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10-2 口腔金属材料2.ppt

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本课件先讲锻造合金与铸造的工艺特点,继而系统介绍铸造合金的分类、贵金属铸造合金的组成与ADA四型分型、熔化范围与铸造收缩,非贵金属钴铬镍铬合金与铸造钛及钛合金的组成性能;随后讲解烤瓷熔附合金的化学结合、机械结合、压缩结合与范德华力四种结合方式及影响因素和增强方法,最后说明焊接合金的性能要求。

锻造合金概念页,说明其在常温下以锻制成品经机械加工与热处理制作修复体附件
锻造过程变化页,说明产生塑性变形与应变硬化、硬度强度增加而延展性抗腐蚀性降低
锻造合金应用页,说明其为最早应用的金属材料并用于卡环弓丝结扎丝舌杆腭杆与冠套
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第1页:锻造合金的概念

第二节 锻造合金:锻造合金(wrought alloys)是在常温下采用已经锻制好的成品或半成品进行机械加工及必要的热处理,以制作成修复体或修复体和矫治器的附件。

第2页:锻造过程中的性能变化

合金在锻造过程中:

  • 产生塑性变形,出现应变硬化
  • 硬度、弹性、强度和磁性会增加
  • 延展性及抗腐蚀性降低
  • 需要进行热处理使原子重新排列而再结晶得以回复

第3页:锻造合金的应用

锻造合金是最早应用于口腔临床的金属材料。现在应用的锻造合金主要有:

合金丝
口腔修复体的卡环、正畸用弓丝和结扎丝等
杆
舌杆和腭杆等
片
不锈钢片、镍铬合金片等
其他
冠套等

第4页:铸造的概念

第三节 铸造合金:将金属或合金加热熔化浇铸入预先制备好的铸型内成为铸件(成品)的过程,称为铸造。

铸造方法避免了应力潜伏、应变硬化等缺点,而且铸件精确、结构均匀,已成为口腔修复领域中制作金属修复体的重要加工工艺。

第5页:铸造工艺流程

铸造工艺流程: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6页:铸造合金的性能要求

铸造合金除需具备良好的机械性能、抗腐蚀性能、理化性能和生物性能外,还应具有良好的铸造性能,包括:

  • 铸造收缩率小
  • 浇注时流动性好
  • 铸件易打磨抛光

第7页:铸造合金的分类

铸造合金分类:

按熔化温度
高熔铸造合金(1100℃ 以上)、中熔铸造合金(500~1100℃)、低熔铸造合金(500℃ 以下)
按主要元素的价值
贵金属铸造合金、非贵金属铸造合金

原文温度写作「11000C」「5000C」,按铸造合金常规熔点区间订正为 1100℃、500~1100℃ 与 500℃。

第8页:贵金属铸造合金的分类与组成

一、贵金属铸造合金(一)分类与组成:

  • 高贵金属铸造合金:金-银-铂合金
  • 贵金属铸造合金:金-铜-银-钯 Ⅰ型合金、金-铜-银-钯 Ⅱ型合金、金-铜-银-钯 Ⅲ型合金、金-银-钯-铟合金、钯-铜-镓合金、银-钯合金

第9页:金的性质

金:黄色光泽,相对原子量为 197,面心立方晶格,密度为 19.21 g/cm³,熔点为 1063℃,线胀系数为 14.2×10⁻⁶/℃,拉伸强度 150 MPa,伸长率为 45%。

金质软,必须与铜、银、铂等金属形成合金。

第10页:银的性质与作用

银:白色、有延展性、良导体,熔点为 961.9℃,密度 10.40 g/cm³。

银可以与金或钯组成固溶体以增强合金的强度和提高合金的流动性;可以降低铜红色;在钯合金中银可使合金变为白色。

第11页:钯与铂的性质

钯:熔点 1550℃,密度 12.02 g/cm³,能与金、银、铜、钴、锡、铟或镓等元素结合组成合金,广泛用于口腔医学。

铂:熔点 1769℃,密度 21.45 g/cm³,白色、质硬、延展性好,在口腔环境中具有很强的抗腐蚀性,能提高合金的硬度和弹性。

第12页:铜、锌与铱等元素的作用

铜:铸造贵金属的重要组成之一,熔点为 1083℃,通过形成固溶体和有序相可以提高合金的强度。

锌
抗氧化作用
铱和铼
细化颗粒,使铸件具有规则而细致的合金结构

原文写作「辽」,按贵金属合金常用添加元素订正为「铼」。

第13页:ADA分型:Ⅰ型与Ⅱ型

(二)分型:ADA 规定口腔用铸造合金根据机械性能分成 4 种类型。

Ⅰ 型:软质
适用于受力小的修复体,如嵌体
Ⅱ 型:中等硬度
适用于中等受力的修复体,如嵌体、高嵌体

第14页:ADA分型:Ⅲ型与Ⅳ型

ADA 分型(续):

