История развития материаловедения

2. Основные виды и свойства материалов

1. История развития материаловедения

Материаловедение - наука о происхождении, физико-химических свойствах и технологии изготовления различных материалов. В каждой отрасли производства используется определенная группа материалов. Материаловедение является прикладной наукой. Из всего разнообразия свойств любого материала основное внимание уделяется тем его свойствам, которые имеют непосредственное отношение к данному производству.

Зуботехническое материаловедение - это раздел, изучающий материалы, применяемые в ортопедической стоматологии и зуботехнической практике.

Зуботехническое материаловедение уходит своими корнями в далекое прошлое, а зубные протезы известны со времен глубокой древности. В этом нас убеждают находки, обнаруженные при раскопках древних памятников, гробниц и курганов. В качестве материалов для зубов древнего периода служили дерево, кости и зубы животных.

В Древней Индии уже в IX веке до н. э. изготавливали протезы из слоновой кости, для замещения дефектов зубных рядов к сохранившимся зубам прикрепляли нитями подвесные искусственные зубы. В 1807г в пирамиде фараона Хефреса, был найден протез - сделанный из дерева. При раскопках древнего города Сидона (III-IV века до нашей эры) в гробу женщины были так же найдены искусственные зубы, которые можно было назвать прототипом современных мостовидных протезов. Крепление искусственных зубов золотой проволокой, а так же нитями из других материалов - относятся к самым ранним способам фиксации протезов.

В гробницах этрусков (IX-VI веках до нашей эры) - найдены более современные золотые протезы, укрепленные при помощи золотых колец или полос. В Римских законах двенадцати таблицах (V век до нашей эры) имеются указания на применение золотой проволоки для шинирования.

Арабский врач XI век Абулькасем (936-1013) по справедливости оценил зубопротезирование как медицинскую науку. Будучи хирургом, он уделял внимание зубоврачеваниюи в частности зубопротезированию. До него врачи избегали зубопротезирование, считая, что оно не имеет отношения к медицине. Ему принадлежит описание методики наложения золотой или серебряной лигатуры для шинирования подвижных зубов.

Древние этруски в Северной Италии еще в IX в. до н. э. владели методами литья, изготавливали мостовидные протезы из золота и фиксировали их во рту соплеменников. В различных книгах Талмуда имеются сведения о том, что в древней Иудее удаленные зубы заменялись искусственными, а на больные и разрушенные зубы накладывались «золотые гильзы».

Нередким явлением среди жителей Древнего Рима, по упоминаниям, были золотые коронки, фиксированные мостовидные протезы, а также полные и частичные съемные зубные протезы. Из истории зубоврачевания в Японии примечателен тот факт, что изготовление полных зубных протезов осуществлялось в Японии лишь с начала ХV в. и их базис изготавливался из вишни или абрикоса, а ложе покрывалось пчелиным воском.

Искусственные зубы в этих протезах моделировались из этого же дерева, из кусков мрамора или из костей животных, иногда использовались естественные зубы других людей. В целях усиления жевательного эффекта вместо жевательных зубов использовались специальные гвозди, изготовленные из меди или железа.

В Средние века качество изготовления протезов ухудшилось, оно было даже ниже качества древних протезов. Это объясняется тем. что этот период характеризуется упадком науки и искусства. Материалом для искусственных зубов служили слоновая кость и зубы, взятые от человеческих трупов. И эти протезы имели лишь косметическое значение.

Амбруаза Паре (1517-1590, Париж) хирург XVI века – отсутствующие зубы он замещал искусственными из бычьей или слоновой кости, укрепляя их золотой проволокой. Он впервые стал вырезать из одного куска кости несколько зубов в виде блоков. Ему принадлежит первая попытка замещения дефектов твердого неба обтуратором.

Начало изготовления в Европе коронок из золота приписывается Германии и относится это к ХVI веку. В это же время (1560 г.) итальянским врачом Amatus Lucitanus изготовлен первый обтуратор из золота для твердого неба  В труде Pierre Fauchard (1728 г.) излагаются методики протезирования выпавшими зубами, слоновой костью, клыками моржа, гиппопотама. Первое изготовление гипсовой модели по оттиску приписывается Philip Pfaff в 1756.

Золотые коронки и кламмеры из золота для фиксации зубных протезов впервые внедрены врачом Mouton (Франция) в 1764 году. Джиовани Арконе (начало XV века) заполнял кариозные полости листовым золотом.

