Bài giảng Hợp kim đúc nha khoa - GS. Hoàng Tử Hùng

Chia sẻ: Minh Minh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

246
lượt xem 28
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sau khi nghiên cứu bài này, sinh viên có thể: thảo luận được lịch sử phát triển của hợp kim nha khoa, trình bày được những đòi hỏi của hợp kim nha khoa, liệt kê và mô tả sơ lược được các công nghệ tạo mẫu kim loại, trình bày được sự phát triển của các phân loại và phân biệt hợp kim đúc nha khoa, trình bày được các tính chất vật lý của hợp kim đúc nha khoa, trình bày được sự co đúc và các phương pháp xử lý nhiệt hợp kim quí và rất quí, liệt kê được các hợp kim đúc rất quí, quí và thường trong các ứng dụng nha khoa.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hợp kim đúc nha khoa - GS. Hoàng Tử Hùng

HỢP KIM ĐÚC NHA KHOA GS. Hoàng Tử Hùng MỤC TIÊU: Sau khi nghiên cứu bài này, sinh viên có thể: 1. Thảo luận được lịch sử phát triển của hợp kim nha khoa, 2. Trình bày được những đòi hỏi của hợp kim nha khoa, 3. Liệt kê và mô tả sơ lược được các công nghệ tạo mẫu kim loại, 4. Trình bày được sự phát triển của các phân loại và phân biệt hợp kim đúc nha khoa, 5. Trình bày được các tính chất vật lý của hợp kim đúc nha khoa, 6. Trình bày được sự co đúc và các phương pháp xử lý nhiệt hợp kim quí và rất quí, 7. Liệt kê được các hợp kim đúc rất quí, quí và thường trong các ứng dụng nha khoa. 1. ĐẠI CƯƠNG VÀ LỊCH SỬ Các kim loại có thể chia làm hai nhóm: Sắt (ferrous), và Không sắt (nonferrous). Kim loại “sắt” gồm sắt, bao gồm các loại thép. Các kim loại “không sắt” gồm: Các kim loại quí (noble metals), Các kim loại thường (base metals), và Các kim loại nhẹ (light metals). Kim loại quí gồm vàng, nhóm platinum (gồm platinum, palladium, ruthenium, rhodium, iridium và osmium). Chúng được đặc trưng bởi tính bền vững về hóa học đối với sự oxy hóa, kháng ăn mòn và đổi màu. Các hợp kim quí thường được gọi là “quí kim” (precious metal) vì giá cả của nó. Mặc dầu bạc (silver) cũng là một quí kim, nhưng không phải là kim loại quí trong nha khoa vì kém đề kháng với ăn mòn và đổi màu. Các kim loại nhẹ như titanium, đặc trưng bởi khối lượng riêng thấp; các kim loại thường bao gồm nickel, cobalt… và các kim loại nặng khác. Hầu hết kim loại dùng trong nha khoa là dưới dạng hợp kim (alloys). Hơp kim có nhiều ưu điểm so với các kim loại nguyên chất về đặc tính cơ học và lý học do được chế tạo để đạt đến tối ưu từ những kim loại thành phần. Thí dụ: vàng nguyên chất mềm, dễ uốn, dễ dát mỏng, nhưng không đáp ứng được đòi hỏi để làm mão (chụp) hoặc cầu răng, nếu thêm 10% đồng vào vàng, sẽ tạo thành một hợp kim có độ bền kéo và độ cứng tăng gấp bốn lần. 1.1. Sơ lược lịch sử Lịch sử hợp kim đúc nha khoa chịu ảnh hưởng của ba yếu tố: những thay đổi công nghệ làm phục hình, các tiến bộ về luyện kim và những thay đổi về giá cả của kim loại quí từ 1968. Năm 1907, Taggart trình bày tại tập đoàn nha khoa New York (New York Odontological Group) về thực hiện inlay đúc, đây là báo cáo đầu tiên về áp dụng kỹ thuật đúc thay thế sáp (lost wax technique) trong nha khoa. Kỹ thuật này mau chóng được áp dụng cho cả onlay, mão, cầu, hàm khung. Sau đó, vì vàng nguyên chất không đủ đáp ứng về tính chất vật lý, các hợp kim vốn dùng làm trang sức (có thêm đồng, bạc, platinum) được sử dụng trong nha khoa. Từ năm 1948, các hợp kim quí nha khoa đã trở thành một phân nhóm riêng, với những công thức mới, khuynh hướng vật liệu bị đổi màu được khắc phục, vì bạc đã được thay thế bằng palladium. Khoảng những năm 30 của thế kỷ XX, hợp kim thường để làm hàm tháo lắp được giới thiệu. Từ đó, cả nikel-chromium lẫn cobalt-chromium ngày càng trở nên phổ biến so với hợp kim vàng Typ IV vốn được dùng cho loại hàm giả này. Những ưu điểm nổi bật của hợp kim thường là nhẹ, đặc tính cơ học tốt và giá thành rẻ, vì vậy, các loại hợp kim thường đã ngày càng thay thế hợp kim quí để làm phục hình kim loại. Cuối những năm 50, một bước đột phá đã diễn ra trong công nghệ nha khoa, ảnh hưởng sâu sắc đến việc chế tạo các phục hồi. Đó là sự thành công trong việc làm mặt dán sứ trên kim www.hoangtuhung.com 1
loại. Cho đến trước thời điểm đó, hệ số dãn nở nhiệt của các hợp kim vàng cao hơn hẳn sứ, làm cho không thể đạt được sự dán giữa hai cấu trúc này. Người ta nhận thấy thêm cả platinum và palladium vào vàng, sẽ làm giảm hệ số dãn nở nhiệt, đủ để kết dính vật lý hai cấu trúc. Một cách tình cờ, nhiệt độ nóng chảy của hợp kim cũng tăng lên đủ để cho phép nung (thiêu kết) sứ trên hợp kim quí ở 1400ºC (1900ºF) mà không làm biến dạng lún (lún) kim loại. Thành công của các hợp kim thường để làm hàm khung hướng đến việc chế tạo những hợp kim mới cho những ứng dụng khác trong nha khoa phục hồi. Nhưng đến những năm 70, và nhất là từ 1978, khi giá vàng tăng cao, vấn đề mới thực sự thu hút. Do sự phong phú của các loại hợp kim với các thành phần khác nhau cho những ứng dụng đa dạng, việc phân loại các hệ thống trở nên khó khăn, cần có sự uyển chuyển để bao gồm những vật liệu mới hoặc những thay đổi đối với vật liệu đang có. Vì vậy, các phân loại được thường xuyên xem xét lại (xem phần phân loại) 1.2. Những đòi hỏi của hợp kim đúc nha khoa Hợp kim đúc nha khoa được dùng trong labo để làm inlay, onlay, mão (chụp), cầu, các phục hình cố định kim loại-sứ, kim loại-nhựa, chốt ống tủy, hàm khung…Hợp kim cần đáp ứng được các đòi hỏi chung như sau: 1. Phải có tính tương hợp sinh học, không tạo ra độc chất gây nguy hiểm hoặc gây dị ứng đối với người sử dụng và với bệnh nhân. 2. Phục hình phải có tính kháng ăn mòn và không bị thay đổi trong môi trường miệng. 