The strategy of development of domestic dental materials science in the field of alloys of noble metals. Part 2. Alloys based on gold for metal ceramic dentures

Abstract

The second part of the article focuses on alloys based on gold: analysis of the compositions of major elements, the coefficients of thermal linear expansion (thermal linear expansion factor), the color indices of the alloys for cermet dentures.

Full Text

Первая часть статьи была посвящена анализу существующих стоматологических стандартов и авторских классификаций стоматологических сплавов благородных металлов из научных публикаций и учебных изданий. Во второй части речь идет о сплавах на основе золота: анализе составов по основным элементам, коэффициентов температурного линейного расширения (КТЛР), показателей цвета сплавов для металлокерамических зубных протезов. Цель работы - проанализировав мировой и отечественный опыт применения для металлокерамических зубных протезов сплавов на основе золота, определить наиболее востребованные диапазоны содержания основных элементов сплавов для получения материала интенсивно желтого цвета. Анализ сплавов на основе золота для металлокерамических зубных протезов проведен по современным информационным материалам 22 иностранных и 2 российских производителей стоматологических сплавов благородных металлов. Отобраны сплавы на основе золота для металлокерамики, содержащие > 50% золота и соответствующие всем требованиям международного стандарта ISO 9693 (часть 1) «Metal-ceramic dental restorative systems». Всего 370 сплавов: 367 зарубежных и 3 отечественных. При анализе составов сплавов учитывали содержание золота, платины, палладия, серебра, так как сведения именно по этим элементам полностью даны производителями в информационных материалах. При анализе коэффициентов температурного линейного расширения взяты данные для температурного диапазона 20-500 oC. Для изучения составов и свойств сплавов использован кластерный анализ. Каждый диапазон количественных данных по содержанию элемента Оригинальная статья Кривая распределения золото (Аи) Рис. 1. Распределение золота по группам. 3" лп 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98100 -10 Содержание золота, % Кривая распределения платина (Pt) Рис. 2. Распределение платины по группам. Кривая распределения палладий(Pd) К L ш 200-, о ш го 150 - ц, о 100 - о 5 50- М 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 Содержание палладия, % Рис. 3. Распределение палладия по группам. в сплаве условно разделен на 4 равных кластера с целью выбора наиболее часто используемого. Анализ отобранных золотых сплавов по цвету основывался не на результатах оптико-физических исследований, а лишь на информации, предоставленной производителями. По цвету сплавы условно разделены на 4 группы: 1-я группа - сплавы, названные как темно-желтые и темно-золотые; 2-я группа - сплавы желтые и золотые; 3-я группа - сплавы светло-желтые, палевые, светло-золотые и бледножелтые; 4-я группа - сплавы белые. Собранные данные сведены в таблицы и подвергнуты статистической обработке в программе Exсel пакета Microsoft Office 2010. Результаты 1. Анализ сплавов по составу. В процессе обработки данных по содержанию золота, платины, палладия и серебра в сплавах на основе золота для металлокерамических зубных протезов полученные значения для каждого из изучаемых элементов условно поделены на 4 группы (кластера). Каждой из групп присвоено буквенное обозначение. Содержание основного элемента золота в изученных сплавах колебалось от 50,1% до 98,2% при среднем значении 68,4%. При условном выделении 4 групп получены 4 интервала: 1-й интервал «A» с содержани- Original article o 20°- 8 (0 о 100- o 5 50S T 0- Кривая распределения серебро (Ag) ‘ \ N ----- 1 г* ---------- 0 0 i CL - Q i i 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 