В 18 в. начинается совершенствование зубного протезирования. Большую роль в этом сыграл труд Пьера Фошара "Зубная хирургия, или трактат о зубах" (1728 г.) Этот период ознаменован началом изготовления искусственных зубов из фарфора врачом Chemant и аптекарем Ducheto (1774 г.), а в 1789 году на ученом совете Парижской академии наук проходило первое рассмотрение вопроса изготовления фарфоровых зубов и появилась первая публикация Nicolas Dubois de Chemant на уровне диссертации по искусственным зубам из фарфора. В этом же году состоялось получение первого патента от короля Людовика ХVI на изготовление фарфоровых зубов и патентование технологии производства искусственных зубов из фарфора.

В 1789 году состоялось получение первого патента от короля Людовика ХVI на изготовление фарфоровых зубов и патентование технологии производства искусственных зубов из фарфора

В труде Pierre Fauchard (1728 г.) излагаются методики протезирования выпавшими зубами, слоновой костью, клыками моржа, гиппопотама.

Начало Х1Х века ознаменовалось (1805 г., Франция) изготовлением врачом Gariot первых съемных зубных протезов с индивидуальными искусственными зубами из фарфора и базиса из золота или серебра (1808 г., Франция).

1840 г. - для оттисков начали применять гипс.

1848 г. - для снятия оттисков стали применять гуттаперчу.

1856 г. - Stense предложил термопластический оттискной материал, впоследствии стали называть "массой Стенса".

Изобретение врачом Nelson Goodyer (США) материала Vulcanite для изготовления базиса съемных протезов относится к 1851 году. Историю современной технологии изготовления вкладок связывают с именем американского врача William H. Taggart, который изготовил первую вкладку из золота и зафиксировал ее в зубе при помощи цемента.

В 1859 г. для зубных протезов был предложен целлулоид. Целлулоид привлек внимание своей прочностью, несложностью в изготовлении. Однако после изучения его свойств применительно к полости рта были обнаружены многие его недостатки и поэтому широкого применения он не нашел.

Применение врачом Cassius M. Richmond золота и фарфора для изготовления комбинированных коронок и мостовидных протезов началось в 1880 году, несколько позднее (1884 г.) в США предложена врачом Marshall Logan комбинация металл-фарфор.

В царской России зубное протезирование и зубопротезная техника находились в руках небольшого числа частнопрактикующих зубных врачей и зубных техников. Царская Россия не имела ни одного производства по изготовлению отечественных материалов для зубного протезирования. Большинство материалов, искусственные фарфоровые зубы поступали в Россию из зарубежных стран. Зубные врачи и техники опирались на опыт зарубежных врачей, пользовались импортными материалами. После Великой Октябрьской социалистической революции зубное протезирование стало развиваться быстрыми темпами. Проведение реформ зубоврачебного дела на социалистических принципах началось в России уже с 1918 года и продолжалось вплоть до 1992 года, и для этого периода примечательны следующие даты:

1920 г. - отечественные специалисты Д.Н. Цитрин и С.С. Асс предложили к внедрению в практику нержавеющей хромоникелевой стали.

1925 г. - Полер рекомендовал применять для оттисков агар-агаровую массу. Впоследствии подобные массы стали называться гидроколлоидными.

1930 г. - появились первые отечественные фарфоровые зубы.

1928 г. — освоение отечественной промышленностью производства каучука для зубного протезирования, разработка и внедрение в 1929 году нержавеющей стали в зубное протезирование (Златоустский завод);

1929 г. — изготовление из нержавеющей стали кламмеров и стандартных зубов, разработка технологии изготовления фарфоровых коронок, осуществление промышленного производства отечественных цементов (Ленинград);

1930 г. — производство искусственных зубов из пластмассы (Харьков), внедрение хромокобальтовых сплавов для базисов протезов. Был открыт завод зубоврачебных материалов в Харькове.

1931 г. — внедрение специального припоя для нержавеющей стали и его модификации (Д. Н. Цитрин);

1932 г. — для экономии золота Госпланом СССР разрешено применение нержавеющей стали для зубопротезирования; изобретение первого пластического материала для базисов протезов;

1933 г. — по инициативе Д.Н. Цитрина было решено создать при Государственном институте стоматологии и одонтологии Центральную научно-исследовательскую зубопротезную лабораторию для массового изготовления стальных зубных протезов. В этом же году произошло внедрение стоматологической пластмассы «Трикаен» (И. О. Новик), а в 1934 году модернизировал ее под новым названием «Стомалит».