3. Các đặc tính lý học và cơ học, như tính dẫn nhiệt, nhiệt độ nóng chảy, hệ số dãn nở vì nhiệt, độ bền… cần được đáp ứng, thoả mãn các giá trị tối thiểu và thay đổi theo những đòi hỏi khác nhau của các ứng dụng phục hình. 4. Phải không có những đòi hỏi quá đáng trong sử dụng, cần đạt được tính khả thi đối với đòi hỏi về trình độ chuyên môn thông thường của kỹ thuật viên cũng như bác sĩ. 5. Các kim loại, hợp kim và vật liệu đi kèm phải đầy đủ, không đắt quá. 6. Riêng đối với gia công trong labo, hợp kim cần dễ nấu chảy, dễ đúc, dễ hàn, dễ đánh bóng, ít co, không phản ứng với vật liệu làm khuôn đúc, kháng mòn, không bị lún khi nung sứ. 1.3. Công nghệ tạo mẫu kim loại Các phục hình toàn kim loại có thể được thực hiện trực tiếp trên miệng: trám bằng vàng lá và amalgam. Một loại vật liệu nhồi nén liên kim loại khác (intermetallic compound) cũng đã được nghiên cứu phát triển bởi Viện quốc gia tiêu chuẩn và công nghệ Hoa kỳ (National Institute of Standards and Technology) để thay thế amalgam nhưng chưa được triển khai trong thực hành. Công nghệ đúc: Các loại phục hình kim loại: inlay, onlay, mão (chụp), cầu, các phục hình cố định kim loại-sứ, kim loại-nhựa, chốt ống tủy… đã được thực hiện bằng phương pháp đúc từ một thế kỷ qua. Hợp kim vàng đã chứng tỏ có ưu thế về độ cứng và độ bền so với các vật liệu phục hồi khác. Phục hình sứ-kim loại được làm với sườn (lõi) kim loại đúc (alloy casting coping) cũng chứng tỏ sự bền vững và thẩm mỹ. Đối với sườn kim loại được sử dụng làm nền cho sứ, công nghệ lá kim loại (metal foil) cũng được sử dụng thay cho sườn đúc. Các lớp lá kim loại được ép nóng (swage) trên dye và xử lý nhiệt trên lửa gas để làm tăng độ bền trước khi đắp sứ. Quá trình này tuy tránh được việc phải tạo mẫu sáp nhưng phải tạo khuôn chịu lửa (refractory mold), nấu chảy và đúc kim loại vào khuôn, cũng cần nhiều thời gian để ép nóng và chỉnh sửa sườn kim loại. Hơn nữa, bề mặt các lớp kim loại để đắp sáp còn có những vùng tích tụ ứng suất (stress concentration areas) có thể làm giảm độ bền của phục hình. Tuy vậy, kỹ thuật này cho phép tạo những lõi kim loại có độ dày chỉ khoảng 100 µm hoặc mỏng hơn, do đó có thể giúp tiết kiệm mô răng và tăng độ dày của lớp sứ, nhờ đó tăng tính thẩm mỹ. Công nghệ CAD-CAM được sử dụng trong nha khoa để thiết kế (computer-aided designing) kích thước và hình dáng của phục hồi, và chế tạo (computer-aided machining) phục hồi bằng sứ từ các khối sứ (ceramic block) hoặc các chi tiết kim loại khó đúc: titanium và hợp kim titanium. Công nghệ mài: trong phương pháp này, người ta không dùng công nghệ đúc để thực hiện mão toàn kim loại hoặc sườn kim loại. Quá trình mài bản sao (copy milling process) gồm tạo www.hoangtuhung.com 2
mặt ngoài và lấy bỏ phần lõi để tạo bề mặt bên trong căn cứ theo bề mặt của dye chính đã được ghi lại trong computer. Tuy vậy, phương pháp nấu chảy và đúc hợp kim vẫn là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất cho các quá trình làm việc ngoài miệng. Phương pháp đúc cổ điển gồm việc tạo một khoảng trống do mẫu sáp đã được lấy đi, thay thế bằng hợp kim. Mẫu sáp được tạo trên mẫu hàm được đổ từ dấu trong miệng, sau đó dược bao lại bằng vật liệu tạo khuôn (mold material) gọi là bột đúc hay bột bao (investment). Bột đúc là hỗn hợp của nước, silica và chất gắn (binder) gồm thạch cao (calcium sulphate hemihydrate), magnesium ammonium phosphate, ethyl silicate. Sau khi vữa bột đúc (investment slurry) cứng, sáp được đốt cháy khỏi khuôn đúc, kim loại nóng chảy được đúc vào khoảng trống trong khuôn đúc dưới áp lực hoặc lực ly tâm. Nhiều lưu ý về kỹ thuật được đưa ra, phụ thuộc vào hiểu biết về hợp kim. Trong khoảng 20 năm trở lại đây, đã có nhiều tiến bộ trong lãnh vực này. Do có nhiều loại hợp kim khác nhau, bác sĩ cần biết lựa chọn cho những chỉ định khác nhau: nhựa-kim loại, sứ-kim loại, toàn kim loại… Kỹ thuật viên cũng cần hiểu biết hơn về các loại hợp kim, vì nhiều bác sĩ không rõ lợi ích cũng như bất lợi của các hệ thống hợp kim trong các ứng dụng cụ thể khác nhau. Như vậy, sự liên hệ giữa bác sĩ và kỹ thuật viên là điều quan trọng cho sự lựa chọn. 2. PHÂN LOẠI VÀ THUẬT NGỮ 2.1. Các phân loại hợp kim trong nha khoa 2.1.1. Năm 1932, Ban vật liệu nha khoa tại Văn phòng quốc gia về tiêu chuẩn Hoa kỳ (dental materials group at National Bureau of Standards) đã phân loại đại thể thành bốn typ: • Typ I: mềm, Vickers hardness number (VHN) từ 50 – 90 • Typ II: trung bình, VHN từ 90 – 120 • Typ III: cứng, VHN từ 120 – 150 • Typ IV: rất cứng, VHN ≥ 150 Phân loại của American Dental Association (ADA), gồm bốn loại: từ typ I đến IV như trên chỉ áp dụng cho hợp kim vàng. Trong nửa cuối thế kỷ XX, nhiều hợp kim thường đã phát triển, thay thế cho hợp kim quí ở nhiều lãnh vực. Hầu hết hàm khung cũng như các phục hồi mão, cầu...được làm từ hợp kim thường, 2.1.2. Năm 1984, ADA đưa ra một phân loại đơn giản dựa trên cơ sở thành phần kim loại quí Đối với hợp kim nha khoa. Hệ thống này phân loại thành các hợp kim rất quí (high noble: HN); quí (noble: N) và thường (predominantly base metal: PB) (được nêu trong bảng 20-1). Phân loại hợp kim nha khoa theo thành phần kim loại quí cần để ước lượng giá của phục hồi, cần cho bác sĩ, kỹ thuật viên, bệnh nhân và cơ quan bảo hiểm. TABLE 20 -1. Phân loại hợp kim nha khoa của ADA 1984 (Alloy Classification of the American Dental Association (1984)) Typ hợp kim Tổng lượng kim loại quí trong thành phần (theo khối lượng) Rất quí (HN) ≥ 40 wt% Au & ≥ 60 wt% nguyên tố kim loại quí (Au + Ir + Os + Pd + Rh + Ru) Quí (N) ≥ 25 wt% nguyên tố kim loại quí Thường (PB) < 25 wt% nguyên tố kim loại quí Từ “hợp kim bán quí” (precious, semipreciuos) không nên dùng vì không chính xác. Các kỹ thuật viên thường dùng từ “bán quí” để chỉ các hợp kim có nền là palladium hoặc bạc. Các hợp kim có >50% khối lượng paladium, bao gồm Pd-Ag, Pd-Cu, Pd-Co, Pd-Ga-Ag, Pd-Au, Pd-Au-Ag được gọi là quí. Từ quí cũng được dùng cho hợp kim Ag-Pd nếu chứa >25% www.hoangtuhung.com 3
