Введение

Стоматология сегодня не стоит на месте. Практически каждый месяц приходится слышать о новых методиках, оборудовании, материалах и т.д. Конечно, не все нововведения находят отклик у профессионалов. Но, есть один материал, который всерьёз и надолго занял свою нишу в стоматологии, который благодаря своим качествам блестяще зарекомендовал себя. И имя этому материалу – титан.

Номенклатура использования титана постоянно расширяется. На сегодняшний день его применяют как в съёмном, так и не в съёмном протезировании, в имплантологии, в ортодонтии и т.д.

В настоящее время уже освоено изготовление зубов из титана, причем исследования показали, что по коррозионной стойкости в полости рта титан не уступает драгоценным металлам. И это не предел. Не будет преувеличением сказать, что не осталось уже в стоматологии направления, где бы ни нашлось место титану.

Что касается применения, то внедрение сплавов из титана не ограничилось стоматологией. Титан широко используется во всех без исключения сферах медицины, не говоря уже о промышленности. Если говорить о титане, то на ум сразу приходит целый ряд преимуществ, которые в комплексе свойственны только ему. Биологическая индифферентность, отсутствие свойства намагничиваться, малый удельный вес, высокая прочность, коррозийная стойкость во многих агрессивных средах и доступность сделали титан почти универсальным и необходимым материалом. И это лишь малая часть тех плюсов, которые могут дать титановые сплавы.

В данном дипломном проекте будут раскрыты все грани этого революционного материала. В призме профессии зубного техника тщательно будут рассмотрены свойства титана и его сплавов, методы их получения, нюансы обработки титановых сплавов, ошибки, возникающие при работе с ним, и многое другое. Будет уделено внимание самым последним достижениям в науке и технологиям. Будут подробно разобраны как уже давно существующие титановые сплавы, применяющиеся широко во всём мире, так и самые последние разработки по данному направлению. И конечно, нельзя обойти стороной методы обработки, такие как фрезерование, шлифование титановых сплавов и т.д.

Актуальность исследования

Выбор материала для протеза является одним из важных этапов планирования протеза, так как от материала будут зависеть будущие свойства протеза. В настоящее время стремится объединить в себе сразу два ключевых и важных свойства стоматологических материалов – биоинертность и эстетичность. Одним из материалов, обладающих первым качеством является титан. Использование титана в комплексе с облицовкой керамическими массами позволяет решить вторую задачу. Таким образом решаются обе задачи – биоинертность и эстетичность. Но в современной литературе, и даже при обучении в учебных заведениях, слабо освещены нюансы работы с титаном. Поэтому необходимо подробно изучив литературу о титане, обобщить её, систематизировать и в сумме изложить в данном дипломном проекте для облегчения изучения в будущем данной темы зубными техниками.

Предмет исследования

Титан для изготовления стоматологических протезов

Объект исследования

Технология обработки титана

Цель исследования

Изучить технологии изготовления протезов из титана в стоматологии

Задачи исследования

1. Изучение литературы по данной теме;
2. Изучение свойства титана, применяемого в стоматологии;
3. Изучение технологий его обработки;
4. Сравнение технологий обработки титана.

Гипотеза

Изучение данного материала позволит определить положительные и отрицательные стороны различных технологий обработки титана и выявить самые лучшие из них, что в дальнейшем может послужить улучшением качества протезирования.

Методы исследования

Изучение отечественной и зарубежной литературы, сравнительный анализ, систематизация.

Глава 1. Особенности титана и сложности при работе с ним

1.1. Преимущества титана

В периодической системе Д.И. Менделеева титан имеет номер 22 (Ti). Внешне титан похож на сталь (рис.1).

Рис.1. Титановые имплантаты и абатменты.

Сплавы титана обладают высокими технологическими и физико-механическими свойствами, а также биоинертностью.

Конструкционные и высокопрочные титановые сплавы представляют собой твердые растворы, что позволяет им обеспечивать оптимальное соотношение характеристик прочности и пластичности.

Применение получили пористый титан, а также никелид титана, обладающий памятью формы в качестве материалов для имплантатов.

В зарубежной литературе существует точка зрения, по которой титан и его сплавы выступают альтернативой золоту. При контакте с воздухом происходит пассивизация, т.е. на поверхности титана образуется тонкий инертный слой оксида. К другим его достоинствам относятся низкая теплопроводность и способность соединяться с композиционными цементами и фарфором. Недостатком является трудность получения отливки (чистый титан плавится при 1668°С и вступает в реакцию с традиционными формовочными массами и кислородом). Следовательно, он должен отливаться и спаиваться в специальных приборах в бескислородной среде. Разрабатываются сплавы титана с никелем, которые можно отливать традиционным методом (такой сплав выделяет очень мало ионов никеля и хорошо соединяется с фарфором). Новые методы создания несъемных протезов (в первую очередь коронок и мостовидных протезов) по технологии CAD/CAM сразу устраняют все проблемы литья .

Протезирование коронковой части зуба занимает ведущее место в клинике ортопедической стоматологии и используется во все периоды формирования и развития жевательного аппарата, начиная с грудного возраста и до глубокой старости. Особое место в ортопедии занимают титановые коронки, которые отличаются следующими характеристиками:

• Биологическая инертность;
• Легкость снятия коронки;
• Низкая теплопроводность по сравнению с другими металлами и сплавами;
• Маленький удельный вес, благодаря которому протезы получаются лёгкими;
• Обладают высокой упругостью;
• Меньшая прочность на истирание, чем нержавеющая сталь при протезировании молочных зубов.

Упоминая важность применения именно титановых коронок, следует остановиться на таком стоматологическом заболевании твердых тканей зуба, как аплазия и гипоплазия эмали. Эти дефекты представляют собой пороки развития твердых тканей зуба и возникают в результате нарушения минерального и белкового обмена в организме плода или ребенка. Недоразвитие эмали — процесс необратимый и остается на весь период жизни. Поэтому наличие этих заболеваний является абсолютным показанием к применению тонкостенных титановых коронок.

Что же касается съёмного протезирования, то протезы с тонколистовыми титановыми базисами толщиной 0,3-0,7 мм имеют следующие основные преимущества перед протезами с базисами из других материалов:

• абсолютную инертность к тканям полости рта, что полностью исключает возможность аллергической реакции на никель и хром, входящие в состав металлических базисов из других сплавов;
• полное отсутствие токсического, термоизолирующего и аллергического воздействия, свойственного пластмассовым базисам;
• малую толщину и массу при достаточной жесткости базиса благодаря высокой удельной прочности титана;
• высокую точность воспроизведения мельчайших деталей рельефа протезного ложа, недостижимую для пластмассовых и литых базисов из других металлов;
• существенное облегчение в привыкании пациента к протезу;
• сохранение хорошей дикции и восприятия вкуса пищи.

1.2. Особенности титана и сложности работы с ним

Титан (Titanium) Ti - элемент IV группы 4-го периода периодической системы Д. И. Менделеева, порядковый номер 22, атомная масса 47,90. Получен в чистом виде лишь в 1925 г. Основное сырье - минералы рутил TiO2, ильменит FeTiO3 и др. Титан - тугоплавкий металл.

Получают титан восстановлением двуокиси титана металлическим кальцием, гидридом кальция, восстановлением четыреххлористого титана расплавленным натрием, металлическим магнием. Титан - перспективный материал для авиационной, химической и судостроительной промышленности и медицины. В большинстве случаев титан применяется в виде сплавов с алюминием, молибденом, ванадием, марганцем и другими металлами .

Табл.1.

Сравнительные свойства различных сплавов.

Свойства				Серебряно-палладиевый сплав	Нержавеющая сталь
Плотность (г/см³)
Твердость (HB) МПа
Прочность МПа (Н/мм 2), Rm
Модуль упругости, ГПа
Температура плавления (°С)
Теплопроводность Вт/(м К)
КТР (α 10 –6 °C –1)

Известно, что некоторые химические элементы могут существовать в виде двух или более простых веществ, отличающихся по строениям и свойству. Обычно вещество переходит из одной аллотропной модификации в другую при постоянной температуре. Титан имеет две такие модификации. α-модификация титана существует при температуре до 882,5 °С. Высокотемпературная β-модификация может быть устойчивой от 882,5 °С до температуры плавления.

Легирующие элементы придают титановому сплаву различные свойства. Для этого используются алюминий, молибден, марганец, хром, медь, железо, олово, цирконий, кремний, никель, и другие.

Легирующие добавки по-разному ведут себя в различных аллотропных модификациях титана. Изменяют они и температуру, при которой происходит α/β-переход. Так, увеличение концентрации алюминия, кислорода и азота в сплаве титана повышает это температурное значение. Область существования α-модификации расширяется. А эти элементы называют α-стабилизаторами.

Олово и цирконий не изменяют температуру α/β-превращений. Поэтому их считают нейтральными упрочнителями титана.

Все остальные легирующие добавки к титановым сплавам считаются β-стабилизаторами. Растворимость их в модификациях титана зависит от температуры. А это даёт возможность повышать прочность титановых сплавов с этими добавками с помощью закалки и старения. Используя разные типы легирующих добавок, получают титановые сплавы с самыми различными свойствами.

Для создания литых коронок, мостовидных протезов, каркасов дуговых (бюгельных), шинирующих протезов, литых металлических базисов применяется литьевой титан ВТ-5Л. Температура плавления титанового сплава составляет 1640°С.

Сплав ВТ5 (ВТ5Л) легирован только алюминием. Алюминий относится к числу наиболее распространенных легирующих элементов в титановых сплавах. Это обусловлено следующими преимуществами алюминия перед остальными легирующими компонентами:

1. алюминий широко распространен в природе, доступен и стоит сравнительно дешево;
2. плотность алюминия значительно меньше плотности титана, и поэтому введение алюминия повышает их удельную прочность;
3. с увеличением содержания алюминия повышается жаропрочность и сопротивление ползучести сплавов титана;
4. алюминий повышает модули упругости;
5. с увеличением содержания алюминия в сплавах уменьшается их склонность к водородной хрупкости. Сплав ВТ5 отличается от технического титана большей прочностью и жаропрочностью. Вместе с тем алюминий значительно уменьшает технологическую пластичность титана. Сплав ВТ5 деформируется в горячем состоянии: куется, прокатывается, штампуется. Тем не менее, его предпочитают применять не в деформированном состоянии, а в виде фасонного литья (в этом случае ему присваивают марку ВТ5Л).

Для имплантации применяется титан ВТ-6. Сплавы типа ВТ6 (Ti-6A1-4V) (α + β)-класса относятся к числу наиболее распространенных титановых сплавов и в других сферах.

Такое широкое распространение этого сплава объясняется удачным его легированием. Алюминий в сплавах системы Ti-Al-V повышает прочностные и жаропрочные свойства, а ванадий относится к числу тех немногих легирующих элементов в титане, которые повышают не только прочностные свойства, но и пластичность.

Наряду с высокой удельной прочностью сплавы этого типа обладают меньшей чувствительностью к водороду по сравнению со сплавами ОТ4 и ОТ4-1, низкой склонностью к солевой коррозии и хорошей технологичностью.

Сплавы типа ВТ6 применяют в отожженном и термически упрочненном состояниях. Двойной отжиг также позволяет повысить вязкость разрушения и сопротивление коррозионному разрушению.

Титан марки ВТ1-00 листовой используется для штампованных коронок (толщина 0,14-0,28 мм), штампованных базисов (0,35-0,4 мм) съемных протезов, каркасов титанокерамических протезов, имплантатов различных конструкций.

Металлургическая промышленность поставляет полуфабрикаты технического титана двух марок ВТ1-00 и ВТ1-0 отличающихся содержанием примесей (кислорода, азота, углерода, железа, кремния и др.). Это материалы малой прочности, причем титан ВТ1-00, содержащий меньше примесей, отличается меньшей прочностью и большей пластичностью. Основное достоинство титановых сплавов ВТ1-00 и ВТ1-0 — высокая технологическая пластичность, что позволяет получать из них даже фольгу.