Ⅲ 型:硬质
适用于受力较大的修复体,如冠、较厚的全冠、短距离固定局部义齿等
Ⅳ 型:超硬质
适用于受力很大的修复体,如较薄的全冠、跨度较大的固定局部义齿、可摘局部义齿等

第15页:熔化范围

(三)性能 1. 熔化范围:在合金熔化范围内合金处于固—液相共存状态,此范围越小,合金处于部分熔化流动状态的时间越短,合金越不易氧化污染。

第16页:液相线温度与固相线温度

合金的液相线温度决定了铸造过程中蜡型包埋后的脱蜡温度、包埋材料的选择和加热方式;除蜡温度应低于液相线温度 500℃ 左右。

合金的固相线温度与焊接有关,实际应用中只需加热到固相线温度下 50℃,以免合金局部熔化或变形。

第17页:化学性能与铸造性能

2. 化学性能:贵金属合金的化学性能稳定,抗腐蚀性优良,不易被氧化变色和变质。

3. 铸造性能:铸造收缩较小,铸造后线收缩为 1.24%±0.1%。

第18页:铸造收缩的三个阶段

在熔铸过程中,合金的收缩可分为三个阶段:

  1. 第一阶段:液相线以上的液体合金的温度收缩
  2. 第二阶段:液相线与固相线之间合金的结晶收缩
  3. 第三阶段:固相线开始的固体合金温度降到室温的温度收缩

铸造金合金所致的铸造收缩可通过包埋料的膨胀得以补偿。

第19页:生物学性能

4. 生物学性能:生物学性能良好,对人体无毒、无刺激性。

合金对人体的毒性、过敏性和其他不良反应与释放到口腔中的金属元素密切相关,还与被释放元素的性质、浓度和暴露时间有关。

第20页:钴铬和镍铬铸造合金的组成

二、非贵金属铸造合金(一)钴铬和镍铬铸造合金 1. 组成:

钴铬合金与镍铬合金的组成要求
合金种类主要成分铬钼
钴铬合金钴为主要成分,钴+镍+铬不少于 85%不少于 25%不少于 4%
镍铬合金镍为主要成分,钴+镍+铬不少于 85%不少于 20%不少于 4%

原页数值排列紧凑,各元素最低含量的对应关系建议对照原图核对。

第21页:钴铬镍铬合金中各元素的作用

各合金元素的作用:

钴
抗腐蚀性强,可增加合金的强度和硬度
铬
降低合金的熔点并增加抗腐蚀性,含铬量一般不超过 30%,否则铸造性能差
钼
3%~6% 的钼可以提高合金的强度
铍
若合金中含铍,其含量不能超过 2%
硅和镁
改善合金的流动性和铸造性能

第22页:碳化物对性能的影响

碳在合金中几乎全部形成碳化物,碳化物的数量、形态及其大小对合金的机械性能有不同的影响:

  • 碳化物数量愈多,合金的强度和硬度愈高,同时塑性和韧性愈差
  • 碳含量高于或低于规定值 0.2% 都会影响合金的性能

第23页:非贵金属铸造合金的物理性能

2. 性能:合金的物理性能与微量元素(如碳、钼、镁、铝等)密切相关。

(1)物理性能:熔化温度在 1400~1500℃ 之间,密度一般在 7~8 g/cm³,约为金合金的 1/2。

第24页:非贵金属铸造合金的铸造性能

(2)铸造性能:

  • 铸造收缩较大,铸造后线收缩在 2.13%~2.24% 之间
  • 熔点高、铸造收缩大,需要选用高熔合金铸造包埋材料

第25页:局部义齿铸造贱金属合金的机械性能

(3)机械性能——应用于局部义齿的铸造贱金属合金的机械性能:

局部义齿用铸造贱金属合金的机械性能
合金维氏硬度(kg/mm²)弹性模量(GPa)延伸率(%)拉伸强度(MPa)屈服强度 0.2% 永久变形(MPa)
铸造贱金属合金3802181.5870644
Vitallium3401862.4807710
Ticonium220~25090~1005~7700~760480~510

原页末行另有「硬化处理的局部义齿合金」标注,其对应数值未明确分列,建议对照原图核对。

第26页:非贵金属铸造合金的应用

3. 应用:

  1. 冠桥铸造合金
  2. 口腔金属种植体

第27页:高熔铸造的工艺要点

非贵金属铸造的工艺特点:熔点高(须用高频铸造机)、铸造收缩大(须用高温包埋材料)。

第28页:铸造钛及钛合金的优点

(二)铸造钛及钛合金的优点:

  • 优良的生物安全性
  • 良好的抗腐蚀性
  • 密度低,X 线半阻射性
  • 化学性能稳定,适当的机械性能
  • 来源丰富、价格便宜

是具有发展前途的口腔用非贵金属铸造材料。

第29页:铸造钛及钛合金的组成

1. 组成:

