Współczesne dentystyczne materiały ceramiczne

26 września 2017, Adam Dederko

Aktualnie wykorzystywane w protetyce stomatologicznej materiały ceramiczne da się sklasyfikować na dwie grupy. Po pierwsze na ceramiki wielofazowe z niebagatelnym udziałem fazy szklanej. Nierzadko grupę tych materiałów nazywa się ceramiką szklaną. Do tej grupy przyporządkować należy klasyczne ceramiki dentystyczne o mikrostrukturze wielofazowej. Generalnie zawierają one amorficzne, przezierne fazy szklane bazujące przede wszystkim na skaleniach, w której zatopione są kryształy leucytu lub też dwukrzemianu litu. Dzielone są one w postaci proszku, następnie kształtowane w formie masy plastycznej, a na końcu wypalane w piecu. Materiały tego rodzaju wykorzystuje się zazwyczaj do licowania uzupełnień na podbudowie metalowej, jak też do produkcji licówek oraz wkładów koronowych tudzież pojedynczych koron ceramicznych. Na drugą grupę składają się ceramiki pozbawione fazy szklanej, precyzowane jako ceramiki tlenkowe. Tworzywo to wyróżnia czysto krystaliczna jednofazowa mikrokonstrukcja, a oprócz tego duża trwałość. Między sztandarowymi reprezentantami tego rodzaju materiałów odznaczyć można ceramikę kordunową (alumina) Al2O3 ponadto ceramikę cyrkonową (cyrkon) ZrO2. Opracowanie tego typu materiałów odbywa się zwykle za pomocą technologii sterowanego frezowania gotowych, poddanych bądź też nie poddanych synkretyzacji bloczków. Zaś wyroby te mają w głównej mierze zastosowanie podczas realizacji podbudowy pojedynczych koron w części przedniej i bocznej, jak również mostów ceramicznych. W dalszej kolejności, w trakcie następnego etapu wykonawstwa laboratoryjnego przedstawiane podbudowy poddawane są licowaniu z wykorzystaniem standardowych ceramik.