1940 г. —  внедрение пластмассы на основе акриловых смол и виниловых соединений (А. М. Кипнис);

1941 г. — сотрудники Центрального института стоматологии и ортопедии совместно с работниками химической промышленности внедрили в практику розовую пластмассу для базисов, названной впоследствии АКР-7 (Б. Н. Бынин и С. С. Шведов).

1943 г. - разработана пластмасса АКР-7 белого цвета с оттенком розового, что позволило заменить каучук и фарфор, модернизированный препарат АКР-10.

1945 г. - внедрена в практику эластичная пластмасса АКР-9,, в которой очень нуждалась послевоенная стоматология.

В нашей стране работы по разработке и внедрению акриловых пластмасс вели Б. Н. Бынин, И. И. Ревзин, Д. Н. Цитрин и др. Авторским коллективом ЦИТО за период с 1943 по 1950 гг было разработано около 10 рецептов пластмасс для стоматологических целей. Большая группа авторов под руководством Б. Н. Бынина и И.И. Ревзина за исследования по разработке и внедрению акриловых пластмасс была удостоена в 1950г. Государственной премии СССР.

Конец 50-х и начало 60х годов во многих странах, в т.ч. и в СССР характеризуется разработкой и появлением эластичных слепочных материалов. Уже внедрены в практику альгинаты- «Стомальгин», «Альгеласт», «Новальгин». В 1954 году появляются первые высокоэластичные тиоколовые массы, а позднее, в 1956г.- силиконовые массы.

В 1954 году М.А. Нападов применил быстротвердеющие пластмассы для устранения дефектов фиксации пластиночных протезов.

В 1966 году выпущена эластичная пластмасса «Эладент-66» для съемного протезирования, появились термопластические оттискные материалы на основе канифоли «Дентафоль», «Стомапласт».

В 1968 году на Ленинградском заводе зубопротезных материалов начался выпуск литейных и дубликатных материалов для изготовления цельнолитых зубных протезов.

Зуботехническое материаловедение СССР из года в год обогащается новыми материалами. Широкому развитию зубопротезной техники и зуботехническому материаловедения в Советском Союзе способствует развитие медицинской промышленности. Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О мерах по дальнейшему улучшению медицинского обслуживания и охране здоровья населения СССР» обеспечивает дальнейшее развитие советской стоматологической науки и укрепление материальной базы для получения новых, еще более эффективных стоматологических материалов для зубного протезирования.  Следующими достижениями были:

- использование золото-платиновых сплавов;

- возвращение фарфора улучшенного качества;

- внедрение КХС и применение сплавов и керамических материалов для металлокерамичесских протезов.

В.Ю. Курляндский в 1979 г. начинает разработку первого отечественного ситалла «Сикор».

Предназначены для несъёмных конструкций протезов и являются индифферентными биосовместимыми материалами. 1979 г. – «Симет» - ситалловое покрытие, 1983 г. – серийное производство «Сикор».

Много внимания в различные периоды развития зуботехнического материаловедения в нашей стране уделяли такие советские и российские специалисты, как Батовский, Гернер, Дойников, Моникян, Нападов, Копейкин, Курляндский, Жулев, Гаврилов, Трезубов, Гернер. Вместе с тем длительная изоляция отечественной науки от мировых достижений и отсутствие рыночных механизмов экономического развития обусловили резкое отставание ортопедической стоматологии в СССР от мировых стандартов в отношении аппаратуры, материалов и технологий, а соответственно – качества зубопротезного обслуживания пациентов.

В середине 90-х годов XX века были приняты меры по созданию новых стоматологических материалов и конструкций на основе благородных металлов и титана, не уступающих мировым образцам и показавших высокую эффективность в стоматологической практике. К таковым относятся износостойкий и высокотехнологический стоматологический золотой сплав «Супер ТЗ (твердое золото)», палладиевый сплав «Суперпал» для металлокерамических и металлополимерных зубных протезов, высокопробный стоматологический золотой сплав «Супер-КМ», бескадмиевый золотой припой для зубных протезов, материал «КЭМЗ» на основе золота для покрытий зубных протезов, новые титановые базисы для съемных зубных протезов.

Высокую эффективность, ликвидность и конкурентоспособность новой стоматологической продукции на мировом рынке подтверждает оценка их стоматологическими учреждениями и Минздравом России, мировым сообществом стоматологов на симпозиуме в Швейцарии в 1998 году, высокие награды на международной выставке в Брюсселе в 1995 г. и в Москве в 1998 г.

