23. S) Slitiny pro metalokeramiku – Protetická technologie

Protetická technologie

S) Slitiny pro metalokeramiku

Všechny slitiny pro napalování keramiky musí:
o Mít vysokou tvrdost
o Pevnost
o Vysoký modul elasticity (aby se při namáhání minimálně prohýbaly, což by mohlo ohrozit pevnost a držení keramiky na kovu a způsobit její odprýsknutí).

Pro trvanlivost konstrukcí je velmi důležitá teplotní roztažnost keramiky a slitiny. Pevnost keramiky je cca 20x nižší v tahu než v tlaku. Aby se předešlo namáhání keramiky v tahu, je nutné, aby keramika po napálení nebyla již pod tlakem, který by předem zaručoval, že k namáhání v tahu nedojde.

Proto se k tomuto účelu volí kovy s přibližně dvojnásobnou teplotní roztažností, než má použitá keramika. Pak se při chlazení napálená keramika smršťuje méně a více se smršťující slitina ji stlačuje. Tak vzniká trvalé tlakové pnutí, které keramiku chrání před prasknutím. Ovšem je důležitá i kvalita chemického a mechanického spojení keramiky s kovem ve slitině.

Pro napalování se používají jednak ušlechtilé slitiny Au-Pt a Au-Pt-Ag nebo slitiny obecných kovů Ni-Cr nebo Cr-Co.

Výpalem základní keramické vrstvy vznikne na přechodu s kovem tenká vrstva oxidů spojující kov s keramikou. Na tvorbě oxidů se přednostně podílejí kovy s největší afinitou ke kyslíku, tj.kovy tvořící nejstabilnější oxidy. Z kovů přítomných v uvažovaných slitinách se na tvorbě oxidů nepodílí zlato. U dalších prvků, přítomných ve slitinách z ušlechtilých kovů afinita ke kyslíku roste v následujícím pořadí: Pt, Pd, Ag, Cu, Fe, In, Sn a Zn. U bazálních slitin je to pořadí následující: Co, Ni, Mo, Cr, Be, Ti, Si a Al.

Krátká doba výpalu neumožňuje dosáhnout rovnovážného složení oxidu a proto jsou v něm uloženy atomy více kovů, obsažených v příslušné slitině. Rovněž koncentrace kyslíku se mění ve vrstvě oxidu od maxima na rozhraní s keramikou k minimu na rozhraní s kovem.
Nerovnovážný stav oxidické vrstvy přispívá k tomu, že z kovu do oxidu přejde jisté množství volných elektronů, které zvětšují stupeň ionizace atomů kyslíku a umožňují přímou vazbu atomů z povrchové vrstvy kovu s anionty kyslíku v přilehlé vrstvě keramiky.

S tímto záměrem se k ušlechtilým slitinám přidávají In, Sn, Fe, a jiné kovy, které nejprve difundují okolo kovových zrn slitiny na povrch, zde oxidují a difundují do křemičité taveniny dentální keramiky a reagují zde s kyslíko-křemičitými skupinami. U neušlechtilých slitin na bázi Ni-Cr nedochází k difuzi kovů na povrch, ale s keramikou reagují oxidy niklu, vzniklé oxidací povrchu. Spojení se děje vznikem chemické vazby mezi nimi a silikátovou taveninou. To se u Ni-Cr slitin od určitého stupně zhoršuje s postupující oxidací povrchu kovu, protože při něm vzniká příliš silná vrstva oxidů, která není celá schopná zreagovat s keramikou. Tomu se brání buď přídavkem niobu ke slitině, nebo se konstrukce vypálí ve vakuu a před napálením opískuje.