Прочностные свойства титана могут быть повышены нагартовкой (наклёпом), но при этом сильно снижаются пластические свойства. Снижение характеристик пластичности выражено сильнее, чем повышение характеристик прочности, так что нагартовка не самый лучший способ улучшения комплекса свойств титана. К недостаткам титана следует отнести высокую склонность к водородной хрупкости, в связи с чем, содержание водорода не должно превышать 0,008 % в титане ВТ1-00 и 0,01 % в ВТ1-0.

1.3. Особенности обработки титана (шлифовка и полировка)

Физические свойства, фазы оксидации и изменение кристаллической решетки должны учитываться при обработке титана. Правильная обработка может успешно производиться только специальными фрезами для титана, со специальной крестообразной насечкой (рис.2). Уменьшенный угол рабочей поверхности, который дает возможность оптимально снимать достаточно мягкий металл, с одновременно хорошим охлаждением инструмента. Обработка титана должна производиться без сильного давления на инструмент.

Рис.2.

Фрезы для титана должны храниться отдельно от других инструментов. Они должны регулярно очищаться пароструйным аппаратом и щеточками из стекловолокна от остатков титановой стружки, которая достаточно прочно осаждается.

При использовании неправильного инструмента, или сильном нажиме возможны локальные перегревы металла, сопровождаемые сильным образованием оксида и изменением кристаллической решетки. Визуально на обрабатываемом объекте происходит изменение цвета и слегка грубеет поверхность. В этих местах не будет необходимого сцепления с керамикой (возможность появления трещин и сколов), если это не облицовываемые участки, то дальнейшая обработка и полировка будет также не соответствовать предъявляемым требованиям.

Использование при обработке титана различных карборундовых дисков и камней, или алмазных головок сильно загрязняет поверхность титана, что приводит в дальнейшем также к трещинам и сколам в керамике. Поэтому использование вышеперечисленных инструментов пригодно только для обработки, например, каркасов бюгельных протезов, а использование алмазных головок следует полностью исключить. Шлифовка и дальнейшая полировка открытых участков титана возможна только при помощи адаптированных для титана шлифовальных резиновых головок и полировочных паст. Многие фирмы, занимающиеся производством вращающихся инструментов, выпускают на данный момент большой ассортимент фрез и шлифовальных резиновых головок для титана.

Подходящие для титана параметры обработки:

• Низкая скорость вращении наконечника – макс. 15 000 об/мин;
• Низкое давление на инструмент;
• Периодическая обработка;
• Обработка каркаса только в одном направлении;
• Избегать острых углов и напусков металла;
• При шлифовке и полировке использовать только подходящие шлифовальные резиновые головки и полировочные пасты;
• Периодическая чистка фрез пароструйным аппаратом и кисточкой из стекловолокна.

Пескоструйная обработка, перед нанесением бондингового слоя при керамическом покрытии так же, как и при облицовке композитными материалами, должна соответствовать следующим требованиям:

• Чистый, только одноразовый оксид алюминия;
• Максимальная величина зерна песка 150 µm, оптимально 110–125 µm;
• Максимальное давление из карандаша 2 бара;
• Направление потока песка под прямым углом к поверхности.

После обработки необходимо оставить обработанный объект на 5–10 мин пассивироваться, после чего произвести чистку поверхности паром.

Оксидный обжиг или похожие процедуры при работе с титаном полностью исключаются. Использование кислот или травление также полностью исключено.

1.4.Выводы по первой главе

Исходя из материала, представленного выше, можно сделать вывод, что сплавы титана обладают существенным количеством очень важных свойств, которые незаменимы в зубном протезировании. Основные из них это биоинертность, коррозионная стойкость, прочность и твёрдость при малом удельном весе. Однако, получение титана считается дорогостоящим процессом, но так как его количество, применяемое при изготовлении протеза, является небольшим, то это не сильно влияет на стоимость. Но из-за того, что технология производства протезов из титана более дорогостоящая протезы из титана стоят дороже, чем КХС или нержавеющей стали.

Также до недавнего времени проблемы вызывала обработка титана, но появление и распространение специальных инструментов, сделало возможным применения титановых сплавов в стоматологии. Положительные свойства титана были известны и раньше, но именно длительная и дорогостоящая обработка была тем самым препятствием для его внедрения в стоматологическую практику.

Несмотря на специфические требования, которые отсутствуют при обработке других металлов, и особенности инструментов, целый список положительных качеств титана всё же привело к усовершенствованию процессов работы с ним. Химические свойства титана с одно стороны открывают новые возможности для зубных техников, но с другой требуют более тщательного соблюдения технологии обработки и учёта всех особенностей.

Глава 2. Технологии изготовления протезов из титана

2.1.Штамповка титана

Штамповка (штампование) — процесс пластической деформации материала с изменением формы и размеров тела. В стоматологии штамповке подвергаются металлы.

Стоит отметить, что штампованные коронки из титана довольно редкое явления на сегодняшний день. Технология изготовления коронок методом штамповки из титана не нашла распространения, так как в холодном состоянии титан сложно штамповать. Тем не менее, в рамках общего изучения будет рассмотрена технология изготовления титановых коронок методом штамповки.

У титановых штампованных коронок те же минусы, что и у обычных штампованных коронок, а именно:

• Отсутствие износоустойчивости;
• Наличие плоской жевательной поверхности зуба;
• Недостаточно плотное прилегание к шейке зуба;
• Отсутствие эстетичности.

Свойства коронок из титана схожи со сплавами более дорогих, золотых коронок.

Процесс штамповки из титановых сплавов не значительно отличаются от процесса изготовления обычных штампованных коронок из нержавейки.

При изготовлении штампованных коронок оттиски обычно снимают стандартными ложками альгинатной массой.

Технология изготовления титановой штампованной коронки:

Лабораторный этап изготовления коронки начинается с получения модели. Далее производят моделировку зуба моделировочным воском. Наслаивая расплавленный воск на поверхность гипсового зуба, добиваются увеличения объема, необходимого для восстановления анатомической формы. После моделировки необходимо вырезать из модели гипсовый штампик. Затем необходимо изготовить его копию из легкоплавкого металла. Для этого необходимо сделать гипсовую форму. Блок из гипса делают в два этапа. Гипсовый штампик удаляют, а расколотые части блока складывают вместе и расплавляют легкоплавкий металл. При плавке важно не перегревать металл, при перегреве испаряются некоторые компоненты сплава, и он получается более хрупким. И после заполняют им форму. Форма должна быть хорошо просушена, так как влага, испаряясь, сделает металл пористым.

Всего необходимо изготовить два металлических штампика. Первый — самый точный для окончательной штамповки. Второй — для предварительной штамповки. После изготовления металлического штампика необходимо подобрать титановую гильзу.

Гильза должна доходить до экватора зуба и несколько с усилием на него заходить. Отожженной гильзе на пуансонах специальной зуботехнической наковальни ударами молотка придается приблизительная форма будущей коронки. И затем снова следует отжиг. Во время ударов молотка происходят изменения в структуре металла, он становится более упругим и неподатливым дальнейшей обработке, то есть образуется наклеп, посредством отжига кристаллическая решетка металла восстанавливается и металл становится более пластичным. После этого берут тот штампик, что был отлит вторым, одевают на него гильзу и несколькими сильными и точными ударами молотка вколачивают его в свинцовую «подушку». Свинцовая подушка — слиток мягкого свинца различных размеров.

Вколотить штампик с гильзой необходимо до уровня экватора коронки. Свинец плотно обжимает металлическую гильзу по штампику. Штампик с гильзой извлекают из свинца и оценивают качество предварительной штамповки. На гильзе не должно быть складок и трещин. Окончательная штамповка производится в прессе либо ручном, либо механизированном гидравлическом. Смысл один — в основании пресса стоит кювета, наполненная невулканизированным каучуком. Штампик вставляется в кювету в каучук и шток пресса под действием силы раскрученного маховика или гидравлики давит на каучук, последний передает давление на гильзу, которая в свою очередь под давлением плотно обжимается по металлическому штампику.

Стоит отметить, что в холодном виде титан крайне плохо поддаётся штамповке. При горячем деформировании и, особенно, при температурах 900°С и выше, когда развиваются разупрочняющие процессы, титан и титановые сплавы имеют достаточно высокую пластичность. Из титановых сплавов ковкой и горячей штамповкой изготовляются сложные по геометрической форме изделия, к которым можно отнести и зубы.

Пластичность титана и титановых сплавов резко понижается при наличии на поверхности альфированого слоя. Альфинированный слой — это твердый раствор кислорода в титане. Металл, имеющий альфированный слой, крайне чувствителен при ковке и горячей штамповке к изменению напряженно-деформированного состояния с увеличением напряжений и деформаций растяжения. Поскольку, практически, при всех методах ковки и штамповки действуют растягивающие напряжения и деформации, при нагреве под горячую механическую обработку титана и титановых сплавов следует избегать образование альфированного слоя. Это достигается нагревом под ковку и штамповку в нагревательных печах с нейтральной или безокислительной атмосферой. Наиболее подходящей средой для нагрева титана и титановых сплавов является аргон.

2.2.Литьевой метод

Высокая реакционная способность титана, высокая точка плавления требуют специальную литейную установку и паковочную массу. В данное время на рынке известны несколько систем, которые позволяют производить литьё титана.

В качестве примера можно привести литейные установки Аутокаст, которые основаны на принципе плавки титана в защитной среде аргона на медном тигле посредством вольтовой дуги, точно также в промышленности сплавляют титановую губку для получения чистого титана. Заливка металла в кювету происходит при помощи вакуума в литейной камере и повышенного давления аргона в плавильной — во время опрокидывания тигля.

Внешний вид и принцип, как функционирует установка, показан на рисунке 3.

Рис.3.

В начале процесса обе камеры плавильная (вверху) и литейная (внизу) продуваются аргоном, затем из обеих камер эвакуируется смесь воздуха и аргона, после чего плавильная камера заполняется аргоном, а в литейной образуется вакуум. Включается вольтовая дуга и начинается процесс плавления титана. После прохождения определенного времени резко опрокидывается плавильный тигель и металл всасывается в находящуюся в вакууме форму, собственный вес, а также повышающееся давление аргона на этот момент также способствуют заполнение им литьевой формы. Этот принцип даёт возможность получать хорошие, плотные отливки из чистого титана.

Следующим компонентом литейной системы является паковочная масса. Так как в расплавленном состоянии реакционная способность титана очень высока, то он требует специальных паковочных масс, которые изготавливаются на основе оксидов алюминия и магнезии, которые в свою очередь позволяют снизить реакционный слой титана до минимума.

Правильное создание литниковой системы, так же, как и правильное расположение в кювете играет огромную роль и производится строго по правилам, предложенным фирмой производителем литейных установок. Для коронок и мостов допустимо использование только специального литьевого конуса, который позволяет оптимально направлять металл к отливаемому объекту. Высота входного литникового канала от конуса до питающей балки 10 мм при его диаметре 4–5 мм. Диаметр питающей балки 4 мм .

Подводные литниковые каналы к отливаемому объекту имеют размер диаметром 3 мм и высотой также не более 3 мм. Очень важно: подводные каналы не должны располагаться напротив входного литникового канала (рис.4), в противном случае очень высока возможность возникновения газовых пор.

Рис.4.

Все соединения должны быть очень гладкими, без острых углов и т.д. чтобы максимально снизить возникающую во время заливки металла турбулентность, которая приводит к образованию газовых пор. Литниковая система для бюгельных протезов, а особенно для цельнолитых базисов полных съёмных протезов также отлична, от литниковых систем, которые мы применяем для отливки бюгельных протезов из хром-кобальтовых сплавов.