Ortodonta Wrocław

Ceramika napalana na metal

Porcelanę zaliczyć można do kategorii ceramik służących do napalania na metal. Porcelana dentystyczna stanowi typ masy ceramicznej wielofazowej, której zawartość procentowa fazy szklistej jest spora. Do typowych surowców, które wykorzystywane są do jej produkcji należą skaleń, kwarc , jak również kaolin. Jednakże to skalenie stanowią najwyższą procentową wartość pomiędzy wszystkimi składowymi porcelany dentystycznej, w odróżnieniu do innych odmian porcelany. Oprócz skaleni, do wyrobu porcelany, wykorzystywany jest w szczególności krzemian glinowo-potasowy (ortoklaz) K2Al2Si6O16, znany jako szpat polny. Odgrywa on decydującą rolę w trakcie realizacji porcelany, a w czasie wypalania topi się on przybierając strukturę szklistą, dzięki czemu porcelana nabiera odpowiedniej przezierności. Do innych rodzajów skaleni, uwzględnianych w kompozycji porcelany, zaliczyć można krzemian glinowosodowy (albit) Na2Al2Si6O16, a także krzemian glinowowapniowy ( anortyt) CaAl2Si2O8. Natomiast kwarc (SiO2) tworzy jedną z odmian krzemionki, a w wypalonej mieszaninie uzyskuje formę kryształów, jak również tworzy szkielet masy. Co najistotniejsze kwarc intensyfikuje twardość oraz wytrzymałość chemiczną porcelany, ponadto minimalizuje jej kurczliwość. Tymczasem kaolin, również określany mianem glinki porcelanowej, wyróżnia się wysoką temperaturą topnienia i na skutek tego kształtuje swoisty szkielet wypalonego przedmiotu. Zaś stężenie kaolinu podwyższa temperaturę topnienia porcelany, jak również poprawia jej parametry mechaniczne. Natomiast obecność tlenku glinu w kaolinie sprawia, że porcelana ma mniejszą przezierność. Porcelanę uzupełnia się oprócz tego różnymi związkami chemicznymi, na przykład boraksem, tlenkiem tytanu, węglanem sodowym, które wywołują zmianę poszczególnych wartości fizycznych, takich jak na przykład obniżenie temperatury topnienia. Znajdujące się w porcelanie barwniki w formie tlenków metali barwią ją na specyficzny kolor, jak również mogą odbijać się małą przeziernością materiału. W trakcie wypalania masy porcelanowej pojawia się skurcz, sięgający 15 – 30%. Oddziałuje na niego ilość wody wykorzystanej podczas zarabiania suchej masy porcelanowej, a ponadto zawartość, wielkość oraz kształt ziaren kryształów. Chropawość porcelany zaś ma związek z jej składem, wielkością i kształtem ziaren kryształów, metodą zarabiania, jak też procedurą wypalania i rozkładu temperatur podczas wypalania. Szorstkość porcelany standardowej równa się 4 – 8%, zaś porcelany wypalanej próżniowo 1%. Uzupełnienie masy ceramicznej o składniki wysoko topliwe, w szczególności o kaolin podwyższa porowatość tworzywa, podczas gdy domieszka skaleni oraz topników prowadzi do jej zmniejszenia. Niemniej jednak, także wielkość i kształt kryształów wpływa na stopień porowatości, a pokaźne uzupełnienie gruboziarnistymi składnikami intensyfikuje tę szorstkość. Jednak pory naruszają strukturę materiału, ale przede wszystkim redukują jego przezierność. Aktualnie w gabinetach stomatologicznych ażeby obniżyć porowatość korzysta się z wypalania próżniowego, bądź też z wypalania w środowisku gazu, gdyż posiada on zdolność dyfuzji z porcelany, jak również chłodzenia ciśnieniowego, którego rolą jest zredukowanie wielkości tworzących się porów. Tymczasem przezierność porcelany ma związek ze składem jej masy, wielkością kryształów, porowatością oraz ilością części szklistej. Część szklista głównie tworzy się na skutek skaleni. Kaolin zaś, w wyniku zawartości Al2O3 ogranicza przeświecalność. Zbytnia chropawość prowadzi do zmleczenia masy ceramicznej, a to nadaje odmienną postać planowanej barwie oraz przeświecalności. Kwarc podwyższa, podczas kiedy skaleń minimalizuje twardość tworzywa.