palladium và các kim loại quí khác. Các hợp kim rất quí và quí thường được đóng gói và tính giá theo các lô 1, 2, hoặc 20 dwt (pennyweight) ∗ 2.1.3. Từ 1989, phân loại vẫn gồm bốn typ đã đưa thêm tất cả các hợp kim đúc đáp ứng đòi hỏi các test về độc tính, đổi màu, giới hạn chảy dẻo, phần trăm dãn dài. (Bảng 20-2 cho thấy bên cạnh độ cứng, giới hạn chảy dẻo và % dãn dài là cơ sở của phân loại này). Bảng 20 -2. Đòi hỏi về đặc tính cơ học của hợp kim (Mechanical Property Requirements of American Dental Association Specification No.5) Giới hạn chảy dẻo (MPa) (độ lệch 0,1%) Dãn dài tối thiểu (%) sau ủ sau làm cứng sau ủ sau làm cứng Typ hợp kim I (mềm) Tối đa 140 không 18 không II (trung bình) 140 – 200 không 19 không III (cứng) 200 – 340 không 12 không IV (rất cứng) ≥340 500 10 2 • Typ I: mềm, cho những phục hồi ít chịu lực: inlay • Typ II: trung bình, phục hồi chịu lực trung bình: onlay • Typ III: cứng, cho những phục hồi chịu lực: onlay, mão, các cầu ngắn • Typ IV: rất cứng, cho những phục hồi chịu lực cao: chốt ống tủy, mão veneer mỏng, cầu dài, khung. Theo phân loại 4 typ cua ADA và tu chỉnh năm 1989, 4 typ hợp kim để làm phục hồi toàn kim loại và mặt dán nhựa được sắp xếp, dựa theo đặc tính (chứ không theo thành phần) như sau: • Typ I: mềm, VHN từ 50 – 90, cho những phục hồi ít chịu lực: inlay • Typ II: trung bình, VHN từ 90 – 120, phục hồi chịu lực trung bình: onlay, mão ¾ dày, cùi răng, pontic, mão đầy • Typ III: cứng, VHN từ 120 – 150 cho những phục hồi chịu lực cao: onlay, mão, các cầu ngắn, mão ¾ mỏng, các pontic và cùi nhỏ, nền hàm • Typ IV: rất cứng, VHN ≥ 150 cho những phục hồi chịu lực rất cao: chốt ống tủy, mão veneer mỏng, cầu dài, khung và các thanh ngang của khung. Loại I và II thường còn được gọi là “hợp kim inlay”, loại III và IV còn được gọi là “hợp kim mão và cầu”. 2.1.4. Năm 2003, Hội đồng khoa học của ADA đã xem xét lại sự phân loại, bao gồm thêm titanium như một mục riêng trong nha khoa. Titanium là một trong những kim loại có tính tương hợp sinh học cao nhất trong các ứng dụng nha khoa và có ứng dụng rộng với đặc tính tương tự kim loại quí. Ngoài các phân loại chính thức nêu trên, còn cần chú ý hai cách phân biệt sau: 2.2. Phân biệt hợp kim nha khoa Do có nhiều loại hệ thống hợp kim để lựa chọn, cần phải xem xét theo chỉ định áp dụng và thành phần của hợp kim. 2.2.1 Phân biệt loại các hợp kim theo chỉ định: Bảng 20-3 liệt kê các loại hợp kim theo chỉ định áp dụng đối với mão toàn kim loại, kim loại-sứ và hàm khung. Cần chú ý là hợp kim dùng ∗ 1troy ounce = 20 pennyweight www.hoangtuhung.com 4
cho phục hình sứ-kim loại có thể dùng cho toàn kim loại nhưng không phải là ngược lại. Nguyên nhân chính là do hợp kim không thể tạo một lớp oxid mỏng và ổn định để liên kết với sứ, độ nóng chảy có thể thấp nên gây biến dạng lún hoặc bị chảy ở nhiệt độ thiêu kết (nung) sứ, độ dãn nở nhệt cũng không tương thích với sứ. Bảng 20-3. Phân loại hợp kim để làm phục hình toàn kim loại, sứ-kim loại, hàm khung (Classification of Alloys for All-Metal Restorations, Metal-Ceramic Restorations, and Frameworks for Removable Partial Dentures). Typ hợp kim Toàn kim loại Kim loại-sứ Hàm khung Rất quí Au-Ag-Cu-Pd Au-Pt-Pd Au-Ag-Cu-Pd Hợp kim cho sứ-kim Au-Pd-Ag (5-12 wt% Ag) loại Au-Pd-Ag (>12 wt% Ag) Au-Pd Quí Ag-Pd-Au-Cu Pd-Au Ag-Pd-Au-Cu Ag-Pd Pd-Au-Ag Ag-Pd Hợp kim cho sứ-kim Pd-Ag loại Pd-Cu Pd-Co Pd-Ga-Ag Thường Ti nguyên chất Ti nguyên chất Ti nguyên chất Ti-Al-V Ti-Al-V Ti-Al-V Ni-Cr-Mo-Be Ni-Cr-Mo-Be Ni-Cr-Mo-Be Ni-Cr-Mo Ni-Cr-Mo Ni-Cr-Mo Co-Cr-Mo Co-Cr-Mo Co-Cr-Mo Co-Cr-W Co-Cr-W Co-Cr-W Al-đồng thiếc 2.2.2. Phân biệt hợp kim bằng các nguyên tố chính Khi phân biệt hợp kim theo thành phần, người ta xếp theo trình tự giảm dần, từ thành phần chiếm nhiều nhất rồi đến các thành phần khác. Các bảng 20-3, 20-7 và 20-8 sắp xếp theo trình tự này. Ngoại lệ cho sự sắp xếp là khi có thành phần ảnh hưởng nhiều đến đặc tính hoặc ảnh hưởng đến tính tương hợp sinh học của vật liệu hoặc cả hai. Thí dụ, hợp kim nickel-chromium- molybdenum-beryllium thường được gọi là hợp kim nickel-chromium-beryllium vì beryllium vừa góp phần quan trọng đối với tính dễ đúc và kiểm soát sự tạo thành lớp oxid ở nhiệt độ cao nhưng có độc tính so với các kim loại khác. Molybdenum (Mo), tungsten (W) thường có nhiều hơn beryllium để làm giảm hệ số dãn nở nhiệt. 2.3. Các kim loại dùng trong hợp kim nha khoa Trên bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, có tám kim loại quí: vàng, các kim loại nhóm platinum (platinum, palladium, rhodium, ruthenium, iridium, osmium) và bạc. Tuy vậy, trong môi trường miệng, bạc khá hoạt động nên không được coi là kim loại quí. Các kim loại quí thường được dùng trong hợp kim làm inlay, onlay, mão, cầu, sứ-kim loại. Chúng là những hợp kim ít bị đổi màu và ăn mòn. Từ “kim loại quí” chỉ có nghiã tương đối. Trong số bảy kim loại quí, chỉ có vàng, palladium và platinum đóng vai trò quan trọng trong các hợp kim nha khoa. www.hoangtuhung.com 5