Для зуботехнического применения переход титана при температуре 882,5 °С из одного кристаллического состояния в другое имеет очень большое значение. Титан переходит при этой температуре из α-титана с гексагональной кристаллической решеткой в β-титан с кубической. Что влечет за собой, не только изменение его физических параметров, но и увеличение на 17% его объёма.

По этой причине также необходимо использование специальных керамик, температура обжига которых должна находиться ниже 880 °С.

У титана очень сильное стремление при комнатной температуре с кислородом воздуха образовывать мгновенно тонкий защитный оксидный слой, который защищает его в дальнейшем от коррозии и обуславливает хорошую переносимость титана организмом. Это так называемый пассивный слой.

Пассивный слой имеет способность самостоятельно регенерироваться. Этот слой, на различных этапах работы с титаном, должен гарантироваться. После пескоструйной обработки, перед чисткой каркаса паром, необходимо оставить каркас минимум 5 минут пассивироваться. Только что отполированный протез должен пассивироваться не менее 10-15 минут, в противном случае нет гарантии хорошего блеска готовой работы.

2.3.Сверхпластичная формовка

В течение 15 лет литье зубных протезов из титана пропагандируется в Японии, США и Германии, а в последнее время и в России. Разработаны различные виды оборудования для центробежного или вакуумного литья, рентгеновского контроля качества отливок, специальные огнеупорные материалы.

Перечисленные выше методы очень сложны технологически и дорогостоящи. Выходом из этой ситуации может быть сверхпластическая формовка. Суть сверхпластичности заключается в том, что при определенной температуре металл, имеющий ультрамелкое зерно, ведёт себя подобно разогретой смоле, то есть может удлиняться на сотни и тысячи процентов под действием очень малых нагрузок, что позволяет изготавливать из листа титанового сплава тонкостенные детали сложной формы. Это явление, а процесс состоит в том, что сверхпластичную листовую заготовку прижимают к матрице и под действием небольшого газового давления (максимально 7–8 атм.) она сверхпластически деформируется, за одну операцию принимая очень точную форму полости матрицы.

Рассмотрим применение метода сферхпластичной формовки на примере изготовления съёмного пластиночного протеза. Зубной протез, изготовленный методом сверхпластической формовки, имеет существенные преимущества. В качестве основных можно назвать легкость (малый вес) по сравнению с протезами, изготовленными из кобальтохромового или никельхромового сплавов, а также высокая коррозионная стойкость и прочность. Достаточная простота изготовления протеза делает его незаменимым для массового производства в ортопедической стоматологии.

Начальные клинические этапы изготовления полного съемного протеза с титановым базисом не отличаются от традиционных при изготовлении пластмассовых протезов. Это – клиническое обследование больных, получение анатомических слепков, изготовление индивидуальной ложки, получение функционального слепка, изготовление рабочей высокопрочной модели из супергипса.

Модель из супергипса с предварительно изолированным бюгельным воском альвеолярным гребнем дублируют в огнеупорную массу. Огнеупорные модели размещают в металлической обойме из жаропрочного сплава, которая имеет специальные вырезы, размеры и форма которых позволяет разместить в ней модель верхней челюсти любого пациента.

На керамические модели сверху накладывают лист титанового сплава толщиной 1 мм. Листовая заготовка зажимается между двух половинок формы. Полуформы образуют герметичную камеру, разделенную листом на две части, каждая из которых имеет канал сообщения с газовой системой и может быть независимо друг от друга либо вакуумирована, либо заполнена инертным газом под некоторым давлением (рис.5).

Рис.5.

Загерметизированные полуформы нагревают и создают перепад давления. Под листом создают разряжение (вакуум) 0,7-7,0 Па. Лист титанового сплава прогибается в сторону вакуумированной полуформы и «вдувается» в расположенную в ней керамическую модель, облегая ее рельеф. В этот период давление выдерживают по определенной программе. По завершении этой программы полуформы охлаждают .

После этого давление в обеих полуформах выравнивают до нормы и извлекают заготовку из формы. Базисы требуемого профиля вырезают по контуру, например, лучом лазера, обтачивают кромку на абразивном круге, снимают окалину, нарезают ретенционные полосы абразивным диском в седловидной части базиса до середины альвеолярного отростка и электрополируют по разработанной методике.

Ограничитель пластмассы формируется на разных уровнях титанового базиса с небной и оральной поверхности ниже вершины альвеолярного гребня на 3-4 мм, методом химического фрезерования. Вдоль линии «А» также проводится химическое фрезерование для создания ретенционного участка при фиксации базисной пластмассы. Наличие пластмассы вдоль линии «А» необходимо для возможности дальнейшей коррекции клапанной зоны.

В клинике врач определяет центральное соотношение челюстей традиционными методами. Постановка зубов и примерка в полости рта не отличаются от аналогичных операций при изготовлении простых съёмных протезов. Далее в лаборатории воск заменяют на пластмассу и полируют. На этом изготовление съемного зубного протеза с титановым базисом закончено (рис.6).

Рис.6.

Для сверхпластического формования в России часто используется отечественная технология, отечественная установка (оригинальная Российская запатентованная установка и методика) и отечественные листовые заготовки отечественного сплава ВТ 14 .

Можно с уверенностью утверждать, что сверхпластическая формовка титановых сплавов имеет прекрасные перспективы для дальнейшего развития, т.к. сочетает высокую долговечность, биоинертность и эстетичность.

2.4.Компьютерное фрезерование (CAD/CAM)

CAD/CAM — это аббревиатура, которая расшифровывается как computer-aided design/drafting и computer-aided manufacturing, что дословно переводится как «компьютерная помощь в дизайне и производстве». По смыслу — это автоматизация производства и системы автоматизированного проектирования и разработки.

С развитием технологий, ортопедическая стоматология также прошла эволюция от времён бронзового человека, когда привязывались искусственные зубы золотой проволокой к соседним зубам, до современного человека, который использует технологию CAD/CAM. В момент появления CAD/CAM технология лишена всех недостатков, присущих технологиям литья, например, усадки, деформации, в том числе и при извлечении отлитых коронок, мостовидных протезов или их каркасов. Отсутствует опасность нарушения технологии, например, перегрева металла при литье или повторное использование литников, что приводит к изменению состава сплава. Отсутствует усадка каркаса после нанесения керамической облицовки, возможная деформация при снятии восковых колпачков с гипсовой модели, поры и раковины при литье, непролитые участки и т.д. Основным недостатком технологии CAD/CAM является высокая себестоимость, что не позволяет широко внедриться этой технологии в ортопедическую стоматологию. Хотя, справедливости ради стоит отметить, что практически с каждым годом появляются всё более и более дешёвые установки. Первоначальная технология CAD/CAM представляла собой компьютер с необходимым программным обеспечением, на котором производилось трёхмерное моделирование несъёмного протеза с последующим компьютерным фрезерованием с точностью до 0.8 микрон из цельного металлического или керамического блока. На рисунке 7 изображена современная CAD/CAM установка.

Рис.7.

С помощью CAD/CAM можно изготавливать:

• одиночные коронки и мостовидные протезы малой и большой протяженности;
• телескопические коронки;
• индивидуальные абатменты для имплантатов;
• воссоздать полную анатомическую форму для моделей пресс-керамики, наносимой на каркас (overpress);
• создать временные коронки в полный профиль и различные литьевые модели .

В настоящее время, если рассматривать CAD/CAM как установку для обработки титановых сплавов, то очень большое распространение (учитывая относительно небольшую себестоимость) получило изготовление индивидуальных абатментов. Внешний вид таких абатментов представлен на рисунке 8.

Рис.8.

Ниже приведен пример алгоритм работы зубного техника с применением CAD/CAM установки. Она достаточно универсальна. И если вести речь непосредственно о титане, то этот алгоритм будет примерно таким же.

Описание работы с применением современных CAD/CAM технологий:

Шаг 1: Слепок. Гипсовая модель. Получение слепка полости рта выполняется точно так же, как и при традиционных методиках зубопротезирования. С полученного слепка изготавливается гипсовая модель челюсти пациента.

Шаг 2: Сканирование. Главной целью этого шага является получение цифровых данных, на основе которых будут построены электронные трехмерные модели требуемых изделий (коронки, протезы, мосты и т.д.). Оцифрованные данные сохраняют в формате STL. Результатом сканирования и основой работы является трехмерная компьютерная геометрическая модель (в виде STL-файла) участка полости рта, на котором планируется установить зубной протез. Сканер компании Nobel показан на рисунке 9.

Рис.9.

Шаг 3: Трехмерное моделирование (3D). Полученный на шаге 2 STL-файл импортируют в CAD систему. Она предназначена для создания компьютерных моделей коронок, протезов, мостов и т.д. с последующей их передачей в CAM систему для программирования обработки на станке с ЧПУ. Система была разработана специально для техников, в ней используется соответствующая терминология и удобный интуитивный интерфейс. Программа ориентирована на неопытного в использовании CAD систем пользователя.

На этом шаге зубной техник должен выбрать из базы данных наиболее подходящий по форме зуб и доработать его средствами до нужной формы. Поставляемая база данных содержит модель коронок под каждый зуб. Для редактирования геометрии используется интуитивно понятные функции скульптурного моделирования. В процессе моделирования можно масштабировать компьютерную модель, чтобы в процессе спекания компенсировать усадку и получить коронку максимально точных размеров. Как пример на рисунке 10 показан интерфейс программы, на котором моделировали идивидуальный абатмент.

Рис.10.

Шаг 4: Программирование обработки. После проработки геометрии изделий в системе полученные данные передаются в CAМ систему. Она предназначена для программирования обработки изделий на станках с ЧПУ. В CAM-системе генерируются траектории обработки, которые посредством постпроцессора переводятся на понятный станку «язык» – в управляющую программу. Эта программа ориентирована на неопытных пользователей, не имеющих опыта работы с CAМ системами и программирования станков с ЧПУ.

Шаг 5: Обработка протезов на станке с ЧПУ. Полученные управляющие программы отправляют на станок с ЧПУ. Ниже на рисунке 11 показан пример процесса фрезеровки трёх абатментов под нанесение и двух балок для протезов .

Рис.11.

2.5.3D печать (CAD/CAM)

Благодаря дальнейшей эволюции CAD/CAM технологии, на смену компьютерному фрезерованию пришла технология 3D печати, которая позволила уменьшить себестоимость и дала возможность изготавливать объекты любой формы и сложности, которые невозможно было произвести до этого ни одной из существующих технологий. Например, благодаря 3D печати можно изготовить цельный полый объект с любой формой внутренней поверхности. Применительно к ортопедической стоматологии, можно изготовить полое тело протеза, что позволит, не уменьшая прочности конструкции, уменьшить его вес.

Кроме того, 3D принтеры в стоматологии гарантируют ускорение объемов производства и точность готовых изделий. 3D принтеры, как и компьютерные фрезеры (ЧПУ) избавляют зубных техников от очень затратного по времени процесса в работе - ручного моделирования протезов, коронок и других изделий. На рисунке 12 изображён 3D принтер X350pro немецкой компании RepRap .

Рис.12.

Технологии CAD в 3D печати ничем не отличается от технологии CAD при компьютерном фрезеровании, и подробно она описана в предыдущей главе.

Принцип процесса состоит в том, что производится нанесении слоя металлического порошка, имеющего микроскопическую толщину, на подложку. Затем происходит спекание, или точнее микросварка, лазером в вакууме микроскопических зёрен металла в необходимых участках слоя. Сварка – это процесс превращения порошка в цельный материал с использованием высокой температуры, но без расплавления самого материала. После этого наносится сверху ещё один слой порошка металла, и производится микросварка лазером микро зерен металла уже не только между собой, но и с нижним слоем.

Уникальную форму каждого зуба в точности сложно передать с помощью ручного изготовления. Однако стоматологические 3D принтеры делают ненужными сложные и устаревшие методы производства. Благодаря новейшим технологиям и самым современным материалам готовая продукция получается в несколько раз быстрее, чем раньше.