Ortodonta

Nie ma przeszkód aby porcelany dentystyczne pogrupować mając na uwadze ich poziom topliwości. I tak, wyodrębnić można porcelany dentystyczne wysoko topliwe (1370 – 1290 stopni Celsjusza); średnio topliwe (1260 – 1090 stopni Celsjusza) oraz nisko topliwe (1070 – 860 stopni Celsjusza). Porcelany wysoko topliwe wykorzystywane są przede wszystkim do wyrobu zębów do protez ruchomych, jak również do produkcji koron pochewkowych. Porcelanę wysoko topliwą wyróżnia duża twardość oraz odporność na ściskanie, ale także niewielka oporność na zginanie i nieznaczna nasiąkliwość. Zaś porcelany nisko i średnio topliwe są przeznaczone do realizacji uzupełnień stałych na podbudowie metalowej odlewanej i wytwarzanej w trakcie procesu galwanoformingu, a ponadto podczas realizacji uzupełniń jednolicie ceramicznych, jak też są przeznaczone do licowania podbudowy ceramicznej. W systemach ceramiki napalanej na metal wypracowanie dobrego wyniku w kontekście estetyki łączy się z warstwowym nanoszeniem ceramiki na podbudowę metalową. W związku z tym, wyróżnić można trzy typy porcelany warstwowej. Porcelanę maskującą (opaquerową), która jest nieprzezierna i bezpośrednio powleka metal nadając bazowy kolor przyszłemu uzupełnieniu. Natomiast porcelana zębinowa tworzy podstawę licowanego uzupełnienia, nadając kształt oraz barwę zęba, a dodatkowo jest w niewielkim stopniu przezierna. Zaś porcelanę szkliwną cechuje spora przezierność, porównywalną do naturalnego szkliwa, która daje możliwość wypracowania obiecującego efektu estetycznego. Porcelany dentystyczne da się także posegregować mając na uwadze ich budowę jak też sposób powstawania, a zatem na konwencjonalne i hydrotermalne. Zatem ceramika konwencjonalna (leucytowa) wyróżnia się dwiema fazami powstawania, zaś proces jej produkcji obejmuje fazę krystalizacji, w której tworzą się kryształy leucytu, również fazę zeszklenia podczas, której dochodzi do otoczenia kryształów przez szkło. Porcelana taka demonstruje budowę dwufazową w formie kryształów leucytu otoczonych szkłem. Porcelanę leucytową cechuje niewielka odporność mechaniczna oraz spora kruchość. Ażeby uefektywnić parametry opracowano ceramikę szklano-hydrotermalną, którą wyróżnia jednofazowość procesu powstawania. Jej formuła chemiczna jest równorzędna ze składem ceramiki konwencjonalnej. Atomy tlenu wymieniono tu na grupy hydroksylowe, dzięki czemu tworzywo to charakteryzuje duża przezierność, jak również sposobność osiągnięcia efektu opalizacji. Porcelana hydrotermalna ujawnia dodatkowo mniejszą twardość, jak też wypalana jest w niższych temperaturach.

Ortodoncja

Licowanie porcelaną uzupełnień na podbudowie metalowej korzysta z technologii, w której następują po sobie kolejne fazy, takie jak zarabianie suchej masy porcelanowej wodą, formowania, suszenie, wypalanie oraz szkliwienie. Wypalanie masy porcelanowej ma miejsce w piecach ceramicznych w wysokich temperaturach. Podczas wypalania woda paruje, minerały ilaste topnieją i tworzy się masa szklista, która spaja ziarna kryształów. W czasie tego procesu pojawia się też skurcz porcelany na skutek zagęszczenia ziaren kryształów. Razem ze zwiększeniem temperatury wypalania dochodzi do redukcji porowatości oraz zwiększenie trwałości i odporności chemicznej. Tak samo istotnym działaniem technologicznym jest poprawne tempo studzenia materiału gdyż za szybkie schłodzenie najprawdopodobniej pociągnie za sobą pękanie porcelany. Do charakterystycznych cech porcelany dentystycznej zaliczyć można, na przykład zobojętnienie chemiczne, biozgodność (jest dobrze tolerowana przez tkanki okalające), przezroczystość, a także fakt, że nie zmienia ona koloru w środowisku jamy ustnej, nie ściera się ( stabilność kształtu), przejawia ona również niewielką wytrzymałość na zginanie, ale za to sporą na ściskanie i co najważniejsze wyróżnia się bezkonkurencyjną estetyką z racji swojej przezierności, możliwości barwienia, stabilności barwy, jak też odporności na przebarwienia. Natomiast stopy metali używane podczas napalania porcelany powinny zyskać parametry dające możliwość łączenia ich z ceramiką. Metal i porcelana winny odznaczać się równorzędną temperaturą topnienia oraz współczynnikiem rozszerzalności termicznej. Stopy stomatologiczne, wykorzystywane do wykonania uzupełnień stałych, można podzielić na szlachetne jak również nieszlachetne. Do stopów szlachetnych zakwalifikować można przede wszystkim stopy powstałe na bazie niklu, kobaltu jak też stopy tytanu. Zintegrowanie metalu z ceramiką jest formą chemicznego wiązania i ma kilka metod postępowania. Między nimi można wyszczególnić siły adhezyjne, siły Van der Waalsa, naprężenia ściskające poza tym, posiadające dominującą rolę, wiązanie za pomocą warstw tlenków tworzących się na płaszczyźnie metalu. Uzupełnienia na podbudowie metalowej licowane porcelaną cechuje spora odporność mechaniczna jak też wytrzymałość na zniszczenie, w konsekwencji tego mogą być one aplikowane w dowolnej części łuku zębowego. Na podbudowie metalowej realizowane są pojedyncze korony, ale również wieloczłonowe konstrukcje mostów. Zaś trudności z uzupełnieniami na podbudowie metalowej obejmują przede wszystkim czynniki estetyczne, ale także zastrzeżenia do ich biozgodności.