Как отмечает А. И. Лебеденко с соавторами, в ортопедической стоматологии XXI века основными материалами для зубных протезов являются никельхромовые и кобальтохромовые сплавы. Однако высокая аллергенность хрома и канцерогенность никеля ограничивают их дальнейшее использование, поэтому все большее число металлокерамических протезов изготавливается из сплавов благородных металлов, преимущественно золотых.

Сотрудниками МГМСУ совместно с ФГУП НПК «Суперметалл» был разработан первый отечественный золотой сплав для металлокерамики «Плагодент». Его характерной особенностью является высокая химическая стойкость к окислению и относительно низкая твердость, а прочность сцепления с керамикой на 10 % больше, чем у сплава «HX-Дент NL».

Благодаря сотрудничеству этих двух коллективов и МИСИС разработан новый метод сверх пластической формовки базисов зубных протезов из сплава титана ВТ-14.

Сплавы титана с учетом уникальных свойств занимают особое место среди конструкционных стоматологических материалов, обладая хорошими прочностными свойствами, коррозийной стойкостью и малой теплопроводностью.

При помощи технологии плазменного напыления стало возможным получение пористых покрытий из различных конструкционных металлических сплавов или окислов металлов.

Стремительное развитие зуботехнического материаловедения в России и за рубежом позволит в ближайшем будущем улучшить качество ортопедического лечения больных с использованием современных материалов и технологий.

 

 

2. Основные виды и свойства материалов

Основные процессы изготовления зубных протезов производятся в условиях зуботехнической лаборатории зубными техниками. Практическая работа зубного техника тесно связана с умением пользоваться различными материалами, знанием их физических и химических свойств, умением управлять различными реакциями в процессе изготовления протезов.

Главной задачей зуботехнического материаловедения является изыскание таких материалов, которые обладали бы высокими физико-химическими, биологическими и механическими свойствами.

Материаловедение использует различные методы исследований и испытаний для получения полной и надежной информации о свойствах материалов и об изменении этих свойств в зависимости от химического состава, структуры и метода обработки. Многочисленные методы исследования можно подразделить на металлографические, спектральные, рентгенографические, дефектоскопические и технологические пробы. Эти испытания дают возможность получить представление о природе материала, его строении, составе и свойствах, а также позволяют определить качества готовых изделий.

Все стоматологические материалы условно подразделяют на основные и вспомогательные.

Основные материалы — это те, из которых изготавливают зубные протезы, аппараты, пломбы. В литературе можно встретить термин «конструкционные» материалы, являющийся синонимом определения «основные». Мы отдаем предпочтение последнему как более понятному и простому.

К основным материалам следует отнести:

─ металлы и их сплавы;

─ керамику (стоматологический фарфор и ситаллы);

─ полимеры (базисные, облицовочные, эластичные, быстротвердеющие пластмассы);

─ композиционные материалы;

─ пломбировочные материалы.

Вспомогательными называют материалы, используемые на различных стадиях протезирования и при разной технологии протезов:

─ оттискные;

─ моделировочные;

─ формовочные;

─ абразивные;

─ полировочные;

─ изоляционные;

─ легкоплавкие сплавы;

─ припои;

─ флюсы;

─ отбелы.

От зубного техника требуются знания не только знаний по технике изготовления протезов, но и правильного использования аппаратуры, влияния того или иного технологического процесса на свойства и качество материала. Нарушение технологии при использовании материала может привести к понижению его прочности и появлению отрицательных свойств, влияющих на органы полости рта, и т. д. При выборе конструкции протезов, подборе металлов для протеза врачи-ортопеды и зубные техники должны помнить, что разнородные металлы и сплавы металлов в полости рта могут быть несовместимы. Требования, предъявляемые к основным стоматологическим материалам

К основным стоматологическим материалам предъявляют ряд требований:

1. Токсикологические – отсутствие раздражающего, бластомогенного (способствующего образованию опухоли), токсико-аллергического действий.

2. Гигиенические – отсутствие условий, ухудшающих гигиену полости рта, в частности, ретенционных пунктов для пищи и образования налета.

3. Физико-механические – высокие прочностные качества, износоустойчивость, линейно-объемное постоянство.

4. Химические – постоянство химического состава, антикоррозийные свойства.

5. Эстетические – возможность полной имитации тканей полости рта и лица, эффект естественности.

6. Технологические – простота и легкость обработки, приготовления, придания нужных формы и объема.