Преимущества 3D печати в зуботехнической сфере:

• возможность изготовления изделий с полыми внутренними участками, что невозможно сделать методом фрезерования;
• значительное ускорение производства нужных изделий;
• увеличение объемов производства без дополнительного персонала;
• возможность повторного использования материала после очистки, что сводит отходы производства практически к нулю.

2.6.Выводы по второй главе.

Из всего изложенного выше можно сделать определённые выводы. Титан был известен ещё с давних времён, но не находил применения в стоматологии по причине того, что долгое время не было технологий, для его обработки. С течением времени ситуация начала меняться и на сегодняшний день титан обрабатывают несколькими способами без ущерба эстетики конечных реставраций.

С момента прихода титана в стоматологию и по настоящее время появилось множество методов его обработки. Все они имеют как свои недостатки, так и свои достоинства. Такое разнообразие естественно является неоспоримым плюсом титана, так как каждая лаборатория, и каждый зубной техник в частности может выбрать для себя именно тот метод работы с титаном, который больше подходит в зависимости от поставленных задач.

Проведя анализ литературы, мы установили, что из всех существующих или известных методов обработки титана в стоматологии самым перспективным и лучшим методом является метод 3Д печати титаном, так как именно он обладает наибольшим количеством преимуществ и практически не имеет недостатков.

Заключение

Из всего разобранного выше материала можно сделать лишь один вывод: титан дал новые идеи и значительно ускорил многие операции. Несмотря на свою более чем скромную историю, титан стал лидирующим материалом в стоматологии. Титановые сплавы обладают практически всем необходимыми в ортопедической стоматологии качествами, а именно: биоэнертность, прочность, твёрдость, жёсткость, долговечность, коррозионную стойкость, малый удельный вес. Несмотря на множество незаменимых для стоматологии качеств, титан, тем не менее, можно обрабатывать множеством способов без потери качества готовых изделий. На сегодняшний день уже имеются все необходимые инструменты и оборудование для качественной обработки титановых сплавов.

Проанализировав все методы изготовления изделий из титана можно сделать вывод, что наиболее прогрессивным методом является 3D печать. По сравнению с другими методами он обладает рядом преимуществ, например, простота самого процесса. В отличие от штамповки титана, 3D печать имеет практически идеальную точность. Технология компьютерного фрезерования также обеспечивает высокую точность, но в отличии от 3D печати, не может воспроизводить полые внутренние части изделия. И к тому же 3D печать очень экономичной, так как практически лишена отходов производства, а оставшийся материал, использованный при печати, может быть повторно использован после очистки. Литьевой метод и метод пластической деформации требуют наличия сложного технологического оборудования. А точность изготовление изделий всё равно не может сравниться с 3D печатью.

В завершении можно сделать вывод, что именно метод 3D печати на сегодняшний день является наиболее перспективным, прогрессивным и экономически выгодным методом работы с изделиями из титановых сплавов в стоматологии.

Библиографический список

1. Журнал «Зубной техник». Титан – материал для современной стоматологии / Александр Модестов © ООО «Медицинская пресса» (№ 3 (38) 2003) 1997-2015 гг.
2. Ервандян, А.Г. CAD/CAM технологии в ортопедической стоматологии [Электронный ресурс] / Арутюн Гегамович Ервандян, 4.10.2015. – Режим доступа: https://www.. – Загл. с экрана.
3. Трезубов, В.Н. Ортопедическая стоматология. Прикладное материаловедение / В.Н. Трезубов, Л.М. Мишнев, Е.Н. Жулев. – М. : 2008. – 473 с.
4. sgma [Электронный ресурс] «CAD/CAM-технологии: хорошие новости для зуботехнических лабораторий» Режим доступа: свободный, 26.04.2008. http://sgma.ucoz.ru/publ/3-1-0-21 – Загл. с экрана
5. Миронова М.Л. «Съемные протезы: учебное пособие» – М.: «ГЭОТАР-Медиа» 2009.
6. Андрющенко И.А., Иванов Е.А., Красносельский И.А. «Новые сплавы для зубных протезов» // Актуальные вопросы ортопедической стоматологии. М., 1968.
7. Копейкин В.Н., Ефремова Л.А., Ильяшенко В.М. «Применение новых сплавов в клинике ортопедической стоматологии» // Актуальные вопросы ортопедической стоматологии,- М.,1968.
8. Болтон У. «Конструкционные материалы: металлы, сплавы, полимеры, керамика, композиты.» М.: издательский дом «Додэка-XXI»,2004.
9. Нурт Р.В. пер.с анг. под ред. Пахомова Г.Н. «Основы стоматологического материаловедения». «КМК-Инвест» 2004.
10. Титан [Электронный ресурс]. Режим доступа: свободный. http://chem100.ru/text.php?t=1926 — Загл. с экрана.

480 руб. | 150 грн. | 7,5 долл. ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут , круглосуточно, без выходных и праздников

240 руб. | 75 грн. | 3,75 долл. ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Мушеев Илья Урьеевич. Применение сплавов титана в клинике ортопедической стоматологии и имплантологии (экспериментально-клиническое исследование) : диссертация... доктора медицинских наук: 14.00.21 / Мушеев Илья Урьеевич; [Место защиты: ГОУ "Институт повышения квалификации федерального медико-биологического агентства"].- Москва, 2008.- 216 с.: ил.

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Сплавы металлов, используемые при изготовлении зубных протезов 12

1.2. Применение имплантатов при ортопедической реабилитации больных с дефектами зубного ряда 25

1.3. Титан и его сплавы: свойства и применение 31

1.4. Клинические токсико-химические и аллергические реакции при использовании стоматологических сплавов 41

1.5. Теория коррозионных процессов 53

Глава 2. Материал и методы исследования

2.1. Методы исследования состава, структуры и физико-механических характеристик стоматологических сплавов 75

2.2.1. Исследование механических свойств методом наноиндентирования 75

2.1.2. Трибологические исследования износостойкости сплавов 77

2.1.3. Методы сравнения литого и фрезерованного титана 79

2.1.4. Методика изучения состава, структуры и физико-механических свойств сплава после переплава 80

2.2. Методы изучения электрохимических параметров стоматологических сплавов 83

2.2.1. Измерение базовых электродных потенциалов стоматологических сплавов 83

2.2.2. Термическая обработка стоматологических сплавов при электрохимических исследованиях 85

2.2.3. Измерение ЭДС и плотности тока контактных пар стоматологических сплавов 86

2.2.4. Изучение влияния обновления поверхности стоматологического сплава 87

2.2.5. Изучение влияния особенностей коррозионной среды и нагрузки на электропотенциалы сплава 87

2.2.6. Оценка скорости коррозии в стационарных условиях по результатам измерения токов контактных пар 91

2.3. Методы изучения реакции мезенхимальных стволовых клеток человека на стоматологические сплавы 92

2.4. Характеристика клинического материала и методы клинических исследований 96

2.5. Статистическая обработка результатов исследования 97

Глава 3. Результаты собственных исследований

3.1. Сравнительное исследование структурных, механических и трибологических свойств стоматологических сплавов98

3.1.1. Сравнительная оценка механических свойств стоматологических сплавов 98

3.1.2. Сравнительное исследование износостойкости стоматологических сплавов 103

3.1.3. Сравнительное исследование структуры и свойств фрезерованного и литого титана 114

3.1.4. Влияние термоциклирования и переплава на структуру сплава... 120

3.2. Сравнительные электрохимические характеристики стоматологических сплавов в разных условиях функционирования протезов 131

3.2.1. Кинетика установления стационарных электропотенциалов стоматологических сплавов 131

3.2.2. Электрохимические характеристики сплавов после термической обработки при нанесении керамических покрытий 141

3.2.3. Влияние рН, температуры и аэрации коррозионной среды на электрохимическое поведение стоматологических сплавов 146

3.2.4. Влияние действия циклической динамической нагрузки на коррозионное поведение титанового сплава 166

3.3. Электрохимическое взаимодействие стоматологических сплавов с дентальными имплантатами 181

3.3.1. Электрохимические характеристики контактных пар «титановый имплантат-каркас протеза» 181

3.3.1.1. Измерение ЭДС и токов контактных пар 181

3.3.1.2. Измерение импульсов потенциалов и контактных токов при обновлении поверхности элементов контактных пар и изучение кинетики репассивации обновленной поверхности при использовании титановых имплантатов 183

3.3.2. Электрохимические характеристики контактных пар «никелидтитановый имплантат-каркас протеза» 190

3.3.2.1. Измерение ЭДС и токов контактных пар 190

3.3.2.2. Измерение импульсных токов при обновлении поверхности элементов контактных пар и изучение кинетики репассивации обновленной поверхности при использовании никелидтитановых имплантатов 194

3.4. Экспериментальная оценка пролиферации мезенхимальных стволовых клеток человека на металлических сплавах 206

3.4.1. Оценка цитотоксичности образцов с помощью МТТ- теста 206

3.4.2. Исследование влияния изучаемых образцов на эффективность пролиферации МСК 207

3.5. Клиническая оценка ортопедических конструкций на металлических каркасах 211

Глава 4. Обсуждение результатов исследования 222

Список литературы 242

Введение к работе

Актуальность исследования. В современной ортопедической

стоматологии широко применяются сплавы металлов в качестве цельнолитых каркасов несъемных и съемных протезов. В России в качестве металлических конструкционных материалов распространены кобальтхромовые и никельхромовые сплавы; применение золотосодержащих сплавов незначительно. Биоинертные титановые сплавы используются значительно реже, поскольку для литья титана требуется специальное оборудование; клинического и технологического опыта работы с титановыми сплавами недостаточно.

Между тем общеизвестны превосходные свойства биосовместимости титана, легкость и прочность конструкций из титана; возможна облицовка титановых каркасов керамикой . Востребованность титаносодержащих сплавов для зубных протезов увеличивается параллельно нарастанию темпов применения дентальных имплантатов, изготавливаемых в подавляющем большинстве из титана .

В последнее время кроме литья появилась возможность фрезерования титана на CAD/САМ - оборудовании после сканирования модели и виртуального моделирования протеза. В литературе недостаточно сведений о клинической эффективности технологии CAD/САМ в сравнении с методом литья титана .

Эксплуатация зубных протезов из сплавов металлов сопряжена с
возможными электрохимическими коррозионными процессами, поскольку
слюна обладает свойствами электролита .
Относительно титана эти процессы мало изучены. Контактное
электрохимическое взаимодействие дентальных титановых имплантатов с
другими стоматологическими сплавами анализировалось в

немногочисленных исследованиях с применением стандартных методик . В последнее время появились новые возможности и методические подходы при оценке антикоррозионной устойчивости сплавов металлов,

например, при трибологических исследованиях износостойкости; измерении электрохимических показателей при обновлении поверхности, при изменении характеристик искусственной слюны, при термоциклировании и, особенно, динамической нагрузке металлических конструкций . Появилась возможность изучения реакции клеточных культур человека на разные стоматологические сплавы .

Вызывает большой интерес сплав титана с эффектом формовосстановления - никелид титана, из которого можно изготавливать несъемные и съемные протезы и имплантаты . Его свойства применительно к целям ортопедической стоматологии и имплантологии не до конца изучены, особенно в сравнительном аспекте. С позиций электрохимии не проводилось обоснование выбора оптимальных сплавов для зубных протезов с опорой на имплантаты из никелида титана с эффектом формовосстановления.

Цель исследования: клинико-лабораторное обоснование применения сплавов титана и технологий их обработки в клинике ортопедической стоматологии и имплантологии.

Задачи исследования:

Сравнить физико-механические и трибологические свойства (износостойкость) стоматологических сплавов и сплавов титана.

Сравнить состав, структуру и свойства титанового сплава для фрезерования протезов по технологии CAD/САМ и литьевого титана, а также свойства сплавов после переплава.

Выявить влияние стоматологических сплавов на пролиферативные характеристики культуры мезенхимальных стволовых клеток человека.