Do niedostatków estetycznych uzupełnień na podbudowie metalowej licowane porcelaną należą, na przykład uwidocznienia metalowego rantu tychże uzupełnień w formie szarawego cienia w pasie przydziąsłowym, który jest wyjątkowo zauważalne u pacjentów z wysoką linią uśmiechu. Aplikowanie jednak stopów złota może w znacznym stopniu zredukować to wrażenie, bowiem ich przeświecanie zapewnia korzystniejszy, dużo bardziej naturalny wynik aniżeli sinawe zabarwienie stopów nieszlachetnych. Nieodpowiednia transparencja uzupełnień wywołana obecnością podbudowy metalowej, albo ewentualnie niepoprawność scalenia ceramiki z metalem, stają się dodatkowymi niedoskonałościami owych uzupełnień. Również ujemną okoliczność stanowi problem z biozgodnością materiałów uzupełniń protetycznych. W trakcie laboratoryjnych realizacji stałych uzupełnień protetycznych wykorzystuje się metale oraz stopy metali szlachetnych jak również nieszlachetnych. Bogactwo metali jak też ich stopów używanych w protetyce stomatologicznej może stanowić niewątpliwe niebezpieczeństwo dla zdrowia pacjenta. I tak, wdrożenie różnych metali, między innymi stopów złota, może powodować pojawienie się reakcji elektromechanicznych w jamie ustnej, korozję uzupełnień, co więcej niełatwe do rozpoznania reakcje alergiczne. Natomiast wdrożenie techniki galwanicznej podczas realizacji uzupełnień stałych pozwoliło na wprowadzenie czystego złota (99,99%) , a także usunięcie części wad uzupełnień na podbudowie metalowej, sporządzanych metodą odlewania. W systemie galwanoformingu można realizować wkłady, nakłady, korony, korony teleskopowe oraz nie za bardzo rozległe mosty. Technika galwanoformingu oparta jest głównie na tworzeniu czapeczek koron z czystego złota metodą galwanicznego odkładania się warstwy metalu na słupku tworzącym elektrodę, przez którą przechodzi prąd o ustalonej intensywności. Galwanizacja zaś sprowadza się do zastosowania zjawiska elektrolizy. Roztwór elektrolitu ma w swoim składzie aminę złota, natomiast wytrącanie się złota ma miejsce na płaszczyźnie katody. Szczególnie popularnym urządzeniem wykorzystywanym do galwanoformingu jest Helioform Hafnera. I tak, wstępnie dokonywana jest kopia słupka filarowego z masy epoksyndowej, w dalszej kolejności zostaje on pokryty warstwą srebra i łączony z drutem miedzianym, który tworzy katodę układu elektrolitycznego. Tymczasem właściwe dopasowanie intensywności prądu, czasu, jak też temperatury pociąga za sobą kumulowanie pewnej warstwy ze złota. Wypracowana skutkiem tego złota powierzchnia wyróżnia się odmienną strukturą krystaliczną o większej odporności mechanicznej, a także twardości, bez mała czterokrotnie większą aniżeli podczas procedury odlewania. Do walorów uzupełnień realizowanych techniką galwaformingu zaliczyć można biozgodność, wyjątkową szczelność brzeżną, homogenność struktury, usunięcie chropawości powierzchni oraz intensyfikacja odporności, spora oszczędność materiału, w zestawieniu z techniką odlewania, znakomita estetyka, porównywalna z uzupełnieniami jednolicie ceramicznymi. Jednakże za słaby punkt systemu galwanoformingu można przyjąć niedobór warstwy tlenków, które zapewniałyby połączenie ceramiczne. Z tej przyczyny aplikowana jest przez lekarzy emulsja złoto-porcelanowa, która daje gwarancję na scalenie z porcelaną.