2.3.1. Karat và Fineness Karat (carat) dùng để chỉ phần của vàng nguyên chất có trong 24 phần của một hợp kim. Thí dụ: vàng 24 karat là vàng nguyên chất, vàng 22 karat là hợp kim chứa 22 phần vàng nguyên chất và 2 phần kim loại khác. Fineness dùng để mô tả hợp kim có vàng bằng số phần vàng trên 1000. Thí dụ: vàng nguyên chất có fineness 1000; hợp kim 650 chứa 65% vàng. Như vậy, thang đo fineness chính là bằng 10 lần của thang đo %. Trong thí dụ trên, 650 fine alloy có 65% vàng nguyên chất. Trong thực tế, fineness được coi là thực tế hơn karat, nhưng nói chung, không được dùng phổ biến trong hợp kim nha khoa. Bảng 20-4 trình bày phân loại hợp kim vàng theo karat và fineness. Bảng 20-4. Các hợp kim vàng phân loại theo karat và fineness (Gold alloys commonly use karat and fineness classifications) % khối lượng vàng Karat Fineness 100 24 1000 75 18 750 58 14 583 42 10 420 2.4. Hợp kim kim loại thường (hợp kim thường) Là những hợp kim chứa ≥ 75% khối lượng là các nguyên tố kim loại thường hoặc < 25% khối lượng là kim loại quí. Kim loại thường (base metal) là thành phần “không có giá trị” của hợp kim đúc nha khoa, vì chúng rẻ và thường có mức phản ứng cao với môi trường. Tuy vậy, chúng có ảnh hưởng đến khối lượng riêng, độ bền và độ cứng, cũng như tạo thành lớp oxid (điều này lại rất cần cho phục hồi kim loại-sứ); cũng có một vài kim loại thường có thể dùng để bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn bằng cách thụ động hóa (passivation)). Kim loại thường có mặt trong thành phần hợp kim nha khoa khá phong phú: bạc, nickel, chromium, nhôm, đồng, kẽm, indium, thiếc, gallium, molybdenium, beryllium, tungsten… Từ “hợp kim chủ yếu là kim loại thường” (predominantly base metal alloys) được dùng là do trước trước đây, trong hợp kim loại này, có một lượng nhỏ palladium. Ngày nay, các từ “hợp kim kim loại thường, hợp kim thường và hợp kim chủ yếu kim loại thường” được dùng đồng nghĩa. Theo trình tự thời gian, có ba loại hợp kim thường đã được sử dụng trong nha khoa: Hợp kim thép không rỉ (stainless steel alloys) Hợp kim nickel-chrome (nickel-chrome alloys) Hợp kim cobalt-chromium (cobalt-chromium alloys) Titanium và các hợp kim titanium, nickel-titanium siêu đàn hồi (super-elastic) sẽ được trình bày trong một bài riêng 3. ĐẶC ĐIỂM CỦA HỢP KIM ĐÚC NHA KHOA 3.1. Sự co đúc (casting shrinkage) Hầu hết kim loại, hợp kim, kể cả vàng, co lại khi chuyển từ trạng thái lỏng sang rắn. Đây là điểm quan trọng đối với nha khoa. Thí dụ, nếu khuôn đúc vừa vặn với mẫu đúc, vật đúc sẽ nhỏ hơn so với mẫu do bị co lại. Sự co diễn ra theo ba giai đoạn: • Co do nhiệt độ của kim loại lỏng từ nhiệt độ nóng chảy đến khuôn đúc, giai đoạn này không ảnh hưởng đến vật đúc vì khi kim loại co lại trong khuôn đúc, kim loại nóng chảy tiếp tục chảy vào để bù trừ. • Co của kim loại trong quá trình thay đổi từ lỏng sang rắn • Co do nhiệt độ của kim loại từ khi rắn đến nhiệt độ thường www.hoangtuhung.com 6
Độ co đúc của một số hợp kim được ghi trong bảng 20-6. sự co khác nhau của các hợp kim là do thành phần của chúng. Platinum, palladium, đồng làm giảm độ co đúc; vàng nguyên chất co nhiều, xấp xỉ độ co dãn vì nhiệt. Nói chung, độ co đúc ít hơn độ co tuyến tính vì nhiệt (linear thermal shrinkage), điều này có vẻ bất hợp lý vì hai suy luận giả định sau: - Khi khuôn đúc được lấp đầy kim loại lỏng, kim loại sẽ đặc lại bắt đầu ở thành khuôn do nhiệt độ của khuôn thấp hơn nhiệt độ kim loại nóng chảy. - Trong giai đoạn cứng đầu tiên, lớp kim loại cứng sát với thành khuôn còn yếu, và nó có khuynh hướng dính vào thành khuôn cho đến khi đủ độ cứng. Khi kim loại đủ cứng để co một cách độc lập với khuôn, nó tiếp tục co do giảm nhiệt độ cho đến nhiệt độ phòng. Tuy vậy trên thực tế, sự co do nhiệt độ của lớp kim loại yếu đầu tiên được hạn chế do sự dính cơ học vào thành khuôn, trong quá trình này, nó thường bị căng do thâm nhập vào bột đúc, như vậy, sự co trong quá trình hóa rắn được giảm thấp, mặt khác, sự co toàn bộ do nhiệt cũng được hạn chế. Như vậy, sư co đúc ít hơn sự co nhiệt. Do sự co nhiệt từ khi kim loại rắn đến nhiệt độ phòng đóng vai trò lớn trong độ co đúc, hợp kim có độ nóng chảy cao hơn có khuynh hướng co nhiều hơn, điều này cần được bù trừ trong kỹ thuật đúc. Bảng 20-6. Độ co tuyến tính khi hóa rắn của hợp kim đúc (Linear Solidification Shrinkage of Casting Alloys) Hợp kim Độ co đúc(%) Typ I, hợp kim vàng 1.56 Typ II, hợp kim vàng 1.37 Typ III, hợp kim vàng 1.42 Ni-Cr-Mo-Be 2.3 Co-Cr-Mo 2.3 1.2. Tính chất vật lý Các tính chất vật lý quan trọng của các hợp kim rất quí và quí được nêu ở bảng 20-5, của các hợp kim thường trong Bảng BBB. Những bảng tương tự cũng được các nhà sản xuất cụ thể cung cấp. Khoảng nóng chảy là nhiệt độ cơ sở của việc đúc, giới hạn trên là trạng thái liquidus (lỏng). Như vậy, đòi hỏi tăng 75º C đến 150 º C (150 - 300 ºF) để đạt được nhiệt độ đúc đúng. Giới hạn dưới của khoảng nóng chảy có thể dùng để ước lượng nhiệt độ hàn tối đa. Các hợp kim dùng cho sứ-kim loại cần có khoảng nóng chảy cao để giữ được trạng thái cứng trong quá trình thiêu kết sứ, tránh hiện tượng biến dạng lún. Mặt khác, các hợp kim từ typ I đến typ IV cần có nhiệt độ nóng chảy (fusion temperature) thấp khi được dùng với các phương pháp đúc cổ điển hoặc bột đúc thuộc loại thạch cao. Chênh lệch rộng của khoảng nóng chảy cũng cần chú ý vì khoảng này càng rộng, càng có xu hướng tạo thiên tích dạng nhánh cây (coring) trong quá trình hóa cứng 1 . Thể tích riêng (specific volume) tính bằng (cm3/g) có liên hệ tương hỗ với khối lượng riêng (mật độ: specific density), là một chỉ tố của trung bình số đơn vị có thể đúc từ một đơn vị khối lượng hợp kim. Tỷ số của mật độ tối đa trong các bảng (thí dụ từ 10, 7 đến 18, 3 đối với hợp kim-sứ) chỉ ra rằng nhiều vật đúc tương đương có thể đúc từ các hợp kim mật độ thấp hơn là từ các hợp kim có mật độ cao (trong thí dụ này là trên 70%). Giới hạn chảy dẻo (yield strength), giới hạn tỷ lệ (proportional limit), giới hạn đàn hồi (elastic limit) về cơ bản cùng phản ánh một đặc tính, đó là khả năng của một hợp kim trước các lực cơ học mà không bị biến dạng vĩnh viễn. Nói chung, giới hạn chảy dẻo tăng dần từ typ I đến typ IV. Làm cứng theo thời gian có thể làm tăng giới hạn chảy dẻo lên đến 100%. 1 Thiên tích dạng nhánh cây xảy ra trong xử lý nhiệt, khi hợp kim dược làm lạnh trong điều kiện không cân bằng, lớp bên ngoài của vật liệu vẫn còn nhiều nguyên tố có độ nóng chảy cao hơn. Các nhánh bên ngoài có thành phần hợp kim khác với phần bên trong. www.hoangtuhung.com 7
