CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ SỨ NHA KHOA VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA SỨ NHA KHOA 1. Cấu tạo răng người tự nhiên và răng nhân tạo Hình1.1: Cấu tạo răng tự nhiên (trái) và răng nhân tạo (phải) Cấu tạo của răng người tự nhiên gồm ba phần: men răng (enamel), ngà răng (dentine), tủy răng (pulp). Răng nhân tạo là sự mô phỏng lại răng tự nhiên, nguyên lý xây dựng nên cấu trúc răng nhân tạo là sự kết hợp khéo léo giữa tính thẩm mỹ và độ bền cơ học. Lớp vật liệu tạo thẩm mỹ sẽ được nâng đỡ bằng những vật liệu có độ bền cao.
Theo nguyên lý đó ta có thể chia cấu tạo răng người nhân tạo gồm các phần chính sau: men răng, ngà răng, lớp tạo đục, lõi (khung) răng, cùi răng hay chân cắm (implant), tùy từng lớp vật liệu mà chúng có thành phần hoá và cấu trúc khác nhau [1]. Có hai hệ vật liệu hiện nay: hệ sứ sườn kim loại (metal-ceramic: khung răng được làm bằng kim loại, các lớp phủ tiếp theo bằng vật liệu ceramic) và hệ toàn sứ (all-ceramic). Các lớp vật liệu sứ có thể tạo hình bằng nhiều phương pháp: bột sứ được tạo hình rồi nung kết khối (đối với các lớp bên ngoài), phương pháp ép nóng hoặc CAD-CAM (tạo khung, sườn). Phần lớn vật liệu làm bột làm răng sứ hiện nay là sứ tràng thạch, gốm thủy tinh (glass ceramic): hệ tràng thạch leucite, hệ lithiumdisilicate, hệ apatite, hệ flouromica hoặc hệ hỗn hợp.
Sứ tràng thạch là loại sứ sản xuất từ nguyên liệu chính là tràng thạch, cao lanh và các hóa chất khác cung cấp thêm các oxit như MgO, CaO, TiO2, Cs2O, BaO. Những nguyên liệu này được phối liệu theo thành phần cần thiết, nấu chảy ở nhiệt độ cao rồi làm nguội nhanh tạo frit. Frit được nghiền mịn tạo bột sứ. Các nha sĩ dùng loại bột này tạo hình theo khuôn răng của bệnh nhân.
Phần bột sứ được đỡ bằng sườn kim loại hoặc ceramic (khung răng), nung lại ở khoảng 900 – 10000C tạo răng sứ. Bột sứ chảy, liên kết lại với nhau và liên kết với bề mặt vật liệu làm Báo cáo tổng kết Trang 2 Ảnh hưởng của khoáng leucite tổng hợp đến HSDDN của sứ nha khoa 2011 khung. Việc tạo hình thực hiện làm nhiều lần, mỗi lần một lớp sứ và mỗi lớp sứ cần nung một lần. Một răng sứ loại này được hoàn thiện sau ba lần nung hoặc nhiều lần hơn.
Vật liệu nha khoa có những yêu cầu rất cao về tính chất hóa học, cơ học, lý học và sinh học. Vật liệu phải chịu được các ứng suất và lực kéo tác động lên trong suốt quá trình sử dụng cũng như là sự ăn mòn của môi trường miệng. Hơn nữa, vật liệu nha khoa còn phải mô phỏng được hầu hết các vẻ ngoài của răng tự nhiên cả về màu sắc lẫn tính trong mờ, có khả năng chế tạo dễ dàng thành các chi tiết thay thế.1: Ưu, nhược điểm của vật liệu sứ nha khoa Ưu điểm Nhược điểm Có tính thẩm mỹ cao, sự phù hợp màu sắc với răng thật rất tốt. Mài mòn các răng đối diện.
Độ bền uốn thấp. Độ bền nén, độ bền chống mài mòn cao. Kỹ thuật chế tạo phức tạp. Ổn định kích thước.
Khó chỉnh sửa, đánh bóng (khi đã gắn vào miệng). Rất bền hóa học, không bị hoà tan trong môi trường miệng. Có thể làm suy biến cấu trúc hỗ trợ do khả năng hấp thu năng lượng nha thấp. Được cơ thể chấp nhận.
