезов, а также продлить срок их эксплуатации.

Предложенные признаки, а именно приготовление смеси заданного состава, размол смеси до размеров 1-8 мкм, гранулирование в 2,5%-ном растворе поливинилового спирта, протирание через сито с ячейками, в 2-3 раза превышающими необходимый размер порошка, спекание при температуре 1000-1300^oC, получение порошка с коэффициентом термического расширения (КТР), равным 0,85-0,9 от КТР материала монолитной основы зубных протезов, в известных решениях не обнаружено, что позволяет сделать вывод о том, что предложенное решение отвечает критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Пример. Был изготовлен порошок для плазменного напыления ретенционных покрытий зубных протезов на основе кобальтохромового сплава, состав,%: С - 0,25; Si - 0,5; Mn - 0,6; Cr - 25-28; Ni - 3,0; Co - 62; Mo - 4,4 - 5,5; Fe - 0,5. Приготовление смеси проводилось путем смешивания мокрого размола порошка входящих компонентов в шаровой мельнице, футерованной твердосплавными пластинами, в среде этилового спирта ГОСТ 128300-89 (соотношение смесь : спирт 1: 0,5) в течение 24 часов. После размола смеси размер крупных частиц не превышал 5-8 мкм, а размер основной фракции составлял 1-2 мкм. Смесь сушили в вакуумном электрическом шкафу ВШ-0,035М в течение 1 часа. Просушенную смесь замешивали на пластификаторе. В качестве пластификатора использовали 2,5%-ный раствор поливинилового спирта ТУ6-09-40004-87. Смешивание смеси с пластификатором производили вручную на противне из нержавеющей стали. Замешанную смесь сушили в вакуумном шкафу в течение двух часов при температуре 70-80^oC. Для разрыхления образовавшихся комков смесь протирали через сито с размерами ячеек 180 мкм.

Прессование осуществляли на гидравлическом прессе типа ПМП-125 в специальных пресс-формах при общем давлении прессования 1200 МПа. Полученные стержни имели длину 144 мм и диаметр 10 мм. Для придания достаточной прочности спрессованные заготовки сушили в вакуумном сушильном шкафу при температуре 120-150^oC в течение 3-4 часов. При этом удалялись летучие составляющие пластификатора, а также происходила полимеризация поливинилового спирта, что повышает механическую прочность спекаемых заготовок.

Спекание заготовок проводили в индукционной установке "Кристалл" ТУ16-532.076-87. Заготовки загружали в установку, закрепляли верхний и нижний концы в цанговые зажимы. На расстоянии 15 мм от верхнего края подводили индуктор. Камеру вакуумировали, затем напускали аргон и водород в соотношении 10: 1 до давления 1 атм. Постепенно увеличивая мощность на индукторе, доводили температуру до 1000^oC, при которой начиналось спекание. После выдержки в течение 10 мин повышали мощность до появления зоны расплава и включали механизм перемещения индуктора 4 мм/мин. После прохождения зоны расплава стержень охлаждали в камере в течение 40 мин, затем извлекали из установки.

Измельчение переплавленных стержней осуществлялось в ступке Аббиха. Стержни дробили до размеров 10-15 мм и загружали в ступку. Измельчение проходило в течение 5-10 мин, после чего производили рассев. Рассев гранул порошка осуществляли на стандартном наборе сит до фракции 40-100 мкм. Остаток на верхнем сите возвращался на дополнительное измельчение в ступку.

После плазменного напыления ретенционных покрытий зубных протезов проводили исследование коэффициента термического расширения и адгезионной прочности. КТР покрытия составлял 0,9 от КТР материала монолитной основы зубных протезов и равнялся 13,5 · 10^-6К^-1.

Адгезионная прочность имела значение 13,0 МПа.

Формула изобретения

1. Способ изготовления порошковых материалов для плазменного напыления ретенционных покрытий зубных протезов, включающий смешивание исходных компонентов, размол, гранулирование, спекание, дробление и рассев, отличающийся тем, что готовят смесь заданного состава, производят размол смеси до размеров 1 - 8 мкм, гранулируют в 2,5%-ном растворе поливинилового спирта, протирают через сито с ячейками, в 2 - 3 раза превышающими необходимый размер порошка, спекают при температуре 1000 - 1300^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь готовят так, что порошковый материал для плазменного напыления ретенционных покрытий получают с коэффициентом термического расширения, составляющим 0,85 - 0,9 от коэффициента термического расширения материала монолитной основы зубных протезов.