Изучить в лабораторных условиях показатели коррозионной устойчивости цельнолитых и металлокерамических протезов при использовании распространенных стоматологических сплавов и сплавов титана.

Установить электрохимические особенности использования имплантатов из титана и никелида титана, в том числе при нарушении (обновлении) поверхности протезов и имплантатов в процессе их эксплуатации.

Установить различия электрохимического поведения стоматологических сплавов при экспериментальном изменении характеристик электро-коррозионной среды (рН, степень аэрации).

Изучить влияние динамической нагрузки протезов и имплантатов из титана на их электрохимические показатели.

Провести субъективную и объективную оценку протезных конструкций из разных стоматологических сплавов, в том числе на имплантатах и изготовленных по технологии CAD/САМ, в отдаленные сроки после окончания ортопедического лечения.

Научная новизна исследования. Впервые методом

наноиндентирования изучены в аналогичных экспериментальных условиях основные механические свойства: твердость, модуль упругости, процент восстанавливаемой деформации - распространенных стоматологических сплавов, сплавов титана и никелида титана. При этом впервые проведены трибологические исследования стоматологических сплавов, в том числе, титансодержащих; проведено сравнение их износостойкости и характер разрушения сплавов по данным микрофотографии.

Впервые проведено сравнение состава, структуры, физико-механических характеристик стандартных титановых заготовок для литья и фрезерования (по технологии CAD/САМ) с помощью металлографического, рентгеноструктурного анализа и измерительного наноиндентирования. Впервые с помощью локального энерго-дисперсионного анализа и полуколичественного определения химического состава, металлографии и рентген-структурного фазового анализа выявлено влияние повторного переплава стоматологического сплава на его свойства.

Впервые изучены в динамике электропотенциалы сплавов титана и никелида титана в сравнении с неблагородными и благородными стоматологическими сплавами в искусственной слюне, в том числе, после их термоциклирования при керамической облицовке протезов. Впервые установлено изменение электропотенциалов сплавов при изменении параметров (рН, аэрация) искусственной слюны и при динамической нагрузке металлических конструкций.

Впервые в сравнении исследованы электрохимические показатели контактных пар «каркас протеза - опорный имплантат» при использовании никелид титановых и титановых имплантатов и основных конструкционных сплавов для зубных протезов. Впервые при этом проведены расчеты коррозионных потерь в случае нарушения поверхности никелид титановых и титановых имплантатов, а также металлических каркасов фиксируемых на них зубных протезов.

Впервые в культуре мезенхимальных стволовых клеток человека изучена токсичность стоматологических сплавов по показателям клеточной пролиферации, адгезии и жизнеспособности.

Впервые проведено клиническое сравнение коррозионных проявлений протезов из неблагородных сплавов, литого и фрезерованного по технологии CAD/САМ титана.

Практическая значимость исследования.

Установлена идентичность состава, структуры и основных физико-механических свойств сертифицированных титановых заготовок для литья и фрезерования протезов по технологии CAD/САМ; выявлены определенные металлургические дефекты стандартных титановых заготовок. На примере неблагородного стоматологического сплава подтверждено негативное влияние повторного переплава на его структуру и физико-механические свойства при сохранении состава.

Даны основные физико-механические характеристики

стоматологических сплавов, сплавов титана и никелида титана по

результатам идентичных стендовых испытаний. Показаны важные для клиники различия в степени и характере износа исследованных стоматологических сплавов. Подтверждено важное для имплантологии свойство никелида титана - высокое значение упругого восстановления при его нагружении.

С позиций электрохимии показаны преимущества и недостатки различных стоматологических сплавов (включая титансодержащие) в разных условиях эксплуатации: при наличии цельнолитых или металлокерамических протезов, в том числе опирающихся на титановые или никелидтитановые имплантаты, и при нарушении их поверхности. Показана целесообразность металлокерамических протезов с полной облицовкой металлических каркасов для снижения риска развития электрохимических реакций в полости рта и уменьшения эксплуатационных ресурсов протезов.

Продемонстрирована индифферентность всех стоматологических сплавов относительно клеточной культуры мезенхимальной ткани человека, а также определенные различия в реакции мезенхимальных стволовых клеток.

Дана статистика снижения функционально-эстетических свойств зубных протезов на основе металлических каркасов из разных стоматологических сплавов, а также токсико-химических осложнений. Клинически обоснована эффективность применения протезов на литых и фрезерованных титановых каркасах при замещении дефектов зубных рядов и при использовании титановых имплантатов.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. С позиций электрохимии и профилактики токсико-химических воздействий на ткани полости рта наиболее оптимальными для протезирования на титановых и никелидтитановых имплантатах являются несъемные протезы с полной керамической облицовкой на каркасах из любого стоматологического сплава; изготовление цельнолитых необлицованных протезов на титановых имплантатах целесообразно при

использовании титан- и золотосодержащих сплавов, а на никелидтитановых имплантатах - никелидтитанового или хромкольбальтового сплавов.

Факторами снижения коррозионной устойчивости стоматологических сплавов являются изменение РН и деаэрация слюны, низкая износостойкость и нарушение целостности поверхности протеза при его эксплуатации, а также повторный переплав сплава.

Функциональное нагружение металлических протезов и имплантатов вызывает значительные колебания электрохимических показателей стоматологических сплавов, как результат нарушения сплошности поверхностных оксидных пленок.

Состав и свойства титановых сплавов для литья и фрезерования аналогичны; титановые протезы, изготовленные по технологии CAD/CAM, имеют технологические и клинические преимущества.

Распространенные стоматологические сплавы, сплавы титана и никелид титана не оказывают токсического воздействия на мезенхимальные стволовые клетки человека.

По данным клиники токсико-химические объективные и субъективные проявления при использовании неблагородных стоматологических сплавов встречаются чаще в сравнении с титансодержащими сплавами; наличие титановых имплантатов в качестве опор зубных протезов не приводит к клиническим проявлениям контактной коррозии при соблюдении тщательной гигиены полости рта.

Апробация результатов исследования. Результаты исследования доложены на Всероссийской конференции «Сверхэластичные сплавы с памятью формы в стоматологии», I Всероссийском конгрессе «Дентальная имплантация» (Москва, 2001); на I съезде Европейской конференции по

проблемам стоматологической имплантологии (Львов, 2002); на VIII Всероссийской научной конференции и VII съезде СтАР России (Москва, 2002); на 5-м Российском научном форуме «Стоматология - 2003» (Москва, 2003); на Международной конференции «Современные аспекты реабилитации в медицине» (Ереван, 2003); на VI Российском научном форуме «Стоматология 2004», (Москва); на International Conference on Shape memory medical materials and new Technologies in medicine (Tomsk, 2007); на научно-практической Конференции, посвященной 35-летию образования ЦМСЧ № 119 (Москва, 2008); на V Всероссийской научно-практической конференции «Образование, наука и практика в стоматологии» по тематике «Имплантология в стоматологии» (Москва, 2008); на совещании сотрудников кафедры клинической стоматологии и имплантологии Института повышении квалификации ФМБА России (Москва, 2008).

Внедрение результатов исследования. Результаты исследования внедрены в практику работы Клинического центра стоматологии ФМБА России, Центрального НИИ стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, национального медико-хирургического центра, клиники «КАРАТ» (Новокузнецк), клиники «ЦСП-Люкс» (Москва); в учебный процесс кафедры клинической стоматологии и имплантологии Института повышения квалификации ФМБА России, кафедры стоматологии общей практики с курсом зубных техников МГМСУ, Лаборатории материалов медицинского назначения МИСиС.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 265 листах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, трех глав собственных исследований, выводов, практических рекомендаций, указателя литературы. Диссертация иллюстрирована 78 рисунками и 28 таблицами. Указатель литературы включает 251 источника, из которых 188 отечественных и 63 зарубежных.

Сплавы металлов, используемые при изготовлении зубных протезов

Между этими двумя группами существуют фундаментальные различия химических и физических свойств. В процессе зуботехнической работы следует учитывать эти различия. Чистый титан занимает двойственное положение. С химической точки зрения и в плане зуботехнической обработки он, принадлежа к сплавам неблагородных металлов, имеет механические свойства, которые больше свойственны сплавам благородных металлов .

В состав золотосодержащих сплавов входит золото (39-98%), платина (до 29%), палладий (до 33%), серебро (до 32%), медь (до 13%) и незначительное количество легирующих элементов. В состав палладиевых сплавов входит (35-86%) палладия, до 40% серебра, до 14% меди, до 8% индия и др. Серебросодержащие сплавы содержат 36-60% серебра, 20-40% палладия, до 18% меди и др.

В состав неблагородных сплавов, в частности, кобальтхромовых, входит 33-75% кобальта, 20-32% хрома, до 10% молибдена и другие добавки. Никельхромовые сплавы содержат 58-82% никеля, 12-27% хрома, до 16% молибдена. Никелид титана содержит примерно поровну никеля и титана. Железосодержащие сплавы (стали) содержат до 72% железа, до 18% хрома, до 8 % никеля, до 2% углерода. Титановые сплавы содержат не менее 90% титана, до 6% алюминия, до 4% ванадия и менее 1% железа, кислорода и азота.

Практически все кобальтовые сплавы имеют примеси никеля. Но содержание никеля в них должно находиться на уровне, не представляющим опасности. Так содержание никеля в бюгельном протезе, который изготовлен из высококачественного кобальтохромового сплава, приблизительно соответствует количеству никеля, ежедневно потребляемого с пищей.

В настоящее время безуглеродистые кобальтохромовые сплавы нашли широкое применение для изготовления металлокерамических коронок и мостовидных протезов, например, западные фирмы выпускают: фирма KRUPP - сплав «Bondi-Loy», BEGO - «Wirobond», DENTAURUM - сплав «CD». В США фирма MINEOLA A.ROSENS ON INC изготавливает сплав «Arobond». В России выпускаются аналогичные сплавы «КХ-ДЕНТ» и «Целлит-К».

В настоящее время для металлокерамических работ.наряду с кобальтохромовыми сплавами широко используются никелехромовые сплавы. Прототипом этих сплавов явился жаростойкий сплав «НИХРОМ» -Х20Н80, использующийся в промышленности для изготовления нагревательных элементов. Для большей жесткости он легируется молибденом или ниобием, для улучшения литейных качеств - кремнием.

Наиболее популярным из этих сплавов является сплав «Wiron 88» фирмы BEGO, в России выпускаются аналогичные сплавы: «Dental NSAvac», «НХ-ДЕНТ NSvac», «Целлит-Н».

Титан - это элемент, который наиболее трудно получить в абсолютно чистом виде. На основе своей высокой реактивности он связывает некоторые элементы, в первую очередь, кислород, азот и железо. Поэтому чистый титан (называемый нелегированным) разделяется на различные группы очистки (от 1-й категории до 4-й). В силу механических свойств не всегда целесообразно использовать металл высшей категории. Титан, содержащий примеси, имеет лучшие механические свойства .

Разработчиками сплавов рекомендуется изготовление тех или иных ортопедических конструкций из различных стоматологических сплавов. Так для изготовления вкладок рекомендуется золото с ссылкой производителя - «отлично подходят»; с ссылкой «возможно применение» называются сплавы на основе палладия, серебра, кобальта, никеля и титана. Для изготовления коронок и мостовидных протезов с пластмассовой облицовкой «отлично подходят» сплавы золота, палладия, серебра, кобальта, никеля и титана, а с керамической облицовкой - золота, палладия, кобальта, никеля, титана (возможно применение сплавов на основе серебра). Для бюгельных протезов «отлично подходят» сплавы на основе кобальта и «возможно применение» сплавов на основе золота, палладия, кобальта, никеля и титана. По мнению производителей, имплантаты отлично подходят для изготовления из титана, но возможно - из кобальтхромового сплава. Супраконструкции рекомендуется изготавливать с маркировкой «отлично подходит» из золота, палладия, кобальта, никеля, титана . По поводу материалов для использования для имплантатов и супраструктур автор данного диссертационного исследования не согласен, поскольку считает правильным использовать в имплантологии принцип монометалла (титана).