Содержание серебра, % Рис. 4. Распределение серебра по группам. Кривая распределения КТЛР 25-500°С чь<\<ь\<ь\<Ь'э-ч<ь^ чъ\<о\ъ\<ь\<о^ N<o*<v КТЛР Рис. 5. Распределение КТЛР по группам. ем золота от 50,1 до 62% , 2-й интервал «B» - от 62 до 74%, 3-й интервал «С» - от 74 до 86% и 4-й интервал «D» с содержанием золота от 86 до 98,2%. В интервал «А» вошли 80 сплавов, в интервал «В» вошли 73 сплава, в интервал «С» 152 сплава и в интервал «D» 65 сплавов (рис. 1). Содержание платины в отобранных золотых сплавах для металлокерамики колебалось от 0 до 19,8% со средним значением 7,5%. При условном выделении 4 групп образовались следующие интервалы: интервал «Е» с содержанием от 0 до 5% платины, 2-й интервал «F» от 5 до 10%, 3-й интервал «G» от 10 до 15% и 4-й интервал «Н» с содержанием платины от 15 до 19,8%. В интервал «Е» вошли 119 сплавов, в интервал «F» - 132 сплава, в интервал «G» - 90 сплавов и в интервал «H» 29 сплавов (рис. 2). Содержание палладия в 370 изученных золотых металлокерамических сплавах колеблется от 0 до 38,9% со средним значением 7,9%. При условном выделении 4 групп получены следующие интервалы: интервал «J» с содержанием от 0 до 10% палладия, интервал «К» содержит от 10 до 20%, интервал «L» от 20 до 30% и интервал «М» с содержанием от 30 до 38,9% палладия. В интервал «J» входит 282 сплава, в интервал «К» 36 сплавов, в интервал «L» 17 сплавов и в интервал «М» 35 сплавов (рис. 3). Процентное содержание серебра в изученных золотых сплавах для металлокерамических зубных протезов составляет от 0 до 31. Среднее значение содержания серебра составляет 6,5%. При разделении на 4 группы получены: интервал «N» с содержанием от 0 до 8% серебра, интервал «О» содержит от 8 до 16%, интервал «Р» - от 16 до 24% и интервал «Q» от 24 до 31% серебра (рис. 4). В интервал «N» входит 230 сплавов, в интервал «О» - 82 сплава, в интервал «Р» - 30 сплавов и в интервал «Q» - 28 сплавов. Методом кластерного анализа мы определили наиболее востребованные диапазоны содержания основных элементов золотых металлокерамических сплавов. Если взять группы, которые содержат наибольшее число сплавов, то для золота это группа «С» (152 сплава), для платины - группа «F» (132 сплава), для палладия - группа «J» (282 сплава), для серебра - группа «N» (230 сплавов). В целом получается следующее сочетание групп: «CFJN». Заменив буквенное обозначение на процентное содержание исследуемых элементов, мы получили наиболее востребованный, и поэтому наилучший диапазон значений количества основных элементов в сплавах на основе золота для металлокерамических зубных протезов: Au 74-86, Pt 5-10, Pd 0-10, Ag 0-8. Оригинальная статья 2. Анализ коэффициентов температурного линейного расширения Анализ показателей коэффициента температурного линейного расширения проведен по 368 сплавам для металлокерамики. Минимальное значение КТЛР составило 13,4 -10"6 К-1, максимальное 17,2 -10"6 К-1 и среднее 14,8 -10"6 К-1. Из всех данных мы выделили 2 интервала значений. В первый интервал от 13,7 -10"6 К-1 до 14,9 -10"6 К-1 попали 245 сплавов, во второй интервал от 15,7 -10"6 К-1 до 16,9 -10"6 К-1 вошли 106 сплавов (рис. 5). Значения КТЛР от 15,7 • 10-6 К-1 до 16,9 • 10-6 К-1 характерны для благородных сплавов, которые используются в сочетании со специальной керамикой и очень часто являются частью целой системы, в которую входят облицовочная керамика и сплавы и керамика в качестве материала для каркасов. В нашей стране такие системы и облицовочные керамические массы не представлены и, вероятно, не будут представлены в ближайшее время. Интервал КТЛР от 13,7 • 10-6 К-1 до 14,9 •Ю"6 К-1 представляет для нас больший интерес, так как такие же значения имеют кобальтохромовые и никельхро- мовые сплавы, что позволяет использовать одни и те же керамические массы для облицовки благородных и неблагородных сплавов. Таким образом, приоритетным значением КТЛР для сплавов на основе золота для металлокерамических протезов можно назвать интервал с 13,7 • 10-6 К-1 по 14,9 -10-6 К-1. 