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09 包埋材料.ppt

页数:50页文件大小:4.44 MB来源: 口腔材料学ppt课件

本课件系统讲解铸造包埋材料,从概述与六项性能要求入手,介绍中低熔与高熔合金包埋材料的分类,重点分析石膏类包埋材料的二氧化硅与硬质石膏组成、固化膨胀、吸水膨胀与热膨胀三类膨胀机制,说明机械强度、粉末粒度透气性与耐热性要求,并分别介绍磷酸盐、正硅酸乙酯、铸钛与铸造陶瓷包埋材料的组成性能与用法。

包埋材料章节封面,标示本部分进入铸造工序用包埋材料内容
铸造工序流程图,依次展示制作蜡型、包埋、焙烧除蜡、铸型腔、浇注与打磨得修复体
本页为图片内容,位于「铸造工序中的包埋材料」与「性能要求(一)」之间。
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第1页:包埋材料

包埋材料:本部分介绍铸造包埋材料的性能要求、分类以及各类包埋材料的组成与使用方法。

第2页:铸造工序中的包埋材料

一、概述:在铸造工序中包埋蜡型所用的材料称铸造包埋材料(casting investment materials)。

流程:制作蜡型 → 包埋 → 焙烧除蜡 → 形成铸型腔 → 熔融金属浇注 → 去除包埋材 → 喷砂、打磨 → 金属修复体。

第3页:

第4页:性能要求(一)

(一)性能要求:铸造包埋材料应符合以下要求:

  1. 耐高温,具有一定强度,能承受铸造压力及冲击力,不因此产生微裂纹
  2. 具有合适的膨胀系数,能够补偿铸造过程中金属及蜡型的收缩
  3. 良好的透气性,以利铸模内的气体逸出

第5页:性能要求(二)

铸造包埋材料的其他性能要求:

  1. 铸造时不应与液态金属发生化学反应,不产生有毒气体,并对铸入的金属材料无破坏作用(如腐蚀),保持铸件光洁
  2. 铸造完成后,包埋材料易于被破碎,并且不黏附在金属修复体表面
  3. 有良好的操作性能,调和时呈均匀糊状,有合适的固化时间

第6页:中低熔合金铸造包埋材料

(二)分类 1. 中低熔合金铸造包埋材料:适用于铸造熔化温度在 1000℃ 以下的合金,如金合金、银合金、铜合金、锡锑合金等。

第7页:高熔合金铸造包埋材料

2. 高熔合金铸造包埋材料:适用于铸造熔化温度在 1000℃ 以上的高熔合金,包括:

  • 磷酸盐包埋材料(phosphate-bonded investment)
  • 硅胶包埋材料(silica-bonded investment)
  • 铸钛包埋材料

3. 铸造陶瓷包埋材料

第8页:中熔合金铸造包埋材料的组成

二、中熔合金铸造包埋材料(一)组成:

二氧化硅(55%~75%)
主要耐高温成分
硬质石膏(25%~45%)
结合剂,提供凝固膨胀;200~400℃ 时脱水收缩,700℃ 后石膏分解发生显著收缩
石墨(少量)
还原作用
硼酸(少量)
使热膨胀均匀

第9页:二氧化硅的转化

二氧化硅的转化过程:β-石英 ⇌ α-石英(573℃);β-磷石英 ⇌ α-磷石英(120℃);β-方石英 ⇌ α-方石英(220℃);并分别在 870℃、1475℃、1700℃ 发生进一步转化与熔融。

第10页:中熔合金包埋材料的性能项目

(二)性能主要考察以下几个方面:

  • 固化时间
  • 膨胀
  • 机械强度
  • 粉末粒度与透气性
  • 耐热性

第11页:固化时间

固化时间:包埋材料的固化性质与石膏含量、水粉比例、水温、调和速度及时间有关;水粉比是影响包埋材料工作特性的重要因素。ADA 标准规定固化时间为 5~25 min。

第12页:膨胀的三种类型

Expansion(膨胀)包括三种类型:

  • Thermal expansion(热膨胀)
  • Setting expansion(固化膨胀)
  • Hygroscopic expansion(吸水膨胀)

第13页:固化膨胀

⑴ 固化膨胀(setting expansion):

  • 石膏的固化反应起主要作用,机制与石膏本身的固化膨胀相同——二水硫酸钙针状结晶生长向外膨胀
  • 二氧化硅粒子的存在有利于材料的膨胀
  • 水粉比大的包埋材料热胀系数小

第14页:包埋材料膨胀特性的ADA标准

包埋材料膨胀特性的 ADA 标准:

ADA 标准中三类包埋材料的膨胀特性
种类压缩强度(MPa)固化膨胀系数(%)空气中水中热胀系数(×10⁻⁶·K⁻¹)综合热胀系数(×10⁻⁶·K⁻¹)
Ⅰ型(嵌体用热膨胀型)>2.460.0~0.5—1.0~2.0(700℃)1.3~2.0
Ⅱ型(嵌体用吸水膨胀型)>2.46—1.2~2.20.0~0.6(500℃)1.3~2.7
Ⅲ型(局部义齿用热膨胀型)>4.920.0~0.4—1.0~1.5(700℃)1.2~2.9