Ortodoncja Wrocław

Ceramikę szklaną wyróżnia to, że w swoim składzie zawiera macierz szklaną tworzącą się przede wszystkim ze szpatu polnego, w której ulokowane są kryształy na ogół leucytu bądź też krzemiany litu. Materiały te ukazują budowę wielofazową. Sposób produkcji tego typu uzupełnień bazuje przede wszystkim na formowaniu uzupełnień z masy w stanie plastycznym, w następnej kolejności ich wypalaniu w piecu ceramicznym, dzięki czemu utrwalony zostaje ich kształt. Materiały te są przeznaczone na ogół do realizacji wkładów koronowych, licówek czy też pojedynczych koron. Ceramikę tę stosuje się także do licowania uzupełnień na podbudowie metalowej. Do tego typu ceramik zaliczają się także ceramiki infiltrowane szkłem, wyróżniające się dwufazową formą obejmującą przede wszystkim kryształy tlenku glinu, cyrkonu ewentualnie magnezu, jak również fazy szklanej powstałej ze szkła lantanowego. Zaś jako drugi typ materiałów ceramicznych można podać ceramiki tlenkowe, które cechuje spora odporność. W ich budowie występuje mikrostruktura jednofazowa, mająca za podstawę kryształy tlenku glinu a także tlenku cyrkonu. Procedura ich produkcji opiera się głównie na sterowanym komputerowo frezowaniu gotowych prefabrykatów. W dalszej kolejności są one poddawane opracowaniu, zależnie od systemu, w formie zsynteryzowanych bloczków bądź też gotowych spieczonych. Z tego rodzaju materiałów opracowuje się w szczególności korony z części przedniej oraz bocznej, jak również podbudowę mostów. Natomiast klasyfikacja systemów wedle Ahmada ma za podstawę sumę warstw materiału ceramicznego przeznaczonego do realizacji uzupełnienia. Jednowarstwowe systemy ceramiczne (uni-layer all-ceramoc system) otrzymują wzmocnienie na strukturach zęba dzięki wdrożeniu systemu łączącego, tak by wypracować jednorodną strukturę z płaszczyzną zęba. Ceramiki jednowarstwowe podlegają procesowi wytrawiania, zastosowania silanu oraz wiązaniu z zębiną i szkliwem za pomocą systemu wiążącego. W wyniku adhezyjnego połączenia ze strukturami zęba polepszają się ich parametry wytrzymałościowe. Zaś w tej grupie ceramik Ahmad wyodrębnia ceramiki szklane, to znaczy skaleniowe jak również ceramiki tłoczone. Za drugi rodzaj ceramik można przyjąć systemy dwuwarstwowe (bi-layer all-ceramic system), gdzie trwałość w tej grupie konstrukcji gwarantuje spora wytrzymałość mechaniczna podbudowy ceramicznej opierającej się na tlenku glinu bądź cyrkonu. Materiały tego typu nie poddają się działaniu kwasu fluorowodorowemu jak też scaleniu z wykorzystaniem systemów adhezyjnych. Niemniej jednak ostatnie analizy wykazują możność wykorzystania cementów adhezyjnych w trakcie umieszczania uzupełnień z tej grupy materiałów, ażeby otrzymać uzupełniające łączenia chemiczne między budową zęba a materiałem ceramicznym.