Помимо физико-механических характеристик для выбора сплава важна его биологическая совместимость. Эталоном биологической безопасности является коррозионное поведение материала . В сплавах благородных металлов содержание самих благородных металлов (золото, платина, палладий и серебро) должно быть как можно выше. Рассматривая коррозионное поведение сплавов неблагородных металлов (кобальто-хромовые и никелиево-хромовые сплавы), следует учитывать содержание хрома. Содержание хрома должно быть выше 20 % для обеспечения достаточной стабильности в оральной среде. Содержание менее 20 (15 %) может вызвать высокое освобождение ионов. Хорошо известно, что существуют различия между биологическими функциями металла. Это так называемые существенные элементы, несущественные элементы и токсичные металлы. Элементы первой группы необходимы человеческому организму для его функционирования. Такие элементы являются компонентами ферментов, витаминов (например, кобальт для витамина В12) или других важных молекул (напр., железо в гемоглобине для транспортировки кислорода). Несущественные элементы не наносят вреда организму, но организм не нуждается в них. Последняя группа - это элементы, опасные для организма. Такие металлы не должны применяться в стоматологических сплавах.

Клинические токсико-химические и аллергические реакции при использовании стоматологических сплавов

Актуальность проблемы токсико-химических и аллергических реакций при использовании стоматологических сплавов не исчезает .

Так Dartsch Р.С., Drysch К., Froboess D. изучили токсичность производственной пыли в зуботехнической лаборатории, в частности, содержащей сплавы благородных и неблагородных стоматологических сплавов . Для исследования использовались клеточные культуры L-929 (фибробласты мышей) для определения количества живых клеток и расчета коэффициента роста клеток в присутствии пыли металлов в течение трех дней. При этом моделировалось три варианта воздействия: при попадании пыли в рот (раствор синтетической слюны по EN ISO 10271 - рН 2.3), при попадании на кожу рук (кислый раствор синтетического пота по EN ISO 105-Е04 - рН 5,5), при воздействии моющих растворов для мытья рук (кислый раствор синтетического пота по EN ISO 105-Е04 - рН 5,5) в сочетании с добавками антибиотиков (Penicilin/Streptomycin).

В то время как для контрольной клеточной культуры коэффициент роста составил 1,3 удвоения популяции (т.е. каждая клетка колонии делилась надвое примерно 1,3 раза в сутки), уровень снижения коэффициента роста клеток с экстрактами образцов зависел от степени их разбавления. Максимальной токсичностью обладает образец, собранный непосредственно на рабочем месте техника, состав которого входит пыль благородных и неблагородных металлов. Это означает, что обработка сплавов при производстве металлокерамики связана с очевидным риском для здоровья. Это в полной мере относится и к образцу, взятому из центральной вентиляционной системы лаборатории.

Непереносимость конструкционных стоматологических материалов базируется на особенностях реакции организма к их составу; для диагностики этих состояний предложены различные методы. Цимбалистов А.В., Трифонов Б.В., Михайлова Е.С., Лобановская А.А. перечисляют: анализ рН слюны, исследование состава и параметров слюны, исследование крови, использование метода акупунктурнои диагностики по Р.Фоллю, непрерывная точечная диагностика, измерение индекса биоэлектромагнитной реактивности тканей, экспозиционная и провокационная пробы, лейкопеническая и тромбопеническая пробы, эпикутанные пробы, иммунологические методы исследования. Авторы разработали внутриротовые эпимукозные аллергологические тесты, при которых оценивается состояние микроциркуляторного русла с помощью контактной биомикроскопии при помощи микроскопа МЛК-1 . Для обработки качественных и количественных характеристик микроциркуляции микроскоп дополнен цветной аналоговой видеокамерой и персональным компьютером.

Маренкова М.Л., Жолудев С.Е., Новикова В.П. провели исследование уровня цитокинов в ротовой жидкости у 30 пациентов с зубными протезами и проявлениями непереносимости к ним . Использовался твердофазный иммуноферментный анализ с соответствующими наборами реагентов ЗАО «Вектор-Бест». Установлено повышение содержания в слюне провоспалительных цитокинов у пациентов с явлениями непереносимости протезов, активация клеточного иммунного ответа без активации аутоиммунизации и аллергических процессов. Таким образом, у лиц с непереносимостью зубных протезов выявляется неспецифический воспалительный процесс и диструктивные изменения слизистой оболочки полости рта.

Олешко В.П., Жолудев С.Е., Баньков В.И. предложили диагностический комплекс «СЭДК» для определения индивидуальной толерантности конструкционных материалов . Физиологический механизм диагностики основан на анализе изменений параметров наиболее адекватных живому организму слабых импульсных, сложно модулированных электромагнитных полей низкой частоты. Особенностью комплекса является обработка ответного сигнала с датчика на несущих частотах с 104 Гц по 106 Гц. В ответном сигнале с датчика всегда содержится информация о микроциркуляции и обмене веществ в ткани на клеточном уровне. Исследуемый образец стоматологического материала устанавливается между губами пациента, что вызывает химическую микрореакцию и изменение химического состава среды на границы раздела. Появление компонентов, неадекватных химическому составу ротовой среды, раздражает рецепторы слизистой губ, что отражалось на показаниях прибора. Кроме того, в приборе предусмотрены 2 световода; в исходном состоянии горит световод, соответствующий отсутствию гальванических процессов.

Лебедев К.А., Максимовский Ю.М., Саган Н.Н., Митронин А.В. описывают принципы определения гальванических токов в полости рта и их клиническое обоснование . Авторы обследовали 684 пациента с различными металлическими включения в полости рта и признаками гальванизма в сравнении с 112 лицами с протезами и без признаков гальванизма; контрольная группа из 27 человек не имела металлических включений. Разность потенциалов в полости рта измеряли цифровым вольтаметром АРРА-107.

Методы исследования состава, структуры и физико-механических характеристик стоматологических сплавов

Непрерывное индентирование сплавов для изучения механических свойств проводилось на автоматизированном приборе Nano-Hardness Tester (CSM Instr.) при нагрузках 5 и 10 мН на воздухе алмазным индентором Виккерса (рис. 1) . При столь малых нагрузках метод можно считать неразрушающим в макромасштабе, поскольку глубина внедрения индентора не превышала 0,5 мкм, что позволило провести испытания износостойкости на тех же образцах. Преимущество метода наноиндентирования состоит в том, что анализ серии экспериментальных кривых «нагружение-разгружение», позволяет количественно оценить механические свойства как относительно мягких, так и сверхтвердых (больше 40 ГПа) материалов, используя образец простой геометрии с плоской площадкой площадью несколько мм2. Расчеты твердости и модуля упругости проводили по методу Оливера-Фарра, используя расчетно-управляющую программу "Indentation 3.0". По экспериментальным данным также рассчитано упругое восстановление материала как отношение упругой деформации к общей R=(hm-hf)/hm-100%, где hm - наибольшая глубина погружения, hf- глубина отпечатка после снятия нагрузки. Каждое значение усредняли по 6-12 измерениям.

Общий вид установки «Nano-Hardness Tester». Исследуемый образец помещается на предметный столик, затем на поверхность образца опускается сапфировое кольцо, которое остается в контакте с исследуемым материалом во время нагрузочно-разгрузонного цикла (рис. 2). Нормальная нагрузка прикладывается посредством электромагнита и передается индентору через вертикальный стержень. Перемещение стержня относительно положения кольца измеряется емкостным датчиком, который связан с компьютером через плату сопряжения.

Схема испытания при наноиндентировании Нагрузочно-разгрузочный цикл проходит с определенной скоростью и выдержкой. Результирующие данные представлены в виде графика зависимости нагрузки от глубины вдавливания (рис.3).

Для калибровки нанотвердомера испытания сначала проводят на стандартном образце, а уже потом на исследуемом материале. В качестве стандартного образца берется плавленый кварц с известной твердостью и модулем Юнга (Е = 72 ГПа, Н = 9,5 ГПа).

Трибологические исследования износостойкости сплавов.

Испытания на износостойкость по схеме «стержень-диск» проводили на автоматизированной установке «Tribometer» (CSM Instr.) (в среде биологического раствора (рис. 4, 5, табл. 2) . Данная схема позволяет приблизить лабораторные исследования к реальному взаимодействию литого изделия с зубной эмалью. Неподвижным контртелом служил сертифицированный шарик диаметром 3 мм из оксида алюминия (модуль Юнга Е=340 ГПа, коэффициент Пуассона 0,26, твердость 19 ГПа). Оксид алюминия был выбран как неметаллический, непроводящий материал, схожий по строению с зубной эмалью, твердость которого превосходит твердость изучаемых сплавов. Шарик фиксировали держателем из нержавеющей стали, который передавал шарику заданную нагрузку и был связан с датчиком силы трения. Зона контакта находилась внутри кюветы, заполненной биологическим раствором.

Комплексное трибологическое исследование включало непрерывную запись коэффициента трения (к.т.) при испытании по схеме «неподвижный стержень - вращающийся диск» на автоматизированной установке Tribometer (CSM Instr.), а также фрактографическое исследование бороздки износа (включая измерения профиля бороздки) и пятна износа на контртеле, по результатам которого был проведен расчет износа образца и контртела. Строение бороздок износа (на дисках) и диаметр пятен износа (на шариках) изучали при наблюдении в оптическом микроскопе AXIOVERT СА25 (Karl Zeiss) при увеличении х (100-500) и стереомикроскопе МБС-10 (ЛЗОС) при увеличении х (10-58).

Измерения вертикального сечения бороздок проводили в 2-4-х диаметрально и ортогонально противоположных точках на профилометре Alpha-Step200 (Tensor Instr.) при нагрузке 17 мг и определяли среднее значение площади сечения и глубины бороздки износа. Количественную оценку износа образца и контртела проводили следующим образом. Износ шарика рассчитывали по следующей формуле: V= 7i h2(r l/3h), где И =г-(-[(Ш]2)1/2, d - диаметр пятна износа, г - радиус шарика, h - высота сегмента. Износ образца рассчитывали по формуле: V= S% где / - длина окружности, 5 - площадь сечения бороздки износа. Результаты испытаний и фрактографических наблюдений были обработаны с помощью компьютерной программы InsrtumX for Tribometer, CSM Instr.

Методы сравнения литого и фрезерованного титана.

Проведено сравнение структуры и свойств стандартных заготовок для фрезерования титановых каркасов протезов по технологии CAD/САМ и титана, полученного методом литья по выплавляемым моделям .

Анализ макро и микроструктуры образцов титановых сплавов в виде пластин толщиной 2-3 мм был проведен при использовании современных методов цифровой макро и микро фотосъемки МБС-10 (ЛЗОС) и AXIOVERT25CA (Karl Zeiss). Исследования были проведены на полированных шлифах, которые для выявления микро и макроструктуры обрабатывали травителем состава 2%HF + 2%НЖ)з + Вода дистиллированная (ост.).

Оценка механических свойств (твердости и модуля Юнга) была сделана методом Оливера-Фарра по данным измерительного наноиндентирования (ISO 14577), проведенного на прецизионном твердомере NanoHardnessTester (CSM Instr.) при нагрузках 10 и 20 мН, используя алмазный индентор Берковича . По экспериментальным данным также было рассчитано упругое восстановление материала R, как отношение упругой деформации к общей R-(hm-hf)/hm-100%, где hm - наибольшая глубина погружения индентора, h/ - глубина отпечатка после снятия нагрузки. Результаты расчетов усредняли по 6-12 измерениям методом дисперсионного анализа.

Электрохимические характеристики контактных пар «титановый имплантат-каркас протеза»

Типичные экспериментальные кривые, отражающие сопротивление сплавов внедрению алмазного индентора, при нарастании (верхняя ветвь) и снижении (нижняя ветвь) приложенной нагрузки ЮмН представлены на рисунке 11, а результаты расчета механических свойств сплавов приведены в таблице 6.