原页数值排列紧凑,各型「空气中/水中」两列数值按语义分列,建议对照原图核对。

第15页:吸水膨胀

⑵ 吸水膨胀(hygroscopic expansion):在石膏类包埋材料固化之前或固化期间与水接触会产生较大的膨胀,称为吸水膨胀或水合膨胀。

将这一特性应用在金属铸造过程中,使铸造收缩得到补偿的方法称为吸水膨胀法(水合膨胀法)。Ⅱ 型包埋材料吸水膨胀率为 1.2~2.2%。

第16页:吸水膨胀的影响因素

吸水膨胀的影响因素:

  • 与包埋材料的成分及粉末粒度有关:含硅量与吸水膨胀成正比;二氧化硅粉末粒度越小,吸水膨胀率越大;α-半水石膏比 β-半水石膏的膨胀率大
  • 通过操作方法可以调节:水粉比小、接触水时间长、水量多及水温高等均会增加吸水膨胀

第17页:吸水膨胀的操作方法

获得吸水膨胀的常用方法:

  • 包埋前,在铸圈内壁围贴 1~3 层充分吸水的石棉纸,然后包埋
  • 在包埋材料初凝时,将铸圈置于 38℃ 水中约 30 分钟
  • 包埋后,以针筒有控制地将铸圈内加水

第18页:热膨胀

⑶ 热膨胀(thermal expansion):由两个独立的反应叠加而成:

  • 石膏:二水石膏 → 半水石膏 → 无水石膏
  • 二氧化硅(石英、方石英):α 型 → β 型

水粉比小则膨胀量大;石英量越多,膨胀量越大。

第19页:

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第21页:机械强度

3. 机械强度:

  • ADA 规定,压缩试验应于材料调和 2 小时后,在相对湿度为 100% 的室温下进行
  • 用加热条件下的机械强度来评价包埋材料更为合理
  • 与石膏的种类、含量及水粉比有关:硬质石膏的强度高于普通石膏;水粉比越大,压缩强度越低

第22页:粉末粒度与透气性

4. 粉末粒度与透气性:

  • 包埋材料的粉末粒度越细,铸造修复体的表面就越平滑(受粉末粒度、石膏含量影响)
  • 粒子尺寸均一,有利于气体透过
  • 减少石膏量、增加水粉比,可使透气性增加

第23页:耐热性

5. 耐热性:二氧化硅在其熔点(1700℃)以下不发生分解。

无水石膏:在 1000℃ 以上分解(2CaSO₄ → 2CaO + 2SO₂ + O₂);在 700℃ 以上可通过碳元素还原生成对金属修复体产生污染的二氧化硫;在 750℃ 时可出现显著的收缩倾向。所以石膏类包埋材料的加热温度必须在 700℃ 以下。

第24页:蜡型残留碳的反应

蜡型被熔除后,有些碳元素残留在铸型中,可与石膏发生以下反应:

  • CaSO₄ + 4C → CaS + 4CO
  • 3CaSO₄ + CaS → 4CaO + 4SO₂
  • 4CaSO₄ + CaS → 4CaO + 4CO↑ + 4SO₂↑

第25页:中熔合金包埋材料的用法

(三)用法:

  • 可用于中熔和低熔合金的包埋
  • 使用时按一定比例与水调和,将蜡型包埋,避免产生气泡
  • 用粗石英砂(40 目)与石膏按 3:1 的比例配制的石膏包埋材料,可用于高温包埋材料的外层包埋,降低成本、方便开圈

第26页:磷酸盐包埋材料的用途

三、高熔合金铸造包埋材料(一)磷酸盐包埋材料——用途:

  • 高熔合金铸造包埋
  • 带模整体铸造
  • 高精度的种植义齿上部结构
  • 钛合金支架的铸造
  • 全瓷铸造包埋

第27页:磷酸盐包埋材料的组成

1. 组成:

耐高温成分
方石英、石英,占总重量的 80%~90%
结合剂
磷酸盐(如磷酸二氢铵 NH₄H₂PO₄、磷酸二氢镁 Mg(H₂PO₄)₂)以及金属氧化物(氧化镁 MgO)的混合物,占总量的 10%~20%

使用时将二氧化硅、结合剂与硅溶胶悬浊液(一般含 SiO₂ 20%~30%)或水按一定比例调和,可获得较大的固化膨胀和热膨胀。

第28页:磷酸盐包埋材料的固化反应

2. 固化反应:结合剂发生酸碱中和反应。

NH₄H₂PO₄ + MgO + 5H₂O → NH₄MgPO₄·6H₂O

反应生成的胶体粒子使材料获得凝固膨胀及室温下的强度。

第29页:磷酸盐包埋材料的加热反应

加热反应:固化反应生成的胶体粒子在高温下经过 (Mg₂P₂O₇)n 阶段,最终形成 Mg₃(PO₄)₂,使包埋材料从室温强度达到高温强度(能耐受高熔合金的冲击)。