Độ cứng (hardness) của hợp kim quí tỷ lệ thuận với giới hạn chảy dẻo. Độ cứng dùng để chỉ sự thích hợp của một hợp kim đối với một chỉ định lâm sàng cho trước. Độ dãn dài (elongation) là số đo độ dễ uốn hay mức độ biến dạng dẻo của một hợ p kim có thể vượt qua trước khi gãy. Độ dãn dài cần thiết là đòi hỏi cơ bản trong trường hợp cần có sự biến dạng trong lâm sàng. Làm cứng theo thời gian làm giảm độ dãn dài. Hợp kim có độ dãn dài thấp dễ bị gãy vì dòn. Hầu hết hợp kim Ni-Haàu heát hôïp kim Ni-Cr söû duïng laøm maõo raêng vaø caùc phuïc hoài coá ñònh töøng phaàn chöùa töø 61% - 81% Ni, 11% - 27% Cr, 2%- 5% Molypñen (theo troïng löôïng). Thaønh phaàn ñieån hình moät soá hôïp kim ñöôïc söû duïng tröôùc ñaây (vaøi loaïi ñeán nay vaãn coøn söû duïng) cho caùc phuïc hoài söù coù söôøn kim loaïi ñöôïc cho ôû baûng 20-8. Trong hôïp kim, Croâm raát caàn thieát ñeå cung caáp söï oxi hoùa choáng gæ vaø khaùng moøn. Nhöõng coâng thöùc hôïp kim khaùc nhö Cr-Co vaø Fe-Cr. Caùc hôïp kim naøy coù theå chöùa 1 hay nhieàu nhöõng nguyeân toá sau: Al, Beri, Bo, Co, ñoàng, Xeri, Gali, Saét, Mn, Niobi, thieác, Titan, Ziriconi. Nhöõng hôïp kim Co-Cr ñieån hình chöùa 53%- 67% Co, 25%-32% Cr, 2%- 6% Molupñen (theo troïng löôïng). Nhöõng hôïp kim khoâng quyù noùng chaûy ôû nhieät ñoä cao, boät ñuùc söû duïng cho hôïp kim naøy phaûi coù chaát keát dính laø photphat hay silica. Theâm vaøo ñoù, phaûi söû duïng nguoàn nhieät cao khi ñuùc. Quan troïng hôn laø buø tröø söï co ruùt cuûa vaät ñuùc ñoøi hoûi ôû nhieät ñoä cao ñeå ñaït ñöôïc söï khít saùt chaáp nhaän treân laâm saøng. Gaàn ñaây, nhöõng hôïp kim Ti-Al-V vaø Titan nguyeân chaát ñöôïc ñöa vaøo thöïc hieän nhöõng phuïc hoài söù söôøn kim loaïi. . So saùnh vôùi hôïp kim vaøng loaïi IV ñaõ ñöôïc ADA chöùng nhaän, nhöõng hôïp kim cuûa Co, Ni vaø Titan nguyeân chaát coù ñaëc ñieåm laø giaù thaønh vaø tyû troïng thaáp hôn, ñoä cöùng cao hôn, moâñun ñaøn hoài cao hôn vaø coù theå so saùnh ñöôïc khaû naêng khaùng môø vaø khaùng moøn treân laâm saøng. Bảng 20-5. Đặc tính lý học của một số hợp kim kim loại quí nha khoa hiện đại (Physical Properties of Some Modern Noble Metal Dental Alloys) Khối Giới hạn chảy dẻo ≠ Độ Độ Typ Nguyên tố Khoảng nóng lượng (MPa) (psi) cứng dãn hợp kim chính chảy riêng (VHN) dài% (g/cm3) I Rất quí 943-960oC 16.6 103 (15,000) 80 36 (1730-1760oF) II Rất quí 924-960oC 15.9 186 (27,000) 101 (1695-1760oF) III Rất quí 924-960oC 15.5 207 (30,000) 121 39 (1710-1760oF) H275 (H40,000) H182 H19 Quí 843-916oC 12.8 241 (35,000) 138 30 (1550-1680oF) H586 (H85,000) H213 H13 Ag-Pd Quí 1021-1099oC 10.6 262 (38,000) 143 10 (1870-2010oF) H323 (H47,000) H154 H8 IV Rất quí 921-943oC 15.2 275 (40,000) 149 35 (1690-1720oF) H493 (H71,000) H264 H7 Rất quí 871-932oC 13.6 372 (54,000) 186 38 (1600-1710oF) H720 (H104,000) H254 H2 S ứ-kim loại Quí 930-1021oC 11.3 434 (63,000) 180 10 (1705-1870oF) H586 (H85,000) H270 H6 * Rất quí 1271-1304oC 13.5 572 (83,000) 220 20 (2320-2380oF) Quí 1232-1304oC 10.7 462 (67,000) 189 20 www.hoangtuhung.com 8
(2250-2380oF) + Rất quí 1149-1177oC 18.3 450 (65,300) 182 5 (2100-2150oF) Quí 1155-1320oC 10.6-11.5 476-685 (68,000-95,000) 235-270 10-34 (2111-2375oF) *Màu trắng. +Màu vàng. ≠H: Làm cứng theo thời gian. (các số liệu khác là trong điều kiện xử lý nhiệt làm mềm). VHN: Vickers hardness number. Bảng BBB. Tính chất vật lý và cơ học của hợp kim thường Physical and mechanical properties of dental metal materials Tensile Yield Elastic Elongation Density Alloy Condition strength strength modulus (%) (g/cm2) (MPa) (MPa) (GPa) Stainless steel 18-8 wire As received 2035-2849 965-1680 134-200 2-3.2 8 Stress relieved 2160 1034-1950 134-200 __ 8 316 wire As received 2275-2351 1955-2070 185-191 __ __ 316L Annealed 550-600 220-331 190-200 50-55 7.95 Cold- worked 896-1014 790-827 167-200 20-25 7.9-7.95 108 Annealed 931 586 188 52 7.63 Cold- worked 1344 1179 188 35 7.63 Ni-Cr Ni- Cr – Be Casting 778-1355 325-838 165-210 3-23.9 7.9-8.1 Ni-Cr Casting 539-919 180-858 141-248
Ti- 6A1-7Nb Annealed 978-1024 913 105 __ 4.52 Ti- 15Mo Annealed/aged 874 544 78 __ 4.96 TMA wire As drawn __ 621-1172 60-69.6 __ __ Heat – treatmed/aged __ 1220-1390 92.4-95.1 __ __ Nickel - Titanium __ __ __ __ __ Ni-Ti wire – A 527-1380 230-379 120 13-40 6.45 Ni-Ti wire M __ 207-552 32-50 __ __ Other __ __ __ __ __ Pure gold 130 20 90 10-39 11.3-15 Type III and IV __ __ __ __ __ Gold casting __ 207-434 90 10 - 39 11.3-15 Cortical bone 100-200 130 10-20 1-3 0.7 (dry Cancellous bone 10-20 __ 0.2-0.5 5-7 __ Abbreviations: ELI, extra low interstitial; Gpa, gigapascal; Mpa, megapascal 3.2. Xử lý nhiệt các hợp kim rất quí và quí Các hợp kim vàng có thể làm cứng đáng kể nếu chứa một lượng đồng nhất định. Typ I và II không thể làm cứng hoặc cứng thêm ít hơn so với typ III, IV. Cơ chế của sự cứng lên là do nhiều tác động của sự chuyển dạng trạng thái rắn (solid-state transformation), quá trình này cần thời gian và nhiệt độ. Những hợp kim có thể làm cứng hơn được thì cũng có thể làm mềm hơn được. Theo thuật ngữ luyện kim, việc xử lý nhiệt gồm xử lý nhiệt làm mềm (softening heat treatment), xử lý nhiệt làm cứng (hardening heat treatment) gọi là làm cứng theo thời gian (age-hardening treatment). 