3. Анализ показателей цвета. В группе металлокерамических сплавов, состоящей из 370 наименований, только 354 сплава имели индикацию цвета. Наибольшее (173) число сплавов имеет желтый (золотой) цвет, 83 сплава имеет белый цвет, 52 сплава имеют светло-желтый цвет, и меньше всего представителей (46) темно-желтого цвета. Вопрос цвета металлокерамических сплавов на основе золота очень важен. В феномене цвета удивительным образом соединяются физика и психика [11]. Цвет - одно из наиболее очевидных физических свойств сплавов, и хотя цвет не имеет биологического значения, для стоматологов и пациентов он иногда значит многое. Некоторые врачи считают, что желтые сплавы с высоким содержанием золота улучшают цвет керамики, потому что их оксиды легче покрывать тонким слоем опака, следовательно, они более эстетичны. Кроме того, желтый цвет каркаса влияет на цвет керамической облицовки, придавая ей теплоту. И у пациента, который видит золотой цвет каркаса на промежуточных клинических этапах, не возникает сомнений в высоком качестве и оправданной стоимости используемого сплава [12]. 4. Российские сплавы на основе золота для металлокерамических зубных протезов. В группу отечественных сплавов на основе золота для металлокерамики входят 3 сплава: Плагодент (ОАО НПК «Суперметал»), Витирий и Витирий плюс (Витал Е). Все 3 сплава вошли в число 370 сплавов, использованных в исследовании. По содержанию золота сплавы Плагодент (85%) и Витирий плюс (84%) находятся в оптимальной группе «С», сплав Витирий (87,2%) в группе «D». Содержание платины у этих сплавов очень близкое по значениям (Плагодент - 9%, Витирий - 8,8%, Вити- рий плюс - 8%) и попадает в самую представительную группу «F» с содержанием платины от 5 до 10%. Сплавы Плагодент и Витирий плюс имеют по 5% палладия и попадают вместе со сплавом Витирий (1,3%) в группу сплавов «J». Витирий содержит всего 0,4% серебра, сплавы Пла- годент и Витирий плюс не содержат серебра совсем. Все 3 сплава попадают в оптимальную группу «N». Таким образом, по составу только 2 российских сплава - Плагодент и Витирий плюс - попадают в оптимальный диапазон «CFJN» (Au 74-86%, Pt 5-10%, Pd 0-10%, Ag 0-8%), Сплав Плагодент имеет КТЛР, равный 13,7 -10'6 К-1 и входит в число сплавов 1-й группы с необходимым значением КТЛР. Для сплавов Витирий и Витирий плюс производитель не дает значения КТЛР для температурного интервала 25-500 °C, поэтому сравнить их с другими сплавами по этому параметру не представляется возможным. Производитель этих сплавов (фирма «Витал Е», Россия) в информационных материалах приводит показатель КТЛР только для диапазона 25-600 °C, равный 14,7 -10'6 К-1, а также в инструкции по применению рекомендует традиционные керамические покрытия для кобальтохромовых и никельхромовых сплавов. В итоге можно считать, что сплавы Плагодент и Ви- тирий плюс входят в число наиболее востребованных сплавов по составу и значению КТЛР. Однако эти сплавы имеют светло-желтый цвет, не отвечающий запросам потребителей, и их нельзя назвать оптимальными по этому важному параметру. Таким образом, на сегодняшний день в российской стоматологии нет отечественного сплава на основе золота для металлокерамических зубных протезов, удовлетворяющего одновременно требованиям по составу, КТЛР и насыщенности желтого цвета. Целесообразно создание модифицированного сплава золота с оптимальным диапазоном содержания основных элементов «CFJN», но с введением легирующих добавок, обеспечивающих интенсивно желтый цвет. Изучению этого вопроса будет посвящен следующий раздел нашей работы. (Список литературы приведен в 3-й части статьи). Исследование не имело спонсорской поддержки. Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.