Твердость стоматологических сплавов по результатам наноиндентирования лежит в пределах 2,6 - 8,2 ГПа (рис. 12, табл.6). Наиболее близкими по свойствам к зубной эмали (по литературным данным Н=3,5-4,5 ГПа) являются сплавы, содержащие титан, в том числе, никелид титана (4,2-5,2 ГПа), а также сплав на основе никеля Целлит Н.

Твердость циркониевого и золотоплатинового сплавов почти в 2 раза ниже (до 2,6 ГПа), а кобальтхромовых сплавов и никельхромового сплава Remanium 2000 почти вдвое выше (до 8,2 ГПа).

Модуль упругости зубной эмали составляет около 100 ГПа, у стоматологических сплавов - от 65,9 до 232,2 ГПа. Близкие свойства у циркония, чуть выше у легированного титана и золотоплатинового сплава. Все остальные сплавы, кроме никелида титана, имеют более высокий модуль упругости.

Как известно, для кости он значительно меньше и составляет Е=10 -г 40 ГПа.

Судя по весьма низкому значению Е (65,9±2,5 ГПа), сплав никелид титана при условиях испытания находится вблизи интервала мартенситного превращения в особом структурном состоянии, для которого характерен

Остальные сплавы проявляют характерные для металлов значения упругого восстановления 10-20 %. Небольшое превышение этого уровня для кобальтхромовых сплавов, легированного титана и никельхромового сплава Remanium 2000 и повышенные значения модуля упругости могут быть связаны с образованием интерметаллидных фаз (упорядочение), текстурой или полями остаточных внутренних напряжений после литья или прокатки.

Таким образом, базовые физико-механические параметры титановых сплавов занимают среднее положение среди распространенных стоматологических сплавов другого состава. Вызывает интерес сплав никелид титана ввиду особенно высокого значения упругого восстановления. Данные наноиндентирования сплавов важны для выбора конструкционных материалов зубных протезов и имплантатов.

Комплексное трибологическое исследование, фрактография бороздки износа легли в основу износостойкости стоматологических сплавов. Измерения модуля упругости позволили оценить напряжения Герца в паре трения.

На рисунке 14 представлены расчетные значения давления, возникающего при контакте плоского образца изучаемого сплава со сферическим индентором диаметром 3 мм из окиси алюминия (обозначения сплавов соответствуют их составу в соответствии с таблицей 1).

1 По значениям контактных напряжений могут быть выделены 2 группы сплавов. В первую входят никель- и кобальтхромовые сплавы, для которых характерны величины 1,36-1,57 ГПа, что соответствует величине модуля Юнга 167-232 ГПа. Все эти сплавы отличаются высокой износостойкостью (6,75106 мм3/Н/м), а изнашивание, по-видимому, проходит по одному механизму.

Другую группу со значениями контактных напряжений (1,07-1,28) составляют титановые и циркониевый сплавы, проявившие значительный износ (3,245-10"4 мм3/Н/м). Вне этой классификации находятся никелидтитановый и золото платиновый сплавы, которые формально могут быть отнесены ко второй группе. Эти сплавы имеют свой собственный механизм износа. Образцы кобальтхромовых, никельхромовых и золотоплатиновых сплавов выдержали испытание при заданных условиях, для остальных тест

Как видно из иллюстраций на рисунках 16-17 и в таблице 7, наименьший износ (2,45-10" мм /Н/м) наблюдается у золотоплатинового сплава, а также у кобальтхромового сплава Remanium 2000 - 1,75-Ю-6 мм /Н/м. Наибольший износ показали образцы Rematitan и циркония -8,244-10-4и8,465-10"4 мм /Н/м, соответственно.

При сопоставлении рисунков 16-20 можно сделать вывод об особом механизме износа для золотоплатинового сплава и никелида титана. Самый износостойкий золотоплатиновыи сплав имеет особый механизм износа, связанный с его химически инертной поверхностью в среде биораствора.

Несмотря на невысокий модуль упругости, он проявляет рекордно низкий износ и минимальные значения начального и конечного коэффициента трения. Также особый механизм износа у образца никелида титана, в котором наблюдается один из самых низких начальный коэффициент трения (к.т.) (0,107) и максимальный конечный к.т. (0,7), что связано с протеканием обратимого мартенситного превращения в никелиде титана, инициированного внешней нагрузкой. Об этом свидетельствует большая амплитуда к.т. и его возрастание к концу испытания в 7 раз.

Следует отметить, что повышенный износ сплавов, содержащих титан, связан с налипанием металла на поверхность шарика, что приводит к изменению геометрии контакта (площадь контакта уменьшается) и свойств контртела (образование интерметаллида типа ТІА1, обладающего высоким модулем Юнга), что в итоге приводит к резкому увеличению контактных напряжений по сравнению с расчетными.

Таким образом, проведенные испытания на износостойкость стоматологических сплавов в среде биологического раствора показали, что наибольший износ проявляют чистые металлы титан (DA2) и цирконий (DA7) (8,24-8,47- 10"4мм3/Н/м), а также никелид титана (DA1) (5,09-10" 4мм3/Н/м). Легирование титана (DA8 и DA9) повышает износостойкость: износ сплавов ВТ5 (система Ti-Al-Sn) и ВТ 14 (Ti-Al-Mo-V) уменьшается приблизительно в 2,5 раза по сравнению с чистым титаном.

Наиболее износостойким является сплав DA10 на основе Au-Pt (2,45-10 7мм3/Н/м).

Достаточно высокую износостойкость, но на порядок хуже, чем золотоплатиновый, проявил сплав DA5 (Remanium 2000) на основе системы Co-Cr-Mo-Si, (1,7540-6 мм3/Н/м). Остальные сплавы DA2, DA4, DA11 (никельхромовые и Целлит К) имеют удовлетворительную износостойкость в пределах (4,25-7,35)-10"6 мм3/Н/м.

Многочисленные фундаментальные и прикладные исследования заявляют, что лучшим материалом для изготовления дентальных имплантатов является титан.

В России для производства различных конструкций используется технически чистый титан марок BT 1-0 и BT 1-00 (ГОСТ 19807−91), а за рубежом применяют так называемый «коммерчески чистый» титан, который делят на 4 марки (Grade 1−4 ASTM, ISO). Также применяется титановый сплав Ti-6Al−4V (ASTM, ISO), являющийся аналогом отечественного сплава BT-6. Все эти вещества различны по химическому составу и механическим свойствам.

Титан марки Grade 1,2,3 – не используется в стоматологии, т.к. слишком мягкий.

Преимущества чистого титана марки Grade 4 (СP4)

• Лучшая биологическая совместимость
• Отсутствие в составе токсичного ванадия (V)
• Лучшая стойкость к коррозии
• 100% отсутствие аллергических рекаций

По данным исследования научных статей, методических и презентационных публикаций зарубежных компаний, стандартов ASTM, ISO, ГОСТ имеются сравнительные таблицы свойств и состава титана разных марок.

Таблица 1. Химический состав титана по ISO 5832/II и ASTM F 67−89.

** — Данные ISO и ASTM совпадают во многих пунктах, при их расхождении показатели ASTM приведены в скобках.

Таблица 2. Механические свойства титана по ISO 5832/II и ASTM F 67−89.

Таблица 3. Химический состав титановых сплавов по ГОСТ 19807−91.

* В титане марки ВТ 1−00 допускается массовая доля алюминия не более 0,3%, в титане марки ВТ 1−0 — не более 0,7%.

Таблица 4. Механические свойства титановых сплавов по ГОСТ 19807−91.

** Данные приведены по ОСТ 1 90 173−75.
*** В доступной литературе данных не обнаружено.

Самым прочным из рассмотренных материалов является сплав Ti-6Al−4V (отечественный аналог ВТ-6). Увеличение прочности достигается за счет введения в его состав алюминия и ванадия. Однако, данный сплав относится к биоматериалам первого поколения и, несмотря на отсутствие каких-либо клинических противопоказаний, он используется все реже. Это положение приведено в аспекте проблем эндопротезирования крупных суставов.

С точки зрения лучшей биологической совместимости, более перспективными представляются вещества, относящиеся к группе «чистого» титана. Необходимо отметить, что когда говорят о «чистом» титане, имеют в виду одну из четырех марок титана, допущенных для введения в ткани организма в соответствии с международными стандартами. Как видно из приведенных выше данных, они различны по химическому составу, который, собственно, и определяет биологическую совместимость и механические свойства.

Важен также вопрос о прочности этих материалов. Лучшими характеристиками в этом отношении обладает титан класса 4.
При рассмотрении его химического состава можно отметить, что в титане этой марки увеличено содержание кислорода и железа. Принципиальным является вопрос: ухудшает ли это биологическую совместимость?

Увеличение кислорода, вероятно, не будет являться отрицательным. Увеличение содержания железа на 0,3% в титане Grade 4 (по сравнению с Grade 1) может вызвать некоторые опасения, так как, по экспериментальным данным, железно (так же как и алюминий) при имплантации в ткани организма приводит к образованию вокруг имплантата соединительно-тканной прослойки, что является признаком недостаточной биоинертности металла. Кроме того, по тем же данным, железо подавляет рост органической культуры. Однако, как говорилось, приведенные выше данные касаются имплантации «чистых» металлов.

В данном случае важным является вопрос: возможен ли выход ионов железа через слой окиси титана в окружающие ткани, и если возможен, то с какой скоростью и каков из дальнейший метаболизм? В доступной литературе мы не встретили информации по этому поводу.

При сопоставлении зарубежных и отечественных стандартов можно отметить, что разрешенные для клинического применения в нашей стране титановые сплавы ВТ 1−0 и ВТ 1−00 практически соответствуют маркам «чистого» титана Grade 1 и 2. Пониженное содержание кислорода и железа в этих марках приводит к снижению их прочностных свойств, что не может считаться благоприятным. Хотя у титана марки ВТ 1−00 верхняя граница предела прочности на растяжение соответствует аналогичному показателю Grade 4, предел текучести при этом у отечественного сплава почти в два раза ниже. Кроме того, в его состав может входить алюминий, что, как указывалось выше, нежелательно.

При сопоставлении зарубежных стандартов можно отметить, что американский стандарт является более строгим, и стандарты ISO ссылаются на американские в ряде пунктов. Кроме того, делегация США выразила несогласие при утверждении стандарта ISO в отношении титана, используемого в хирургии.

Таким образом, можно утверждать, что:
Лучшим материалом для изготовления дентальных имплантатов, на сегодняшний день, является «чистый» титан класса 4 по стандарту ASTM, так как он:

• не содержит токсичного ванадия, как, например, сплав Ti-6Al−4V;
• наличие в его составе Fe (измеряемого в десятых долях %) не может считаться отрицательным, так как даже в случае возможного выхода ионов железа в окружающие ткани воздействие их на ткани не является токсичным, как у ванадия;
• титан класса 4 обладает лучшими прочностными свойствами по сравнению с другими материалами группы «чистого» титана;

Сплавы титана обладают высокими технологическими и физико-механическими свойствами, а также токсикологической инертностью. Титан марки ВТ-100 листовой используется для штампованных коронок (толщина 0,14-0,28 мм), штампованных базисов (0,35-0,4 мм) съемных протезов, каркасов титанокерамических протезов, имплантатов различных конструкций. Для имплантации применяется также титан ВТ-6.

Для создания литых коронок, мостовидных протезов, каркасов дуговых (бюгельных), шинирующих протезов, литых металлических базисов применяется литьевой титан ВТ-5Л . Температура плавления титанового сплава составляет 1640° С.