第30页:凝固时间和操作性能

3. 性能(1)凝固时间和操作性能:ADA 标准为 5~25 min,磷酸盐包埋材料凝固时间为 8~11 min。

影响因素:

  • 磷酸盐和氧化镁的含量比例
  • 包埋材料的粒度
  • 粉液比
  • 环境温度、调拌时间

第31页:磷酸盐包埋材料的膨胀率

(2)膨胀率包括:

  • 固化膨胀
  • 吸水膨胀:1.3%~2.0%
  • 热膨胀

第32页:固化膨胀

凝固膨胀:本质是 NH₄MgPO₄·6H₂O 的针状及柱状结晶的长大。

影响因素:结合剂含量越大,固化膨胀越大;另与粉液比、调拌液的浓度、环境温度有关。

第33页:吸水膨胀

吸水膨胀:在材料即将固化之前或固化后注水调整膨胀量,可获得较大膨胀效果。

第34页:热膨胀

热膨胀:相对稳定在 1.2% 左右,主要来源于二氧化硅的膨胀。石英、方石英总含量越大、方石英所占比例越大,热膨胀也越大;二氧化硅颗粒粗细混合分布较单一颗粒产生膨胀大。

第35页:磷酸盐包埋材料的机械强度

(3)机械强度:磷酸盐包埋材料固化后 24 小时的抗压强度可达到 9~30 MPa,经加热冷却后压缩强度达 2~14 MPa,大于石膏包埋材料。

影响因素:结合剂的含量、粉液比。

第36页:粉末粒度、透气性与耐热性

(4)粉末粒度与透气性:磷酸盐包埋材料的粒度一般在 200~350 目之间;透气性小于石膏包埋材料,铸件光洁度稍差,有时要求在蜡型上设置排气导线,材料中可加入纤维以增加透气性。

(5)耐热性:具有较高的耐热性。

第37页:包埋的操作步骤

包埋操作要点:

  • 制作蜡型,安插铸道、底座
  • 选择铸圈和衬层
  • 蜡型在铸圈中的位置:距内壁 3~5 mm,距顶端 5~6 mm
  • 蜡型脱脂,增加润湿
  • 调拌与包埋,配合真空搅拌机、震荡器

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第42页:正硅酸乙酯包埋材料的组成

(二)正硅酸乙酯包埋材料 1. 组成:

粉剂
耐高温成分,是以二氧化硅形式存在的石英和方石英
液剂
结合剂,是经水解的正硅酸乙酯溶液

第43页:正硅酸乙酯包埋材料的固化与性能

2. 性能 ⑴ 固化反应和固化时间:正硅酸乙酯包埋材料发生加水分解反应,产生的 SiO₂·2H₂O 可聚合成硅化合物聚合体,含硅量高、耐火性强。固化时间在 10~30 分钟左右;MgO 含量越高,固化越快。

⑵ 膨胀和强度:耐火材料及结合剂中均含硅,具有较大的热膨胀性及综合膨胀性;但因结合剂为胶体,所以强度低。

⑶ 透气性:加热后耐火材料的硅粒子间隙被结合剂中的硅微粒堵塞,透气性比石膏包埋材料差。

第44页:正硅酸乙酯包埋材料的膨胀与透气性

⑵ 膨胀和强度:耐火材料及结合剂中均含有硅,所以具有较大的热膨胀性及综合膨胀性;但因结合剂为胶体,所以强度低。

⑶ 透气性:由于加热后耐火材料的硅粒子间隙被结合剂中的硅微粒堵塞,所以透气性比石膏包埋材料差。

第45页:正硅酸乙酯包埋材料的应用

3. 应用:一般用作内层包埋材料,用氨气处理后可加速固化。外层包埋用少量硬质石膏(10%)与粗石英粉配制的石膏包埋材料与水调和,可以缩短包埋时间、节约材料。

第46页:铸钛包埋材料

四、铸钛包埋材料——纯钛的特点:

  • 生物相容性好、耐腐蚀、重量轻、弹性模量低
  • 熔点高、化学活性大
  • 铸造收缩 1.8%~2.0%

第47页:铸钛包埋材料的性能要求

性能要求:

  1. 原料对钛成惰性,属于高熔点物质
  2. 可补偿钛的铸造收缩
  3. 高温焙烧、低温铸造
  4. 在高温、中温和低温时具有较高强度
  5. 吸附气体和水分力小,避免浇注时大量放气
  6. 材质细致,透气性好,铸件表面光洁

第48页:铸钛包埋材料的种类

2. 种类(按耐火材料分类):

硅系包埋料
SiO₂
镁系包埋料
MgO
铝系包埋料
Al₂O₃
锆系包埋料
ZrO₂

结合剂为磷酸盐或硅酸乙酯。

第49页:铸造陶瓷包埋材料

五、铸造陶瓷包埋材料:全瓷材料美观、生物相容性好、耐腐蚀、耐磨损。

IPS-Empress2 热压铸造陶瓷,需与之匹配的专用快速包埋材料。

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