1.2.1. Xử lý nhiệt làm mềm Vật đúc được đặt trong lò điện ở nhiệt độ 700º C trong 10 phút, sau đó làm nguội nhanh (quench) trong nước. Trong quá trình này, tất cả các pha trung gian có thể đã thay đổi thành các dung dịch rắn hỗn độn (disordered solid solution), việc làm nguội nhanh làm quá trình lập lại trật tự không thực hiện được. Các đặc tính về độ bền kéo, giới hạn tỷ lệ (proportion limit) và độ cứng giảm nhưng tính dễ kéo sợi (dễ uốn: ductility) tăng lên. Xử lý nhiệt làm mềm được chỉ định cho những cấu trúc sử dụng trong miệng hoặc ngoài miệng, đã định dạng hoặc gia công nguội (cold working). Mặc dù 700º C là nhiệt độ trung bình làm mềm, mỗi nhà sản xuất thường có chỉ dẫn cụ thể về nhiệt độ và thời gian. 1.2.2. Xử lý nhiệt làm cứng Xử lý nhiệt làm cứng có thể được thưc hiện theo nhiều cách. Một trong những cách thường dùng nhất là “thấm” (nung khử co: “soaking”), hay làm cứng theo thời gian ở nhiệt độ và thời gian thích hợp. Thường là khoảng 15 – 30 phút, trước khi nó được làm nguội nhanh trong nước. Nhiệt độ làm cứng theo thời gian của hợp kim tùy thuộc thành phần, thường khoảng 200º - 400º C, thời gian do nhà sản xuất qui định. Trước khi hợp kim được làm cứng theo thời gian, nó cần được xử lý nhiệt làm mềm để làm dịu các lực hoá cứng do biến dạng (strain hardening), nếu còn các lực này, và hợp kim được làm cứng khi còn là dung dịch rắn hỗn độn, quá trình này sẽ không thể kiểm soát đúng, do sự tăng lên của sức bền, giới hạn tỷ lệ, độ cứng và giảm tính dễ uốn được quyết định bởi lượng chuyển dạng trạng thái rắn cho phép. Sự chuyển dạng này, ngược trở lại, được kiểm soát bởi nhiệt độ và thời gian của quá trình xử lý nhiệt làm cứng theo thời gian. Do giới hạn tỷ lệ được tăng lên trong quá trình làm cứng theo thời gian, sự tăng của modun năng lượng đàn hồi (suất biến dạng đàn hồi: modulus of resilience) có thể đạt được. Làm cứng theo thời gian được chỉ định cho hàm khung, yên, cầu, và các cấu trúc tương tự. Đối với các chi tiết nhỏ, như inlay, làm cứng không được đặt ra. www.hoangtuhung.com 10
4. THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA HỢP KIM ĐÚC NHA KHOA 4.1. Hợp kim rất quí và quí cho phục hình kim loại-sứ Hợp kim dùng cho phục hình sứ-kim loại là một trong ba nhóm theo chỉ định ứng dụng (toàn kim loại, sứ-kim loại và hàm khung). Các hợp kim sử dụng trong kỹ thuật sứ-kim loại bao gồm cả các hợp kim rất quí, quí, và hợp kim thường (Bảng 20-5) (xem bài “Hệ thống sứ-kim loại”). Thành phần các hợp kim rất quí và quí được liệt kê trong bảng 20-7 4.1.1. Hợp kim rất quí cho phục hình kim loại-sứ Các hợp kim vàng cho kim loại-sứ (Gold-based Metal-Ceramic) Hợp kim PFM chứa trên 40% khối lượng vàng và >60% kim loại quí (vàng + platinum và palladium và/hoặc kim loại quí khác) nói chung được phân loại là rất quí gồm các hợp kim thường gặp sau đây: Hợp kim Vàng-Platinum-Palladium Có thể chứa đến 88% vàng, palladium và platinum; một lượng nhỏ kim loại thường có thể có mặt, một số hợp kim loại này có màu vàng. Những hợp kim này có thể bị biến dạng lõm (sag deformation), chỉ nên làm cầu đến 3 đơn vị, tránh các cầu dài và các phần vói. Hợp kim Vàng-Palladium-Bạc Hợp kim chứa từ 37 đến 77% vàng, chứa đến 35% palladium, khoảng 22% bạc. Bạc làm tăng hệ số co nhiệt, có thể làm đổi màu sứ. Hợp kim Vàng-Palladium Vàng: 44-55%, palladium: 35-45%. Hợp kim loại này dùng cho các loại sứ có hệ số co nhiệt thấp để tránh các ngẫu lực căng (tensile stress) theo trục và theo chu vi ở sứ trong pha làm lạnh của chu kỳ nung sứ. Bảng 20- 7. Thành phần (theo % khối lượng) của các hợp kim typ I đến IV truyền thống và bốn loại hợp kim cho sứ-kim loại (Composition Range (weight percent) of Traditional Types I to IV Alloys and Four Metal –Ceramic Alloys) Typ hợp kim Nguyên tố chính Sn,In,Fe, Au Cu Ag Pd Zn, Ga I Hợp kim vàng, rất quí II Hợp kim vàng, rất quí 83 6 10 0.5 III Hợp kim vàng, rất quí 77 7 14 1 III Hợp kim vàng, quí 75 9 11 3.5 III Hợp kim bạc, quí 46 8 39 6 lượng 70 25 cân IV Hợp kim vàng, rất quí bằng IV Hợp kim bạc, quí 56 14 25 4 thích Metal-ceramic Hợp kim vàng, rất quí 15 14 45 25 hợp Metal-ceramic Hợp kim palladium, 52 38 Metal-ceramic quí 30 60 Metal-ceramic Hợp kim vàng, rất quí 88 1 7 (+4Pt) Hợp kim palladium, 0-6 0-15 0-6 88 quí 4.1.2. Hợp kim quí cho phục hình kim loại-sứ: Các hợp kim palladium (palladium-based alloys) www.hoangtuhung.com 11
Theo phân loại của ADA 1984, hợp kim quí cần phải chứa ≥25% kim loại quí nhưng không bắt buộc phải có vàng. Nói chung hợp kim quí để chỉ tất cả các hợp kim của palladium, chứa khoảng 54 đến 88% palladium, và cho cả hợp kim bạc-palladium (chỉ chứa 25% palladium) để làm toàn kim loại hoặc kim loại-nhựa. Hợp kim quí từ palladium tạo nên sự chuyển tiếp giữa hợp kim rất quí và hợp kim kim loại thường, cả về giá cả, lẫn về tỷ trọng. Dưới đây là các hợp kim nha khoa của palladium Hợp kim palladium-bạc Hợp kim Pd-Ag được giới thiệu năm 1974, là hợp kim quí không vàng (gold-free noble metal) đầu tiên cho phục hình sứ-kim loại. Thành phần của Pd-Ag là 53-61% palladium và 28- 40% bạc. Thiếc và indium thường được thêm để làm tăng độ cứng và để tạo thành lớp oxid cho việc dán sứ. Một sự cân bằng đúng về thành phần là cần thiết để duy trì nhiệt độ đúc thích hợp và hệ số co tương thích. Palladium thay thế vàng có làm tăng khoảng nóng chảy nhưng cũng làm giảm hệ số co của hợp kim. Tăng lượng bạc nói chung làm giảm khoảng nóng chảy và tăng hệ số co. Tỷ trọng (specific gravity, relative density) của hợp kim Pd-Ag thấp (10,7 đến 11,1) và giá rẻ, hợp kim này rất hấp dẫn để thay thế hợp kim vàng. Một số hợp kim loại này chỉ chứa lượng bạc thấp (khoảng 28%). Hợp kim có độ cứng 170-180 DPH 2 , giới hạn chảy dẻo khoảng 462 Mpa (67.000 psi) và độ dãn dài 25%, dễ mài, dễ đánh bóng và miết bóng hơn so với các hợp kim quí. Sự tương thích về nhiệt độ nói chung là tốt. Hợp kim Pd-Ag được sử dụng rộng rãi từ cuối những năm 70, như một cố gắng của các nhà sản xuất để đưa đến cho người dùng một sản phẩm dễ đúc, dán sứ được để giải quyết những vấn đề của những hợp kim thường trước đó. Tuy vậy, việc sử dụng có giảm sau một vài năm vì làm lọan màu (discolor) sứ trong quá trình nướng. Thuyết để giải thích hiện tượng này là do hơi bạc thoát ra từ bề mặt của hợp kim lan tỏa thâm nhập các ion vào sứ trong quá trình nung, và ngăn cản sự tạo thành keo (colloidal) bạc kim loại trên lớp bề mặt của sứ. Không phải tất cả sứ bị đổi vì có một số sứ không chứa các nguyên tố cần thiết để làm giảm ion bạc. Một hợp kim palladium khác chứa 75 đến 90% palladium, không có bạc đã được phát triển để loại trừ hiện tượng ”xám xanh”(”greening”). Một số hợp kim có lượng palladium cao tạo một lớp oxid sẫm màu trên bề mặt trong quá trình làm lạnh, lớp này gây khó khăn cho việc che màu. Các hợp kim chứa palladium cao khác: Pd-Ga-Ag-Au không gây hiện tượng này. Vì palladium đắt hơn bạc, việc thay thế bạc bằng palladium làm giá thành cao hơn hợp kim Pd-Ag. Các hợp kim palladium đã được gọi một cách ngẫu hứng là hợp kim ”bán quí” (semiprecious). Như đã nói trên, tên này không nên dùng vì nó không chính xác và vì dễ có xu hướng gây ra sự lẫn lộn do gộp những hợp kim không tương tự nhau vào một nhóm. So sánh với hợp kim vàng, vấn đề lớn nhất là các hợp kim chứa lượng bạc cao làm loạn màu. Hợp kim chứa vàng, vì vậy, được quảng cáo là ”nongreening”. Kỹ thuật viên cần chú ý khi làm những răng trước, nhất là khi răng cần màu răng trắng. Độ bám dính (adherence) của sứ là điều được quan tâm đối với các hợp kim Pd-Ag. Như đã nói trên, cần tạo một lớp oxid bề mặt để có sự dán kim loại với sứ. Trên thực tế, ở một số công thức, sự tạo thành oxid diễn ra ở bên trong trội hơn trên bề mặt. Tình trạng này có thể chấp nhận về mặt lâm sàng nhưng không phải là một tình trạng lý tưởng. Các hạt hình thành trên bề mặt do oxy hóa bên trong tạo sự lưu cơ học hơn là hóa học. Hợp kim palladium-đồng Là loại hợp kim mới được phát triển trong nha khoa, vì vậy, cần có thêm nhiều thông tin hơn nữa về kết quả lâm sàng. Các hợp kim Pd-Cu thường có 74-80% palladium và 9-15% đồng. Do khoảng nóng chảy thấp (1170º-1190º C), hợp kim này có thể bị biến dạng lõm khi thiêu kết sứ, cần được chú ý, nhất là đối với cầu dài. Vi cấu trúc của hợp kim Pd-Cu-Ga khi đúc và sau khi nung sứ bị thay đổi, tuy thay đổi về thể tích và sự biến dạng không đáng kể nhưng đây là vấn đề đối với hợp kim này. Một số hợp kim Pd-Cu chứa 2% vàng. 2 DPH: Diamond Pyramid Hardness, cũng là độ cứng Vickers www.hoangtuhung.com 12
Hợp kim Pd-Cu có giới hạn chảy dẻo lên đến 1145 MPa (166.000 psi), độ dãn dài 5-11%, độ cứng cao như một số hợp kim kim loại thường. Như vậy, các hợp kim này có xu hướng khó miết bóng, trừ ở những bờ tương đối mỏng. Tuy vậy, hầu hết kỹ thuật viên cho là hợp kim loại này dễ làm hơn hợp kim thường. Mặc dù sự không tương thích nhiệt (thermal incompability) là không đáng kể, nhưng các chi tiết mỏng dưới 0,1mm có thể dễ bị ảnh hưởng. Không tương thích ứng suất giữa sứ và hợp kim (metal-porcelain incompability stress) có thể là nguyên nhân của sự biến dạng, đặc biệt là hợp kim Pd-Cu có độ chảy (creep) khá cao ở nhiệt độ gần với nhiệt độ chuyển dạng glass của sứ. Các yếu tố khác có thể là nguyên nhân của biến dạng là hiện tượng hồi phục ngẫu lực đàn hồi (relaxation of elastic stress) do hóa rắn, mài, thổi cát... Giải pháp cho hiện tượng biến dạng là làm các chi tiết dày hơn, thay đổi sứ hoặc hợp kim cho phù hợp. Loạn sắc sứ có thể có nhưng không phải là vấn đề lớn. Gần đây có một số báo cáo về độc tính của hợp kim Pd-Cu do đồng phóng thích vào môi trường miệng. Mặc dù chưa được các nghiên cứu khoa học kết luận, điều này cũng cần chú ý. Lượng nhỏ vàng trong hợp kim không có đóng góp đáng kể trừ việc nó được coi là ”hợp kim có vàng” đối với các hãng bảo hiểm (có giá tương đương hợp kim palladium-bạc). Cần chú ý đến ảnh hưởng về thẩm mỹ do sự tạo thành oxid màu sẫm hoặc đen trong quá trình oxy hóa và nướng sứ. Kỹ thuật viên cần chú ý che cẩn thận lớp oxid và để tránh dải màu đen mất thẩm mỹ ở tiếp nối sứ-kim loại. Cũng cần chú ý là lớp màu đen thường gây khó khăn nhiều so với lớp oxid nâu. Một vài hợp kim loại này khá nhậy cảm về kỹ thuật đúc, chuẩn bị hàn và xử lý oxy hóa. Thí dụ, một số loại hợp kim nóng chảy (molten alloy) cần có một lớp mỏng oxid xuất hiện trên bề mặt ở nhiệt độ đúc (casting temperature). Một số hướng dẫn nhấn mạnh nhiệt độ cần được duy trì thêm 7 giây sau thời điểm quan sát được vận động quay của hợp kim. Do thiếu những chỉ dẫn cụ thể về biểu hiện của sự nóng chảy, thường có khuynh hướng làm quá nhiệt độ để loại trừ lớp màng mỏng. Sai lầm này có thể đưa đến làm thay đổi tính chất của hợp kim và làm giảm độ bền dán sứ-hợp kim. Nhiệt độ dưới mức nóng chảy cũng có thể gặp do khó đánh giá đúng sự nóng chảy, điều này đưa đến sai sót của vật đúc: không đủ hoặc các cạnh bị tròn. Hợp kim palladium-cobalt Thành phần của hợp kim quí palladium chứa từ 78 đến 88% palladium, từ 4 đến 10% Cobalt, có thể có 8% gallium theo thể tích. Hợp kim Pd-Co điển hình có độ cứng 250 DPH, giới hạn chảy dẻo 586 Mpa (85.000 psi), độ dãn dài 20%, modul đàn hồi 85,2 Gpa (12,35 x 106 psi). Chúng tương đối dễ thao tác sử dụng. Hợp kim Pd-Co nói chung có hệ số co nhiệt khá cao, thích hợp với các loại sứ có độ dãn nở cao. Về giá cả, hợp kim này xấp xỉ hợp kim Pd-Ag hoặc Pd-Cu. Thường được quảng cáo là hợp kim không vàng, không nickel, không beryllium, không bạc. Sự không có mặt nickel và beryllium chỉ ra rằng hợp kim này , cũng như các hợp kim quí thực sự khác, có tính tương hợp sinh học. Cũng như nhiều hợp kim quí, chúng có hạt nhỏ (fine grain size) để giảm thiểu sự co rút trong quá trình hóa rắn. Nhóm hợp kim Pd-Co này có độ kháng biến dạng cao nhất trong số các hợp kim quí. Tuy không có bạc, các hợp kim này cũng gây đổi màu sứ do cobalt, nhưng không đáng kể. Kỹ thuật che màu lớp oxid của kỹ thuật viên mới là nguyên nhân chính của những khiếm khuyết về thẩm mỹ. Các hợp kim palladium-gallium-bạc và palladium-gallium-bạc-vàng Là những hợp kim quí mới xuất hiện gần đây. Chúng ra đời để khắc phục nhược điểm về lớp oxid sẫm màu của các loại hợp kim Pd-Cu và Pd-Co, và để tương thích nhiệt với các sứ độ dãn nở thấp. Lượng bạc khá thấp (5-8%), thường không đủ để gây ra hiện tượng ”xám xanh” (greening). Còn ít tài liệu về độ bền dán và độ tương thích nhiệt. Hệ số co nhiệt thấp, thích hợp với sứ có độ dãn nở thấp như Vita. Nhìn chung, để tránh các sai lầm, cần xem văn bản ”chấp nhận” (”acceptable”) của ADA; cũng cần đối chiếu với danh mục tương thích giữa các loại sứ với loại hợp kim được chọn của nhà sản xuất (chứ không phải là chỉ hỏi người bán hay kỹ thuật viên). www.hoangtuhung.com 13
4.2. Hợp kim cho phục hình toàn kim loại, kim loại-sứ và mặt dán nhựa 4.2.1. Các hợp kim bạc-palladium Hợp kim có màu trắng, chủ yếu là bạc, có ≥25% palladium; là một hợp kim quí và hạn chế được sự đổi màu của bạc. Có thể có một lượng nhỏ đồng, vàng. Hợp kim Ag-Pd không có đồng gồm 70-72% bạc và 25% palladium có đặc tính cơ học tương đương typ III hợp kim vàng. Hợp kim Ag-Pd-Cu gồm khoảng 60% bạc, 25% palladium, 15% đồng có đặc tính tương đương typ IV. Tuy vậy, chúng có khuynh hướng dễ bị đổi màu và ăn mòn hơn hợp kim vàng. Chú ý đừng nhầm các hợp kim này với hợp kim Pd-Ag dược dùng cho phục hồi sứ-kim loại. Do nhu cầu thẩm mỹ, ngày càng ít dùng mão toàn kim loại. Các hợp kim dùng cho mão, cầu sứ-kim loại sẽ được trình bày sau. Đặc điểm lý học các hợp kim rất quí và quí (bao gồm Ag- Pd) để làm phục hình toàn kim loại và sứ-kim loại đã được trình bày trong bảng 20-5. 4.2.2. Các hợp kim nickel-chromium và cobalt-chromium Sự phát triển của các hợp kim thường (không quý) cobalt-chromium (Co-Cr) cho các ứng dụng đúc trong nha khoa năm bắt đầu từ 1928, trong những năm sau đó, các hợp kim Ni-Cr và Ni-Co-Cr được đưa vào sử dụng và được chấp nhận ngày càng rộng rãi, chiếm ưu thế trong việc lựa chọn làm mão, cầu, hàm khung…(bảng 20.8) So sánh với hợp kim vàng loại IV đã được ADA chứng nhận, những hợp kim của Co, Ni và Titan nguyên chất có đặc điểm là giá thành và tỷ trọng thấp hơn, độ cứng cao hơn, môđun đàn hồi cao hơn và có thể so sánh được khả năng kháng mờ và kháng mòn trên lâm sàng. Gần đây, các hợp kim Ti-Al-V (vanadium) và Titan nguyên chất được đưa vào thực hiện các phục hồi sứ sườn kim loại. Năm 1978, một khảo sát trên 1000 chủ labo ở Hoa kỳ, cho thấy chỉ 29% các labo sử dụng các hợp kim Ni-Cr hoặc Co-Cr cho những phục hồi bằng kim loại, sứ-kim loại. Vào năm 1980 và 1981, tỉ lệ các labo sử dụng những hợp kim không quý nói trên tăng lên lần lượt 66% và 71%, do sự không ổn định về giá của hợp kim quý trong giai đoạn này. Hầu hết các labo nha khoa thích sử dụng hợp kim Ni-Cr hơn Co-Cr. Các hợp kim Ni-Cr-Be vẫn phổ biến mặc dù chứa khả năng gây độc của Beryllium (Be) và dị ứng của Nickel. Các hợp kim Ni-Cr: sử dụng làm mão răng và các phục hình cố định từng phần chứa từ 61% - 81% Ni, 11% - 27% Cr, 2%- 5% Molybdenum (theo khối lượng). Các hợp kim Co-Cr điển hình chứa 53%- 67% Co, 25%-32% Cr, 2%- 6% Molybdenium (theo khối lượng). Trong hợp kim trên, Chromium rất cần thiết để tạo được tính thụ động và kháng ăn mòn; các hợp kim này và các hợp kim Cr-Co, Fe-Cr cũng có thể chứa một hay nhiều những nguyên tố sau: nhôm (aluminum: Al), beryllium ( Be), borium (B), cobalt (Co), đồng (Cu), cerium (Ce), gallium (Ga), sắt (iron: Fe), mangan (manganese: Mn), niobium (Nb) (còn gọi là columbium), silic (silicon: Si), thiếc (tin: Sn), Titanium (Ti), Zirconium (Zr). Thành phần điển hình một số hợp kim không quí cho các phục hồi sứ-kim loại được nêu ở bảng 20-8. Các hợp kim không quý nóng chảy ở nhiệt độ cao, bột đúc sử dụng cho hợp kim này phải có chất kết dính là phosphate hay silica. Hơn nữa, phải sử dụng nguồn nhiệt cao khi đúc và đòi hỏi quan trọng hơn là bù trừ sự co rút của vật đúc ở nhiệt độ cao để đạt được sự khít sát chấp nhận được trên lâm sàng. 4.2.3. Các hợp kim không quí khác Hợp kim nhôm-đồng thiếc (aluminum bronze alloy) Đồng thiếc (còn gọi là đồng đỏ: bronze) gồm đồng (copper: Cu) và thiếc (tin: Sn). Trong nha khoa, hợp kim nhôm-đồng thiếc (aluminum bronze alloy) có thể được sử dụng gồm 81-88% Cu, 7-11% Al, 2-4% Ni, 1-4% Fe (theo khối lượng). Tuy vậy, nó ít được dùng vì đồng có khuynh hướng phản ứng tạo thành sulfide, làm đổi màu. www.hoangtuhung.com 14
Titanium và hợp kim titanium Có thể dùng cho toàn kim loại, sứ-kim loại và khung. Sẽ được trình bày trong bài “Tianium và hợp kim titanium). Bảng 20-8. Các hợp kim thường điển hình cho phục hồi sứ kim loại (Typical base metal alloys for metal-ceramic restorations) Thành phần ( phần trăm khối lượng) Tên hợp kim&Nhà SX Ni Co Cr Be Mo W Ru Rexillium III (Jeneric/Pentron) 76 0.3 14 1.8 5 Litecast B (Williams Dental Co.) 78 13 1.7 4 Neptune (Jeneric/Pentron) 62 22 9 Forte(Unitek/ 3M) 62 22 9 Genesis II (J. F. Jelenko & Co.) 53 27 3 Ultra 100 (Unitek/ 3M) 52 28 Novarex (Jeneric/Pentron) 55 25 10 5 www.hoangtuhung.com 15