Sự dãn nở nhiệt Sự giãn nở vì nhiệt của vật liệu là một sự biến đổi kích thước hình học của nó khi nhiệt độ biến đổi áp suất không đổi. Đại lượng đặc trưng định lượng cho sự giãn nở vì nhiệt là hệ số giản nở nhiệt ( theo chiều dài và theo thể tích). HSDNN theo chiều dài của vật liệu rắn có thể được biểu thị: 1 dl (1.1) l0 dT lo : chiều dài ban đầu của vật liệu ở nhiệt độ To. dl : biến đổi vi phân chiều dài khi nhiệt độ biến đổi dt.
HSDNN toàn khối được định nghĩa như sau: 1 dV (1.2) V0 dVo Trong đó : Vo: thể tích của vật liệu ở nhiệt độ T o. Báo cáo tổng kết Trang 3 Ảnh hưởng của khoáng leucite tổng hợp đến HSDDN của sứ nha khoa 2011 dV : biến đổi vi phân thể tích khi nhiệt độ biến đổi dt. Ở nhiều loại vật liệu, giá trị của β là dị hướng, có nghĩa là nó phụ thuộc vào hướng tinh thể. Đối với vật thể rắn đẳng hướng, quan hệ giữa α và β thường là: β=3α (1.3) Nói chung, giá trị các hệ số dãn nở nhiệt là hàm theo nhiệt độ.
Tuy nhiên, trong khoảng biến đổi nhiệt độ giới hạn, thường dùng khái niệm hệ số giãn nở nhiệt trung bình: 1 l (1.4) l o T Trong đó: ∆1= l1-l2 : biến thiên chiều dài khi biến đổi nhiệt độ ∆T ∆T= T1-T2 : khoảng nhiệt độ đo. Dựa vào đường cong dãn nở nhiệt của mẫu thủy tinh, ta có thể xác định nhiệt độ chuyển pha thủy tinh (Tg: Glass transition temperature) và nhiệt độ biến mềm (Td: Dilatimetric softening point) [2].2: Xác định nhiệt độ chuyển pha thủy tinh (Tg) và nhiệt độ biến mềm (Td) bằng đường cong dãn nở nhiệt (nguồn: www.com : Measurement of the Glass Transition Temperature Tg) Báo cáo tổng kết Trang 4 Ảnh hưởng của khoáng leucite tổng hợp đến HSDDN của sứ nha khoa 2011 Các kiểu cấu trúc phục hồi trong nha khoa thường gồm nhiều lớp vật liệu khác nhau, đặc biệt là mão và cầu răng. Đặc điểm quá trình chế tạo là thời gian nung rất ngắn và nhiều lần (không đủ hình thành lớp trung gian có thành phần biến đổi), do đó, hệ số dãn nở nhiệt (HSDNN) của các lớp vật liệu tiếp xúc nhau phải thích hợp để đảm bảo cho một liên kết bền vững. Đây có thể xem là yêu cầu quan trọng bậc nhất đối với hệ răng sứ sườn kim loại.
Các loại sứ dãn nở khác nhau ở những khoảng nhiệt độ khác nhau, vì vậy sự dãn nở hay co lại của chúng không thể tương thích hoàn toàn với hợp kim sử dụng. Để giải quyết vấn đề trên nhà sản xuất phải hiệu chỉnh quá trình hạ nhiệt độ thích hợp. Sứ bền nén hơn bền uốn, do đó, nên chọn kết cấu sao cho sứ chịu ứng suất nén dư khi sử dụng. Như vậy, loại sứ được chọn phải có HSDNN thấp hơn một chút so với kim loại ở nhiệt độ phòng.
Một hệ sứ sườn kim loại được xem như tương thích khi chênh lệch HSDNN không quá 0,5x10 -6/K trong khoảng nhiệt độ phòng đến 500 0C. Hệ sẽ không bị nứt gãy trừ phi phải chịu ứng suất tập trung lớn hoặc lực nhai quá cao. Tuy nhiên, nhiều hệ kim loại-ceramic thay thế có sự chênh lệch hệ số giãn nở nhiệt lớn hơn 0,5- 1,0x10-6/K vẫn có thể bền trong nhiều năm [1,3]. Ngoài sự tương thích về dãn nở nhiệt, vật liệu sứ còn phải đáp ứng các yêu cầu về độ bền cơ, độ bền hóa, bền sốc nhiệt, tính thẩm mỹ.