商品化纯钛
含 99% 以上的钛元素和微量的铁、氧、硅、碳、氮和氢等元素
钛合金
Ti-6Al-4V、Ti-13Cu-4.5Ni、Ti-15V、Ti-20Cu、Ti-30Pd、Ti-Co 等

第30页:铸造钛的性能

2. 性能:纯钛的密度为 4.5 g/cm³,熔点 1618℃,线胀系数为 8.5(25℃)×10⁻⁶/℃,弹性模量为 108.5 GPa。

钛的熔点高,高温时化学活性大、易氧化,给铸造带来一定困难。

第31页:铸造钛的应用

3. 应用:

  • 牙体牙列缺损修复:纯钛冠、桥,局部义齿和全口义齿的基托
  • 口腔钛种植体

第32页:烤瓷熔附合金概述

三、烤瓷熔附合金:金属烤瓷修复体由于兼有陶瓷的美观性和金属的强度,因此在口腔修复领域的应用日趋广泛。

第33页:烤瓷熔附金属修复系统的基本要求

烤瓷熔附金属修复系统的基本要求:

  1. 合金的熔点要高于烤瓷的烧结温度
  2. 熔融的烤瓷必须易于润湿合金
  3. 金属与烤瓷之间必须结合良好
  4. 合金与瓷的线胀系数必须相匹配
  5. 合金应有足够的硬度和强度
  6. 合金及其氧化物不会降低瓷的强度
  7. 修复体必须具有良好的挠曲性能
  8. 合金的可铸造性能良好
  9. 合理的设计

第34页:合金与烤瓷的结合方式

(一)合金与烤瓷的结合——合金与烤瓷的牢固结合是修复成功的关键,包括四种结合形式:

  • 机械结合
  • 物理结合
  • 压力结合
  • 化学结合

以下从金属材料角度讲述这四种力。

第35页:化学结合力

1. 化学结合力:合金表面氧化物层与烤瓷成分中氧化物和非晶型玻璃质反应生成的结合力,这种结合力在合金与烤瓷中起着最大的作用。

在金合金系中添加微量非贵金属可在表面生成 Fe₂O₃、In₂O₃ 和 SnO₂ 等氧化物。

第36页:机械结合力

2. 机械结合力:指熔融的烤瓷流入合金粗糙表面的凹凸部形成机械锁结。

但若人为使合金表面过于粗糙以图增加结合,反而会在界面产生气泡和介入异物而影响结合。

第37页:压缩结合力

3. 压缩结合力:瓷的热胀系数应略小于合金,这是因为瓷对压缩力的耐受大于对拉伸力的耐受;而且由烧成温度降到室温时,产生的压缩力加强了瓷与金属的结合。

第38页:范德华力结合

4. 范德华力:即分子间引力,是分子接近时互相吸引所产生的结合力,这种结合力在合金与烤瓷的结合中起的作用较小。

第39页:影响金瓷结合的相关因素

(二)影响金、瓷结合的相关因素:

  1. 合金表面氧化膜的厚度:以 0.2~2 μm 为宜,涉及机械结合与化学结合
  2. 烤瓷与合金热胀系数的匹配:差值以 (0~0.5)×10⁻⁶·K⁻¹ 为宜
  3. 合金表面粗化程度
  4. 修复体的正确设计和制作

第40页:增加合金与烤瓷结合的方法

(三)增加合金与烤瓷结合的方法:

  • 酸侵蚀法(贵金属)
  • 涂布粘接剂
  • 固位珠法
  • 电沉积法
  • 喷涂金属氧化物膜法
  • 等离子喷涂法

第41页:烤瓷熔附金属修复的贵金属合金

(四)烤瓷熔附金属修复的合金——贵金属合金:

  • Au-Pt-Pd
  • Au-Pd
  • Au-Pd-Ag
  • Pd-Ag
  • Pd-Cu

第42页:烤瓷熔附金属修复的非贵金属合金

烤瓷熔附金属修复的合金——非贵金属合金:

  • Ni-Cr
  • Co-Cr
  • Ti

第43页:焊接与焊接合金

第四节 焊接与其他合金:

  • 金属或合金之间的熔接称为焊接
  • 用于焊接的合金称为焊接合金
  • 口腔临床应用的焊接合金有银焊合金、金焊合金和锡焊合金等

第44页:焊接合金的性能要求

焊接合金必须具有以下性能:

  1. 焊接合金的成分、强度、色泽等应尽量与被焊的合金相接近
  2. 焊接合金的熔点必须低于被焊的合金,以低 100℃ 为宜
  3. 焊接合金熔化后流动性大、扩散性高,能均匀到达焊接界面,且与被焊接合金牢固结合
  4. 焊接合金应有良好的抗腐蚀性和抗玷污性
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