Materiały ceramiczne Wrocław

Ceramika bez podbudowy metalowej

Rok 1903 to czas, w którym Land zrobił pierwszy krok w kierunku wykorzystania podczas zabiegów stomatologicznych pierwszych koron ceramicznych. Zaś lata trzydzieste XX wieku zainaugurowały produkcję koron, które aplikowano w charakterze uzupełnień protetycznych pojedynczych zębów. Jednakże rozwiązanie to definitywnie ustąpiło miejsca uzupełnieniom ceramicznym na podbudowie metalowej na początku lat sześćdziesiątych XX wieku. Niemniej jednak, w roku 1965 McLean oraz Hughes przygotowali porcelanę glinkową, którą współcześni lekarze aplikują swoim pacjentom do dnia dzisiejszego. Tymczasem lata osiemdziesiąte minionego stulecia, to czas kiedy po raz kolejny nasiliło się zainteresowanie systemami ceramicznymi wykorzystywanymi podczas produkcji uzupełnień protetycznych bez podbudowy metalowej. Ze względu na liczne wątpliwości obejmujące uzupełnienia na podbudowie metalowej, aktualny postęp w dziedzinie materiałoznawstwa protetycznego zmierza w kierunku wykluczenia metali oraz ich stopów, jak również wymiany na materiały ceramiczne. Zaś rozwój procedur ich produkcji kieruje się z kolei ku podwyższeniu wytrzymałości do wartości równorzędnych z uzupełnieniami na podbudowie metalowej. Materiały ceramiczne pozostają biozgodne i dodatkowo mają znakomite wartości estetyczne, lecz ich niewielka odporność mechaniczna stanowi niewątpliwy minus. Dzisiaj wykorzystywane w gabinetach stomatologiczno-protetycznych systemy ceramiczne można podzielić zgodnie z różnymi kryteriami. I tak, klasyfikacja może się odbywać zależnie od składu materiałowego, rodzaju procesu technologicznego wytwarzania, możliwości zastosowania oraz sposobu osadzania. W chwili obecnej, poszczególne systemy wykorzystywane przez lekarzy dają możliwość preparacji różnych materiałów do różnych zastosowań klinicznych. Użytkowane w latach osiemdziesiątych XX wieku materiały ceramiczne bez podbudowy metalowej zróżnicowano w zależności od techniki użytej do produkcji uzupełnień protetycznych na cztery podstawowe rodzaje. Po pierwsze na systemy z twardą podbudową (Hi-Ceram, In-Ceram); po drugie na ceramikę warstwową (Mirage, Optec); po trzecie na ceramikę tłoczoną (Empress); po czwarte na ceramikę laną (Dicor). Natomiast Rosenblum i Schulman uzupełnili ten zbiór o systemy ceramiczne wykorzystywane do realizacji uzupełnień protetycznych z komputerowym wsparciem projektowania oraz wytwarzania (systemy CAD/CAM). Przetwarzają one wartości analogowe modelu roboczego na dane numeryczne za pomocą skanera i dalej przesyłają je obrabiarce numerycznej, celem zmaterializowania ewentualnego uzupełnienia, bądź też jego podbudowy ceramicznej. Nie ma przeszkód aby podzielić materiały ceramiczne również przez wzgląd na stosowany typ materiału tworzącego ich podbudowę. I tak, jest to tradycyjna porcelana; ceramika glinowa (Hi-Ceram, Cerastore, In-Ceram, Procera); ceramika powstała na bazie miki (Dicor); ceramika leucytowa (Optec, Empress); ceramika dwukrzemowo-litowa (Empress 2); ceramika glinowa oraz cyrkonowa (In-Ceram Zirconia, Procera). Natomiast dodatkowe rozróżnienie może klasyfikować współczesne materiały ceramiczne do przygotowania uzupełnień na ceramikę z fazą szklaną, tak zwaną ceramikę szklaną oraz ceramikę bez fazy szklanej, tak zwaną ceramikę tlenkową o sporej odporności.