Báo cáo tổng kết Trang 5 Ảnh hưởng của khoáng leucite tổng hợp đến HSDDN của sứ nha khoa 2011 CHƯƠNG 2: LEUCITE VÀ VAI TRÒ CỦA LEUCITE TRONG SỨ NHA KHOA 2. Leucite Do tinh thể leucite có HSDNN lớn và độ khúc xạ rất gần với thủy tinh tràng thạch rất gần nhau nên leucite có mặt trong hầu hết các sứ nha khoa tràng thạch. Leucite có công thức KAlSi2O6 (K2O.4SiO2) với thành phần lý thuyết 21,5% K2O, 23,5% Al2O3, 55% SiO2. Leucite có nhiệt độ nóng chảy rất cao 16930C, trong tự nhiên ít gặp ở dạng tinh khiết, mà thường gặp ở dạng dung dịch rắn lẫn với Na2O, CaO… Leucite là sản phẩm phân hủy từ tràng thạch kali (potassium felspar) ở 1150 -15300C [4] : 0 K 2 O.
4 SiO 2 2 SiO 2 potasium felspar Leucite Hình 2.1: Giản đồ 3 cấu tử hệ K2O - Al2O3 - SiO2 Trên các biểu đồ pha hệ ba cấu tử K2O – Al2O3 – SiO2, leucite có thể hình thành từ các oxit trong khoảng nhiệt độ từ 990 – 11500C. Leucite có hai dạng thù hình, dạng bền nhiệt độ cao lập phương (a = 13,565A0) và dạng bền ở nhiệt độ thấp bốn phương (a = 13,197±0,013 A0, c = 13,819±0,016 A0). Biến đổi thù hình thuộc về biến đổi martensite, các mạng cơ sở trượt hoặc xoắn với khoảng cách chuyển vị các phần tử cấu tạo không quá kích thước mạng cơ sở [5]. Tốc độ biến đổi rất nhanh ở nhiệt độ 6250C, kèm sự thay đổi thể tích 1,2% [3], [6].
Khối lượng riêng của leucite 2,47 – 2,5 g/cm3, hệ số khúc xạ nω = 1. Báo cáo tổng kết Trang 6 Ảnh hưởng của khoáng leucite tổng hợp đến HSDDN của sứ nha khoa 2011 HSDNN của leucite dạng tứ phương là 20-25 x10 -6/K trong khi leucite dạng lập phương là 11,7-12,8 x10-6/K. Khi nung đi nung lại các sứ nha khoa từ tràng thạch sẽ làm thay đổi HSDNN. Những thay đổi này được cho là do sự thay đổi thù hình của pha leucite [7].
Các vật liệu gốm thủy tinh leucite có sự dãn nở nhiệt thay đổi không tuyến tính, điều này được giải thích do sự thay đổi thể tích không liên tục cùng với sự biến đổi thù hình leucite. Sự dãn nở không tuyến tính thay đổi từ 25 x10 -6 /K ở 450 0C đến dưới 15 x10-6 /K ở 5800C. Do đó cần lưu ý khi chế tạo hệ vật liệu này, quy trình nung sứ phải được tuân thủ nghiêm ngặt.2: Phổ XRD của leucite dạng cubic (trên) và dạng tứ phương (dưới) Leucite có thể được tạo thành bằng một trong những phương pháp sau [7]: Từ sự nóng chảy không tương hợp của tràng thạch kali (tạo thành pha lỏng giàu SiO2 cùng với những tinh thể leucite), Đồng kết tủa hóa học [8], Phản ứng pha rắn, Phương pháp Sol-gel, Phương pháp thủy nhiệt, Phương pháp tạo gốm thủy tinh. Vai trò của Leucite trong sứ nha khoa Sứ có thành phần Leucite là loại vật liệu rất phổ biến cho cả hệ sứ-kim loại (tăng HSDNN và tạo sự tương thích) lẫn hệ toàn sứ (tăng độ bền cơ, điều chỉnh các tính chất).
Do độ bền cơ không cao và rất dòn, sứ tràng thạch cần có phần nâng đỡ với độ bền cơ đủ lớn (gọi là sườn của răng), phần bột sứ từ tràng thạch chủ yếu đóng vai trò tạo tính thẩm mỹ cho răng. Sườn răng sứ có thể bằng các hợp kim Co – Cr, Cr – Ni, Co – Cr – Ni, Co – Cr – Mo. Các hợp kim từ kim loại quí như Au, Au – Pt, Au – Pd, Ag, Ag – Pt có hệ số dãn nở nhiệt (13 – 15).10-6K-1 cũng có thể sử dụng.