В зарубежой специальной литературе существует точка зрения, по которой титан и его сплавы выступают альтернативой золоту. При контакте с воздухом титан образует тонкий инертный слой оксида. К его другим достоинствам относятся низкая теплопроводность и способность соединяться с композиционными цементами и фарфором. Недостатком является трудность получения отливки (чистый титан плавится при 1668° С и легко реагирует с традиционными формовочными массами и кислородом). Следовательно, он должен отливаться и спаиваться в специальных приборах в бескислородной среде. Разрабатываются сплавы титана с никелем, которые можно отливать традиционным методом (такой сплав выделяет очень мало ионов никеля и хорошо соединяется с фарфором). Новые методы создания несъемных протезов (в первую очередь коронок и мостовидных протезов) по технологии CAD/CAM (компьютерное моделирование/компьютерное фрезерование) сразу устраняет все проблемы литья. Определенные успехи достигнуты и отечественными учеными.

Съемные зубные протезы с тонколистовыми титановыми базисами толщиной 0,3-0,7 мм имеют следующие основные преимущества перед протезами с базисами из других материалов:

Абсолютную инертность к тканям полости рта, что полностью исключает возможность аллергической реакции на никель и хром, входящие в состав металлических базисов из других сплавов; - полное отсутствие токсического, термоизолирующего и аллергического воздействия, свойственного пластмассовым базисам; - малую толщину и массу при достаточной жесткости базиса благодаря высокой удельной прочности титана; - высокую точность воспроизведения мельчайших деталей рельефа протезного ложа, недостижимую для пластмассовых и литых базисов из других металлов; - существенное облегчение в привыкании пациента к протезу; - сохранение хорошей дикции и восприятия вкуса пищи.

Применение в стоматологии получили пористый титан, а также никелид титана, обладающий памятью формы в качестве материалов для имплантатов. Был период, когда в стоматологии получило распространение покрытие металлических протезов нитридом титана, придающее золотистый оттенок стали и КХС и изолирующее, по мнению авторов метода, линию паяния. Однако эта методика не получила широкого применения по следующим причинам:

1) покрытие нитрид-титаном несъемных протезов базируется на старой технологии, т. е. штамповке и пайке;

2) при применении протезов с нитрид-титановым покрытием используется старая технология протезов, таким образом, квалификация стоматологов-ортопедов не повышается, а остается на уровне 50-х годов;

3) протезы с нитрид-титановым покрытием неэстетичны и рассчитаны на дурной вкус некоторой части населения. Наша задача - не подчеркивать дефект зубного ряда, а скрывать его. И с этой точки зрения данные протезы неприемлемы. Золотые сплавы тоже имеют недостатки эстетического характера. Но приверженность ортопедов-стоматологов к золотым сплавам объясняется не их цветом, а технологичностью и большой устойчивостью к воздействию ротовой жидкости;

4) клинические наблюдения показали, что нитрид-титановое покрытие слущивается, иначе говоря, это покрытие имеет ту же судьбу, что и другие биметаллы;

5) следует иметь в виду, что интеллектуальный уровень наших пациентов значительно возрос, а вместе с этим повысились требования к внешнему виду протеза. Это идет вразрез с попытками некоторых ортопедов найти суррогат золотого сплава;

6) причины появления предложения - покрытие несъемных протезов нитрид-титаном - заключаются, с одной стороны, в отсталости материально-технической базы ортопедической стоматологии, а с другой - в недостаточном уровне профессиональной культуры некоторых врачей-стоматологов.

К этому можно добавить большое количество токсико-аллергических реакций организма пациентов на нитрид-титановое покрытие несъемных протезов.

Такой материал, как титан, обладает целым рядом положительных характеристик, за счет чего он широко применяется в стоматологии.

Его использование в данной отрасли началось в середине прошлого века и успешно продолжается сегодня.

Преимущественные характеристики материала

Титан и сплавы на его основе имеют качества, которые позволяют применять их при изготовлении ряда стоматологических конструкций, а именно:

• имплантов;
• штифтов;
• коронок;
• мостовидных протезов;
• съемных протезов.

За счет технологических и физико-механических характеристик сплавов на основе данного материала соблюдается оптимальное сочетание двух основных качеств, необходимых для стоматологических конструкций:

• пластичность;
• твердость.

Этими двумя характеристиками обладает пористый титан и никелид титана. Они применяются при изготовлении имплантов, поскольку имеют такое качество, как память формы.

Доказано, что титановые сплавы предпочтительны для изготовления имплантов, по целому ряду причин:

1. Способность к пассивизации , то есть, образованию особого рода пленки, состоящей из оксидов. Эта пленка инертна, то есть, не вступает в реакции с другими веществами.
2. Низкая теплопроводность .
3. Возможность соединения и комбинироваться с другими материалами , например, фарфором, стоматологическими композитами.
4. Простота технологии отлива. Это качество относится к особым сплавам титана и никеля, применяемым в стоматологии.

При изготовлении коронок применение титана дает ряд особых преимуществ, за счет следующих качеств:

• инертность, благодаря которой снижается риск инфицирования;
• небольшой удельный вес, за счет чего готовая коронка легкая;
• упругость;
• прочность, за счет чего снижается вероятность истирания.

При изготовлении съемных протезов титан предпочтительнее других материалов. Конструкции обладают такими характеристиками, как:

• гипоаллергенность;
• отсутствие токсичного воздействия на организм;
• легкость;
• прочность;
• точность воспроизведения рельефов и поверхностей, контактирующих с тканями.

Съемные протезы на основе данного материала не причиняют пациенту дискомфорта при использовании. У пациентов не наблюдается существенных изменения в дикции, в восприятии вкуса.

Титан и сплавы на его основе являются высококачественными материалами, имеющими большое число преимуществ для изготовления стоматологических конструкций.

Уникальные свойства и виды сплавов

Титан в стоматологии чаще всего применяют в виде сплавов. Сплавы на основе этого материала с добавлением других элементов придают полученному материалу особые свойства.

Для изготовления стоматологических конструкций применяют сплавы титана с такими элементами, как:

• алюминий;
• хром;
• молибден;
• никель;
• олово;
• марганец;
• цирконий;
• медь;
• кремний;
• железо.

Все, перечисленные выше добавки, относятся к трем типам веществ, каждый из которых имеет особое влияние на титан:

1. Альфа-стабилизаторы. В составе сплава они стабилизируют свойства материала. К этой группе относятся алюминий, кислород и азот. Они повышают прочность материала за счет повышения температуры при его переходе в другую фазу.
2. Нейтральные стабилизаторы. К ним относятся олово и цирконий. Они повышают прочность материала, не меняя его свойств.
3. Бета-стабилизаторы. К ним можно отнести все прочие элементы, применяемые при изготовлении сплава, например, медь, кремний, никель. Они повышают прочность материала за счет снижения температуры при переходе в другую фазу.

В таблице ниже приведены марки титановых сплавов и область их применения в стоматологии.

Каждый из приведенных в таблице сплавов имеет особые свойства, что делает его оптимальным материалом для изготовления определенного типа конструкций:

1. Сплав ВТ5Л имеет в своем составе алюминий. Он придает сплаву прочность и упругость. Он хорошо поддается ковке, штамповке и литью.
2. Сплав ВТ-6 состоит из титана, алюминия и ванадия. Эти элементы придают материалу прочность и пластичность. Он менее других склонен к коррозии.
3. Сплав ВТ1-00 изготавливается из титана и железа. Он отличается высокой пластичностью.

В зависимости от сочетания элементов в сплаве, он становится применим для изготовления различного рода стоматологических конструкций.

Техника обработки

Титан, применяемый для стоматологических целей, имеет особые свойства, поэтому при изготовлении конструкций должны применяться особые правила его обработки.

При обработке данного материала должны учитываться следующие параметры:

• физические свойства;
• фазы окисления;
• особенности строения кристаллической решетки.

Для обработки такого рода материала применяют особые фрезы. Они имеют насечку крестообразной формы.

При их применении необходимо соблюдать следующие условия:

• уменьшенный угол воздействия;
• уменьшенная сила давления на фрезу;
• охлаждение фрезы в процессе работы.

При нарушении технологии и правил обработки, материал претерпевает ряд изменений. Изделие из титана меняет цвет, поверхность становится шероховатой. На поверхности изделия могут образовываться сколы. Подобного рода дефекты неприемлемы для изготовления стоматологических конструкций.

Обработка материала включает в себя два основных процесса:

1. Изготовление изделия. Для этой цели применяются особые фрезы. При изготовлении бюгельных протезов или каркасов применяются карборундовые диски и камни. Применяется также и пескоструйный метод обработки.
2. Шлифовка и полировка изделия. Для этой цели применяются особые вращающиеся резиновые головки. Чтобы снизить вероятность повреждения поверхности, при шлифовке дополнительно применяются различные виды полировочных паст.

При работе с таким материалом, как титан, разработаны особые параметры. При работе с фрезой соблюдаются следующие требования:

• невысокая скорость вращения;
• ведение работы только в одном направлении;
• сглаживание острых углов;
• периодическое очищение фрезы.

При проведении пескоструйной обработки должны соблюдаться следующие параметры:

• применение одноразового аксида алюминия;
• применение мелкозернистого песка;
• направление струи под прямым углом.

После проведения обработки изделие оставляют на несколько минут, для пассивации, то есть, для образования на поверхности пленки их оксидов. После этого изделие очищают с помощью пара.

Особые требования предъявляются и к уходу за инструментами.

1. Инструменты, применяемые для обработки и полировки титана, хранят отдельно от прочих.
2. Инструменты подвергаются периодической чистке. Во время работы фрезу чистят особыми кисточками. После работы их очищают пескоструйным способом.

При изготовлении стоматологических конструкций из титановых сплавов применяются особые методы. Процесс работы протекает с соблюдением всех требований и норм.

Изготовление конструкций

При изготовлении протезов из титановых сплавов применяются различные методики. Каждая из методик имеет ряд преимуществ и технику проведения работ.

Литьевой метод

С помощью этого способа делают отдельные коронки, мостовидные протезы. Процесс включает в себя несколько этапов.

1. Оттиск челюстей пациента.
2. Приготовление литейной формы.
3. Изготовление рабочей модели протеза.
4. Подгонка и шлифовка конструкции.
5. Установка поверхностного покрытия из керамики или пластика.

Данный способ подходит для замены как одного зуба, например, моляра, или нескольких зубов.

Штамповка

Штамповка протезов состоит из нескольких этапов:

1. Изготовление модели из гипса.
2. Моделировка с применением стоматологического воска.
3. Изготовление металлического штампика, повторяющего форму зуба.
4. Подбор гильзы из титанового сплава.
5. Штамповка гильзы по форме штампика.

При изготовлении протезов данным способом применяют горячую штамповку.

Пластичная формовка

При применении этого метода работу проводят следующим образом:

• изготовление слепка челюсти;
• изготовление матрицы;
• подгонка листовой заготовки по форме матрицы.

Этот метод представляет собой несложную технологию, которая позволяет создать конструкцию точно и быстро.

Система cad/cam

Сокращения CAD/CAM являются английскими аббревиатурами и переводятся как «производство с применением компьютерных технологий».

Этот способ предполагает следующие этапы работы:

• изготовление слепка;
• подготовка гипсовой модели;
• сканирование модели, построение трехмерной модели с применением компьютерных технологий;
• программирование;
• автоматизированная обработка протеза на станке.

Изготовление протеза из сплава происходит под контролем компьютера, что исключает неточности или ошибки.

Метод 3- Д печати

Изделие изготавливается с применением особого принтера, принцип работы которого состоит в том, что металл наносится на модель в виде порошка в несколько слоев.

Сваривание происходит посредством лазера. В процессе наслаивания производится необходимый протез заданной формы.

Процесс работы контролируется с помощью компьютерной программы, поэтому вероятность неточностей сведена к минимуму.

В видео специалист рассказывает о достоинствах титана и его сплавах.

Выводы

Титан является современным высокотехнологичным материалом, из которого успешно изготавливаются зубные протезы и импланты любой сложности.

Они имеют ряд преимуществ, в числе которых безвредность для здоровья пациента, высокая скорость приживаемости и прочность.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .