Что такое оксид циркония
2
СОДЕРЖАНИЕ
Производство, химические свойства, возникновение
Состав
Химические реакции
Инженерные свойства
Ширина запрещенной зоны ZrO 2 зависит от фазы (кубическая, тетрагональная, моноклинная или аморфная) и методов получения, с типичными оценками от 5 до 7 эВ.
Использует
Диоксид циркония является предшественником электрокерамического цирконата титаната свинца ( PZT ), который является диэлектриком с высоким κ, который содержится во множестве компонентов.
Ниша использует
Диоксид циркония был предложен для электролиза окиси углерода и кислорода из атмосферы Марса, чтобы обеспечить как топливо, так и окислитель, который можно было бы использовать в качестве хранилища химической энергии для использования при наземном транспорте на Марсе. Двигатели с оксидом углерода / кислородом были предложены для раннего использования в наземных транспортных средствах, поскольку и оксид углерода, и кислород можно было напрямую получить путем электролиза диоксида циркония, не требуя использования каких-либо водных ресурсов Марса для получения водорода, который был бы необходим для производства метана. или любое топливо на водородной основе.
Диоксид циркония можно использовать в качестве фотокатализатора, поскольку его большая запрещенная зона (
5 эВ) позволяет генерировать высокоэнергетические электроны и дырки. Некоторые исследования продемонстрировали активность легированного диоксида циркония (с целью увеличения поглощения видимого света) в разложении органических соединений и восстановлении Cr (VI) из сточных вод.
В ювелирном деле некоторые корпуса часов рекламируются как «черный оксид циркония». В 2015 году Omega выпустила полностью ZrO 2 часы под названием «The Dark Side of The Moon» с керамическим корпусом, безелем, кнопками и застежкой, заявив, что они в четыре раза тверже нержавеющей стали и, следовательно, более устойчивы к царапинам при повседневном использовании.
При газовой вольфрамовой дуговой сварке вольфрамовые электроды, содержащие 1% оксида циркония (также известного как диоксид циркония ) вместо 2% тория, обладают хорошей способностью к зажиганию дуги и током и не являются радиоактивными.
Имитатор алмаза
Оксид циркония: история открытия и тонкости производства
Оксид циркония появился на стоматологическом рынке в 2004 году. Он завоевал доверие стоматологов благодаря механизму трансформационного упрочнения и высокой прочности. Его стали активно использовать для каркасов протезов, корневых штифтов, замковых креплений, штифто-культевых вкладок, несъемных шин, а также супраструктур дентальных имплантов. Со временем стало понятно, что материал достаточно сложен в обработке и требует дальнейшего изучения.
История открытия оксида циркония
Двести лет назад оксид циркония выделили из его минерала. Более трех тысячелетий назад минерал использовали на острове Цейлон как несовершенный алмаз – для изготовления украшений. Есть несколько версия появления названия. К примеру, по версии одного источника, в 1776 г. немецкий ученый Брюкнер назвал его «заркун», то есть «минерал». Первым, кто выделил из минерала циркон оксид циркония, стал немецкий химик Мартин Генрих Клапрон, – в 1789 г.
Циркон и цирконий
Минерал циркон – это силикат циркония с примесями меди, железа, кальция, цинка, урана, тория, гафния и титана. Он встречается в природе в виде призматических кристаллов, агрегатов, зерен, отличается по цвету и прозрачности. Чистый оксид циркония тугоплавкий, имеет низкую удельную теплопроводность, малорастворим в воде, устойчив к химическим реагентам.
Цирконий – это элемент IV группы таблицы Менделеева с атомной массой 91,224. Он существует в двух формах – кристаллической и аморфной. Максимально высокая концентрация вещества – в щелочных породах. В природе встречается в соединении с оксидом силиката – минерал циркон или как свободный оксид циркония – минерал бадделеит.
Производство и получение оксида циркония
В составе минералов циркон и бадделеит – примеси различных металлов, которые придают им характерный цвет, а также примеси радионуклидов урана и тория, которые делают их радиоактивными. Поэтому в первичном виде использоваться в стоматологии они не могут. Оксид циркония производится химическим путем и отличается высокой чистотой. После сложной очистки от примесей он становится пригоден к применению в качестве керамического биоматериала.
Оксид циркония существует в виде моноклинной, тетрагональной и кубической кристаллических фаз. При нагревании он преобразуется из одной фазы в другую с уменьшением объема. Для стабилизации состояния в него добавляют стабилизирующие оксиды кальция, магния, церия, иттрия.
Исключительные физические и механические свойства наблюдаются у керамики на основе оксида циркония, стабилизированного частично оксидом иттрия. Такой материал имеет рекордные показатели прочности на изгиб и отменную трещиностойкость.
Для промышленного изготовления коронок на зубы из циркония в ортопедической стоматологии применяют порошок частично стабилизированного оксида циркония высокой степени очистки. Возможны два варианта его обработки.
Итог – подобные мелу, необожженные керамические блоки высокой плотности (95 % от теоретической). Их можно снова термически обработать в атмосфере кислорода в специальной печи без давления, чтобы получить блоки в предварительно спеченном состоянии («мягкий» циркон). Для полностью спеченного состояния, или «твердого» циркона, температура обработки должна быть не 1000, а 1500 °С.
Результат после спекания – керамические блоки с плотностью 100 %. Удаление остаточной пористости происходит при давлении 1000 бар и температуре, которая на 50 °С ниже, чем температура спекания. Блоки имеют серовато-черный цвет, поэтому проводят дополнительное окисление для восстановления белизны. Такие блоки отличаются более высокой прочностью.
Механизм трансформационного упрочнения керамики
Высокая прочность керамики объясняется механизмом трансформационного упрочнения. Частицы тетрагонального оксида циркония трансформируются в моноклинную фазу при появлении в металле трещин из-за сжимающих напряжений. На переднем конце трещины объем увеличивается на 3-5 % – это провоцирует сжимающие напряжения в противоположном направлении и подавляет распространение трещины. Этот принцип можно сравнить с принципом действия подушки безопасности в автомобиле.
Оксид циркония: история открытия и тонкости производства
Что такое цирконий
Цирконием называют элемент zirconium (Zr). В таблице Менделеева указан его атомный вес 91,22 и номер 40. Входит в состав продуктов питания, камней, руд.
Соединение циркония с кислородом – это металл серебристо-серого цвета. Напоминает нержавеющую сталь, белое золото. До очистки нередко содержит радиоактивные примеси. После удаления должен соответствовать ГОСТу 21907-76. Он непрозрачный, ковкий, вязкий, устойчив к коррозии, не намагничивается, но притягивается сильным полем.
Цирконий в украшениях используется в виде металлических вставок и оправ, для изготовления сережек.
Его также применяют для синтеза фианитов. Это прозрачные камни с бриллиантовой чистотой и сиянием. Темно-серые, графитовые или черные искусственные самоцветы называют черным цирконием.
Фианиты также бывают:
Циркон отличается от металла тем, что это природный драгоценный камень группы силикатов. В его составе есть элемент Zr, отчего минерал используется для извлечения циркония. По окрасу бывает бесцветным (матарский алмаз), золотистым (сиамский), голубым (старлит) и бурым (малакон).
В дополнение смотрите видеообзор в продолжение описания металла:
Подробнее об отличиях циркона, циркония и фианита читайте в статье.
Производство
Как уже говорилось ранее, цирконий изготавливается исключительно лабораторным путем. В качестве основного компонента применяется минерал циркон.
Получить синтетический камень можно несколькими способами:
В ходе всех вышеперечисленных методов образуется химическое соединение, из которого отделяется цирконий методом кристаллизации.
История происхождения циркония
Похожие на название циркония натуральные самоцветы цирконы используются давно. Их называли несовершенными алмазами, а темно-красные – гиацинтами. По легенде, это отвердевшие капли крови Гиацинта, убитого богом Зефиром. В русской сказке аленьким цветочком назван цветок, выточенный из бордового циркона.
В Средневековье их называли самоцветами-убийцами. Было подмечено: владелец начинал болеть при носке темно окрашенных крупных камней, затем умирал. Это случалось из-за использования радиоактивных минералов. Такие цирконы и сейчас нельзя применять.
История синтеза циркониевого металла:
Исследователи причисляют диоксид циркония к металлу с усовершенствованными свойствами. Он подходит для изготовления пластин для костей, коронок, других медицинских конструкций. Изделия безопасны, не противопоказаны для прохождения МРТ.
Смотрите видео о циркониевом металле:
Основные отличия циркониевых коронок от металлокерамических
Чтобы понять, диоксид циркония или металлокерамика – что лучше, приводим сравнительные характеристики для следующих аспектов:
Свойства и применение циркония
Циркониевые сплавы используются в химическом, машиностроительном и других производствах, в медицине. Порошок применяют для пиротехники, снарядов. Соединение с сульфатом используют для дубления кожи.
В ювелирном деле из циркониевого сплава или окиси делают оправы, вставки и самоцветы. Но это – не драгоценные камни или металл, а их имитация.
Физико-химические свойства
Чистый металл тверже стали, гибкий. Выдерживает давление в 65 кгс на 1 мм2. Чем больше газовых примесей, тем ниже прочность.
Формула записывается как ZrO2 (диоксид циркония). Он выдерживает до 750 °С, затем начинает рекристаллизовываться. Плавиться будет при + 1855 °С, а кипеть – при температуре более 4000 °С.
В основе циркона лежит силикат циркония (ZrSiO4). Поэтому различаются химико-физические характеристики минерала и металла.
При естественной температуре циркониевый металл устойчив к коррозии:
У металла структура решетки похожа на шестиугольник с равными сторонами (гексагональная). Радиус атома равен 160 пикометра (10-12 м). В центре есть ядро с 51 нейтроном и 40 протонами. Вокруг него расположены пять орбит с 40 электронами.
У фианитов строение решетки напоминает равносторонний куб. Окрас зависит от примесей. Желтую и красную гамму дает соединение с церием. Благодаря титану получается золотистый самородок. В розовый окрашивает эрбий, а в пурпурный – неодим. Добавление хрома дает зеленый колер.
Лечебные свойства циркония
В медицине используют только циркониевые сплавы:
Циркониевые изделия биологически совместимы с тканями, не отторгаются, не окисляются, не вызывают нагноения или аллергии. Они ускоряют регенерацию поврежденных структур.
Циркониевые сережки рекомендуют носить после прокола ушей. Они быстрее заживут, не будут гноиться.
Подмечено, что браслет или пояс с металлическими вставками ускоряет выздоровление у пациентов с патологиями опорно-двигательного аппарата. Около 10 % людей отзываются об улучшении кожи при псориазе или других дерматологических болезнях.
Каркасы из стоматологических металлических сплавов
Каркас для металлокерамической конструкции делается из сплавов кобальта и хрома, никеля и хрома, используются и драгоценные металлы – золото, платина, палладий. Толщина основы составляет от 0,3 до 0,5 мм, вместе со слоем керамики толщина протеза составляет около 1,5-2 мм.
В отличие от композитных материалов, которые также применяются для реставрации коронок, и намного дешевле, керамика воспроизводит цвет и структуру натуральной зубной ткани, при этом она не тускнеет и не впитывает красящие вещества.
Металлокерамическая зубная коронка – хороший вариант, если необходимо восстанавливать жевательные зубы эстетично и надежно и у вас нет аллергии на металлы. Металлокерамические протезы имеет следующие преимущества:
Но металлокерамические зубные протезы имеют некоторые недостатки:
Лечебные свойства камня
Циркониевый материал является биологически инертным и никак не влияет на здоровье людей. Благодаря такому показателю специалисты ценят этот металл больше, чем титан. Примерно 20 лет назад активно рекламировали циркониевый браслет. Но ученые доказали, что состояние здоровья от их ношения не меняется. Были единичные случаи, когда украшение помогало справиться с мигренями. Спустя некоторое время, выяснилось, что самочувствие улучшалось благодаря эффекту плацебо.
Свойство металла нагреваться помогает ему взаимодействовать с серными кислотами. Многих интересует, сколько элементов могут реагировать с циркониевым металлом. Как показывает практика, есть два основных: кислород и галоген.
Физико-химические свойства
Цирконий — блестящий серебристо-серый металл. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Zr с гексагональной решёткой типа магния (а = 3,231 Å; с = 5,146 Å; z = 2; пространственная группа P63/mmc
Плотность α-циркония (20 °C) 6,5107 г/см³; Tпл — 1855 °C; Tкип — 4409 °C; удельная теплоёмкость (25-100 °C) 0,291 кДж/(кг×К) [0,0693 кал/(г×°C)], коэффициент теплопроводности (50 °C) 20,96 вт/(м×К) [0,050 кал/(см×сек×°C)]; температурный коэффициент линейного расширения (20-400 °C) 6,9×10−6; удельное электрическое сопротивление циркония высокой степени чистоты (20 °C) 44,1 мкОм×см. температура перехода в состояние сверхпроводимости 0,7 К.
Внешняя электронная конфигурация атома циркония 4d25s2. Для циркония характерна степень окисления +4. Более низкие степени окисления +2 и +3 известны для циркония только в его соединениях с хлором, бромом и иодом.
Компактный цирконий медленно начинает окисляться в пределах 200—400 °C, покрываясь плёнкой циркония двуокиси ZrO2; выше 800 °C энергично взаимодействует с кислородом воздуха. Порошкообразный металл пирофорен — может воспламеняться на воздухе при обычной температуре. Цирконий активно поглощает водород уже при 300 °C, образуя твёрдый раствор и гидриды ZrH и ZrH2; при 1200—1300 °C в вакууме гидриды диссоциируют и весь водород может быть удалён из металла. С азотом цирконий образует при 700—800 °C нитрид ZrN. Цирконий взаимодействует с углеродом при температуре выше 900 °C с образованием карбида ZrC. Карбид и нитрид циркония
— твёрдые тугоплавкие соединения;
карбид циркония
— полупродукт для получения хлорида ZrCl4. Цирконий вступает в реакцию со фтором при обычной температуре, а с хлором, бромом и иодом при температуре выше 200 °C, образуя высшие галогениды ZrHal4 (где Hal — галоген). Цирконий устойчив в воде и водяных парах до 300 °C, не реагирует с соляной и серной (до 50 %) кислотами, а также с растворами щелочей (цирконий — единственный металл, стойкий в щелочах, содержащих аммиак). С азотной кислотой и царской водкой он взаимодействует при температуре выше 100 °C. Растворяется в плавиковой и горячей концентрированной (выше 50 %) серной кислотах. Из кислых растворов могут быть выделены соли соответствующих кислот разного состава, зависящего от концентрации кислоты. Так, из концентрированных сернокислых растворов циркония осаждается кристаллогидрат Zr(SO4)2•4H2O; из разбавленных растворов — основные сульфаты общей формулы xZrO2 • ySO3 • zH2O (где х : y > 1). Сульфаты циркония при 800—900 °C полностью разлагаются с образованием двуокиси циркония. Из азотнокислых растворов кристаллизуется Zr(NO3)4 • 5H2O или ZrO(NO3)2 • xH2O (где х = 2-6), из солянокислых растворов — ZrOCl2 • 8H2O, который обезвоживается при 180—200 °C.
Нахождение в природе
Соединения циркония широко распространены в литосфере. В природе распространены главным образом циркон (ZrSiO4), бадделеит (ZrO2) и различные сложные минералы. Во всех земных месторождениях цирконию сопутствует Hf, который входит в минералы циркона благодаря изоморфному замещению атома Zr.
Циркон является самым распространенным циркониевым минералом. Он встречается во всех типах пород, но главным образом в гранитах и сиенитах. В графстве Гиндерсон (шт. Сев. Каролина) в пегматитах были найдены кристаллы циркона длиной в несколько сантиметров, а на Мадагаскаре были обнаружены кристаллы, вес которых исчисляется килограммами.
Бадделеит был найден Юссаком в 1892 г в Бразилии. Основное месторождение находится в районе Посус-ди-Калдас (Бразилия). Там была найдена глыба бадделеита весом около 30 т, а в водных потоках и вдоль обрыва бадделеит встречается в виде аллювиальной гальки диаметром до 7,5 мм, известной под названием фавас (от португальского fava
— боб). Фавас обычно содержит свыше 90 % двуокиси циркония.
Отзывы
Ольга, 32 года «Три года назад купила себе серьги из циркона. Покорила цена – всего 2 тысячи рублей. Достоинства – они красивы, долговечны, не ржавеют. Недостаток – немного шершавая поверхность»
Валентина, 53 года «Дочка подарила мне на 8 марта циркониевый браслет. Я долго её ругала, так как все эти медицинские «штучки» считала ерундой и приманкой от шарлатанов. Однако, решила попробовать его в действии и удивилась, давление действительно в течение длительного времени было нормальным, несмотря на то, что я гипертоник»
Екатерина, 28 лет «Кулон, с камнем цирконом мне подарил молодой человек. Я заметила, что с его появлением меня меньше стали мучать приступы аллергии. Теперь, это мой талисман»
Стоимость за грамм
Австралийский Союз и Южно-Африканская Республика уже давно являются основными поставщиками циркония на мировой рынок. Спрос на металл постоянно увеличивается. А количество поставляемого материала остается примерно на одном уровне. Поэтому его стоимость постоянно увеличивается.
На данный момент цена грамма киновари составляет около 100-200 рублей.
Цирконий знаком человеческому обществу уже столетие, но он до сих пор не открыл людям все свои тайны. Неясно, почему химический элемент получил свое имя, каково полное влияние металла на живой организм. Наверно известны не все серы, в которых можно применять удивительный металл серебряного цвета.
Керамические коронки на каркасе из оксида циркония
Что такое оксид циркония?
Материалов для изготовления коронок в настоящее время достаточно много. Одним из них является оксид циркония. Это очень популярный современный керамический материал, являющийся результатом внедрения высоких технологий в область стоматологии. Именно высокая прочность, биосовместимость и эстетичность оксида циркония сделала его одним из самых востребованных материалов для протезирования зубов.
Открытие оксида циркония связано с минералом циркон (рис.1), о котором существует множество древних легенд. Более трех тысяч лет назад на острове Цейлон циркон использовался в качестве несовершенного алмаза и шел на изготовление украшений. Блестящие камни носили название «матарские алмазы», так как источником их месторождения был один из районов Цейлона – Матара. Существует несколько версий по поводу того, кто дал современное название «несовершенному алмазу». По одним источникам, немецкий ученый Брюкнер в 1778 году нарек его арабским словом «заркун», что значит «минерал». По другим – первооткрывателем циркона считается химик Вернер (1783), давший минералу имя «царгун» от двух персидских слов «цар» — «золото» и «гун» — «цвет». Третьи источники утверждают, что «циркон» — это видоизмененное от простонародного «жаргон» — «обманщик», т.е. «ненастоящий алмаз». Официально в научных трудах минерал циркон стал упоминаться в 80-х годах XVIII века. В 1789 году немецкий химик Мартин Генрих Клапрот опубликовал результаты анализа драгоценного камня, привезенного с берегов Цейлона. В ходе этого анализа было выделено вещество, которое Клапрот назвал «цирконовой землей», это и был оксид циркония.
Рис.1. Минерал циркон
В настоящее время существует терминологическая путаница, в которой необходимо разобраться. Минерал циркон Zirkon (ZrSiO4) является силикатом циркония. Содержит примеси различных металлов. По цвету и прозрачности различают следующие виды циркона: гиацинт – прозрачный, красный, красно-оранжевый, красно-коричневый, пурпурный (рис.2); жаргон – прозрачный, медово-желтый, дымчатый, бесцветный и старлит – прозрачный, голубой. Оксид циркония также встречается в природе в виде минерала бадделеита (рис.3).
Рис.3. Минерал бадделеит
Цирконий Zirconium (Zr) – это химический элемент IV группы периодической системы Д. И. Менделеева. Чистый цирконий существует в двух формах: кристаллическая форма — мягкий, ковкий металл серовато-белого цвета (рис.4); аморфная форма – голубовато-черный порошок. В чистом виде в природе не встречается, свободный от примесей чистый цирконий удалось получить лишь в начале XX века.
Рис.4. Металл цирконий Zr
Минералы циркон и бадделеит не могут использоваться в медицине в следствии большого количества примесей различных металлов, придающих им непригодный для использования цвет, и примесей радиоактивных металлов (уран, торий). Высокочистый оксид циркония производят химическим способом. Оксид (диоксид) циркония (ZrO2), в англоязычных странах допустим термин Zirconia, является одним из наиболее тугоплавких оксидов металлов, температура плавления составляет 2715 °C. Он проявляет амфотерные свойства, нерастворим в воде и водных растворах большинства кислот и щёлочей, однако растворяется в плавиковой и концентрированной серной кислотах, расплавах щелочей и стёклах. Оксид циркония существует в виде трех кристаллических фаз: моноклинной (М), тетрагональной (Т) и кубической (С). Во время нагревания оксид циркония подвергается процессу фазового преобразования, то есть переходу из одной фазы в другую, при этом происходит изменения объема. Чтобы подавить фазовые трансформации оксида циркония и получить материалы с нужными свойствами к нему добавляют стабилизирующие оксиды металлов, например, оксиды кальция, магния, иттрия, церия. В зависимости от количества стабилизирующего агента различают полностью или частично стабилизированный оксид циркония. Стабильная моноклинная фаза (М) встречается в природе в виде минерала бадделеита, метастабильная среднетемпературная тетрагональная (Т) – входит в состав циркониевых керамик, нестабильная высокотемпературная кубическая (С) фаза стабилизированная примесями различных оксидов металлов, благодаря высокому показателю преломления и дисперсии применяются в ювелирном деле в качестве имитации алмазов; в СССР такие кристаллы получили название фианитов (рис.5), от Физического института Академии наук (ФИАН), где были впервые синтезированы. Но название фианит практически не используется за пределами бывшего СССР и стран Восточной Европы. За рубежом этот материал чаще называют джевалитом и цирконитом. В некоторых случаях, особенно в переводах с иностранных языков, фианит называют цирконием или цирконом (рис.6), что создаёт путаницу, так как фианит является имитирующим алмаз синтетическим материалом, циркон — никак не связанный с ним минерал, а цирконий — химический элемент.
Рис.6. Виды фианитов (кубическая фаза оксида циркония)
Показатель преломления фианита (2,15—2,25) близок к алмазу (2,417—2,419), поэтому на глаз их трудно отличить. Благодаря этому их часто используют в ювелирном деле (рис.7). Фианитовыми вставками могут украшаться ювелирные изделия из золота. В бижутерии они применяются для контраста прозрачности или цвета главной вставки (центра композиции), или как имитация бриллиантов. Используются также в стоматологии при керамическом напылении и в химической промышленности. Кроме того, в стоматологии используются для украшения зубов – изготовления скайсов (рис.8).
Рис.7. Украшения с фианитами
В промышленности оксид циркония получил широкое распространение благодаря своим уникальным свойствам (высокой твердости, низкой теплопроводности и др.). В автомобилестроении из него изготавливают тормозные диски высококлассных спортивных машин. В космической отрасли — теплозащитные экраны шаттлов – благодаря ему корабли выдерживают невероятные температурные воздействия. Он используется в производстве огнеупоров, технической керамики, нагревательных элементов, из него изготавливают эмали, стекла, режущие инструменты. Все прекрасно знают керамические ножи (рис.9), прочно вошедшие в нашу повседневную жизнь. При нагревании диоксид циркония проводит ток, что иногда используется для получения нагревательных элементов, устойчивых на воздухе при очень высокой температуре. Нагретый оксид циркония способен проводить ионы кислорода как твёрдый электролит. Это свойство используется в промышленных анализаторах кислорода. Применяется он и в медицине, например, как сферические головки искусственных тазобедренных суставов (рис.10,11). И, наконец, в стоматологии он может проявить все свои самые лучшие качества в роли зубных протезов.
Рис.9. Керамические ножи из оксида циркония
Рис.10. Эндопротезы тазобедренного сустава из различных материалов
Рис.11. Пара трения тазобедренного сустава керамика-керамика из оксида циркония
Оксид циркония в стоматологии
Благодаря своим уникальным свойствам оксид циркония используется в стоматологии для изготовления: каркасов протезов, монолитных коронок, штифтов, культевых вкладок, несъемных шин, несъемных протезов с опорой на имплантаты (рис.12-15).
Рис.12. Коронки и мостовидные протезы
Рис.13. Культевые вкладки
Рис.14. Индивидуальный абатмент на титановом основании и коронка на имплантат
Рис.15. Протез на имплантатах
Совсем ещё недавно коронки и мостовидные протезы на металлическом каркасе считались общепринятым стандартом и безальтернативным методом лечения в стоматологии, металл обеспечивал прочность, керамика – эстетику. Однако, металлокерамические реставрации выглядели монохромными и непрозрачными (рис.16), с тёмно-серой линией десны (такой эффект дает металлический каркас). В стоматологии велись продолжительные исследования и поиски материалов, подходящих для протезирования зубов, которые эстетически приемлемы, имеют достаточную прочность, износоустойчивость и одновременно являются биосовместимыми – хорошо переносятся человеческим организмом. Высокотехнологическое решение было найдено с внедрением оксида циркония.
Рис.16. Преимушество коронок из оксида циркония
Этот материал не уступает по прочности металлу, обладает свойствами полупрозрачности и светопроницаемостью, что позволяет передать естественный цвет и прозрачность, как у натурального зуба (рис.16). Металлы, из которых изготавливаются протезы, иногда становятся причиной аллергических реакций и явления гальванизма у пациента. Поэтому коронки на основе оксида циркония – один из вариантов для людей с гиперчувствительностью и непереносимостью металлов и акрилатов. Гладкая поверхность, препятствует аккумуляции налёта, что способствует хорошей гигиене полости рта и такие коронки не окрашиваются. Благодаря исключительным прочностным и оптическим характеристикам оксида циркония толщина коронки может быть меньше, чем толщина цельнокерамических реставраций или металлокерамических. Что позволяет более щадящим образом обтачивать зубы и обеспечивает сохранение большего объёма здоровых тканей зуба. Поэтому при протезировании циркониевыми коронками меньшая вероятность удаления нерва. Низкая теплопроводность материала обеспечивает отсутствие дискомфорта при приеме горячей или холодной пищи при наличии «живых» зубов.
Технология изготовления
Оксид циркония обладает высокой твердостью, для измерения которой применяют шкалу твердости материалов Мооса. Так, твердость оксида циркония по шкале Мооса составляет около 8,5 единиц, в то время как твердость стали по этой шкале равняется 5,5 — 6 единицам, корунда – 9 единицам, алмаза – 10 единицам. Таким образом, материал по твердости приближается к алмазу. Износостойкость оксида циркония превосходит сталь более чем в 80 раз. Оксид циркония, иногда называют «белой сталью». Материал в несколько раз более прочный, чем цельнокерамические реставрации. Оксид циркония до недавнего времени ввиду его необычайной прочности можно было обрабатывать только с очень большими затратами и тем самым был почти недоступен для использования в зуботехнической лаборатории. Только благодаря новейшим разработкам стало возможным экономическое использование данного материала в стоматологии. Оксид циркония сложен в обработке, поэтому изготовление коронок из него – процесс трудоемкий, требующий применения современного высокотехнологичного оборудования, соответственно и цена на них в настоящее время выше. Изготовление циркониевого каркаса – это почти полностью автоматизированный процесс, состоящий из следующих этапов. После снятия слепков с обточенных зубов и изготовления гипсовых моделей, эти модели сканируются, полученные данные проходят компьютерную обработку, создается виртуальная трехмерная модель. Затем с помощью специальной компьютерной программы производится моделирование каркаса будущей конструкции с учётом усадки, происходящей в процессе обжига (рис.17). Обработанные данные передаются на цифровой фрезерный станок и происходит вытачивание каркаса из блока предварительно спеченного, «мягкого» оксида циркония (рис.18,19). Для промышленного производства керамических блоков, применяемых в ортопедической стоматологии, используют порошки (рис.20) оксида циркония высокой степени очистки частично стабилизированного оксидом иттрия, которые прессуются различными методами. Блоки можно подобрать разного цвета и разной степени прозрачности в зависимости от клинической ситуации.
Рис.17. Виртуальное моделирование протезов.
Рис.18. Блоки оксида циркония
Рис.19. Каркасы коронок после фрезеровки в блоке
Рис.20. Порошок оксида циркония
После фрезеровки проводится окончательное спекание заготовок в специальной высокотемпературной печи, что обеспечивает высокопрочные характеристики материала каркаса. При этом происходит уменьшение объема реставрации, только применение современных компьютерных CAD/CAM технологий позволяет рассчитать данную усадку. После этого зубной техник проверяет конструкцию на моделях, современные технологии фрезерования позволяют добиться очень хорошей точности прилегания коронок, что способствует надежности и долговечности. Далее покрывают каркас специальной керамической массой, имеющий схожий с ZrO2 коэффициент температурного расширения, или окрашивают специальными красителями с целью придания естественности реставрации. С использованием новых методов фрезеровки стали доступны монолитные реставрации, выполненные полностью из оксида циркония без облицовки керамикой, например, Prettau (Zirkonzahn). У данного материала возможно выбрать степень прозрачности заготовки в зависимости от цвета опорного зуба. Однако если опорный зуб сильно изменен в цвете, то необходимо использовать не прозрачный каркас. С таких реставраций не скалывается керамика, но они имеют более высокую микротвердость по сравнению с эмалью зуба, что может способствовать более высокой стираемости своих зубов. Поэтому поверхность таких протезов должна быть покрыта глазурью и тщательно отполирована. Такие коронки менее эстетичны, т.к. нет прозрачного слоя эмали, но зато имеют большую прочность, что важно при изготовлении коронок в боковом отделе, и коронок на имплантатах. Кроме того, такие коронки возможно изготовить меньшей толщины, следовательно, меньше обтачиваются свои зубы. Оксид циркония является очень хорошим материалом для изготовления ортопедических конструкций, однако, «чудо материалов» не бывает. Только правильное планирование работы с учетом всех положительных и отрицательных свойств материала и строгое соблюдение технологии изготовления, позволит получить долгосрочный положительный результат.