口腔材料学：第六章 齿科石膏材料

1、复习： 印模材料:取制印模时所用的材料。,第六章 齿科石膏材料,Dental gypsum products,学习内容及重点,掌握：齿科石膏制品的分类 影响石膏性能的各种因素 固化膨胀的原因 了解：齿科石膏的固化反应和固化机理 不同石膏制品的制作方法 固化时间的控制 固化膨胀的控制,口腔模型是由口腔印模灌注成的阳模。灌注阳模的材料称为模型材料。,一、模型材料,二、石膏的分类,石膏分生石膏和熟石膏两种，生石膏是二水硫酸钙，其分子式为CaSO4 2H2O；熟石膏又称半水硫酸钙，其分子式为CaSO4 1/2H2O。口腔临床采用的是熟石膏。,二、石膏的定义及分类,中华人民共和国医药行业标准 YY 04

2、62-2003 牙科石膏产品,对石膏的性能要求,1. 良好的流动性和可塑性。 2. 适当的凝固时间：初凝5 30分钟，24小时后完全凝固。 3. 复制再现精确度高。 4. 较好的机械强度，抗压强度大，表面硬度高。在正常的使 用条件下，不易磨损，不易破碎。 5. 化学性能稳定，不与印模材料发生反应，保持表面光滑清 晰，容易脱模。 6. 操作简便。,第一节 齿科石膏制品的化学性质,（ chemical nature of dental gypsum products ）,二水硫酸钙 生石膏 CaSO4 2H2O,半水硫酸钙 熟石膏 CaSO4 1/2H2O,100以上 煅烧,一、齿科石膏制品的制造

3、（ manufacture of dental gypsum products ）,二、固化反应（chemical reaction ）,2(CaSO4 1/2H2O)+3H2O 2（CaSO42H2O）+Q,水化反应,二水石膏,水,半水石膏,溶解度高 (0.9g/100ml) 不断溶解,溶解度低 (0.2g/100ml) 结晶析出,三、固化反应机理,固化结晶理论 源于1887年，由法国科学家Henry Louis提出，荷兰化学家Hoff进一步发展 胶体理论 源于1893年，由Michaelis提出。,三、固化反应机理,Hoff的固化结晶理论 部分半水硫酸钙溶解 溶解的半水硫酸钙与水反应生成二

4、水硫酸钙 二水硫酸钙的溶解度低于半水硫酸钙，因此沉淀析出 反应过程不断进行，二水硫酸钙结晶相互交织挤压，最终石膏固化 石膏固化的主要原因 半水硫酸钙和二水硫酸钙溶解度不同,三、固化反应机理,现代结晶理论 石膏固化反应过程存在半水硫酸钙的溶解和二水硫酸钙的沉淀 溶解的中心位于半水硫酸钙的中心，沉淀的中心位于二水硫酸钙的中心 不同中心溶解和沉淀的浓度不一样，溶液中的钙离子由高浓度向低浓度扩散,四、临床使用方法,按1：2的水粉 比加入石膏粉,将水放入 干净的橡皮碗,搅拌均匀,15分钟初凝 石膏逐渐变稠失去 表面光泽和可塑性,1h基本凝固,24h完全凝固,（ properties of dental

5、gypsum products ）,第二节 齿科石膏制品的性能,固化时间（setting time） 粉末粒度（fineness of powder particles） 压缩强度（compressive strength） 拉伸强度（tension strength） 硬 度（hardness） 耐磨性能（abrasion resistance） 尺寸变化（dimensional change） 复制再现性（reproduction of detail）,一. 水 粉 比（W/P ratio）,水的体积（ml）,半水石膏的重量（g）,水粉比 =,W,P,=,（按理论计算：100g石膏粉末中加

6、入18.6ml水,水化反应全部完成),最佳水粉比,普通石膏,人造石,高强度人造石,0.45 -0.55 0.30 -0.35 0.20 0.25,水粉比的影响,水粉比,固化时间 流动性 孔隙率 强 度 粗糙度,二. 固化时间（setting time）,自石膏粉开始与水调合，至石膏硬固所需的时间。,固化时间,固化时间的测量,凝固时间的测定方法 维氏针(Vicat needle)压入法,从调和开始到针不能到达试样底部时所经过的时间。,从调和开始到针压入深度小于1mm时经过的时间。,从调和开始至第一次压入深度小于2mm时的时间。,凝固时间判定,300,300,300,载荷（g）,1,2,1,针径（

7、mm）,美国标准（ADA）,日本标准（JIS）,国际标准（ISO）,2. 固化时间的控制,(1)理论控制方法,1）控制半水硫酸钙的溶解度,溶解度,固化时间,2）控制结晶核,结晶核数量,固化时间,3）控制结晶生长率,结晶生长率,固化时间,2. 固化时间的控制,(2)实际控制方法,1）杂质含量（impurity content）,2）半水硫酸钙的粒度,3）水粉比,水粉比,固化时间,相当于增加了结晶核的数量,粒度小，相当于增加了结晶核的数量和表面积,水量增加，使结晶核数量相对减少，固化时间延长。,2. 固化时间的控制,(2)实际控制方法,2. 固化时间的控制,(2)实际控制方法,6）添加化学改性剂（

8、chemical modifier）,加速剂（accelerator）：加速结晶的形成。 提高半水硫酸钙的溶解率，加快了二水硫酸钙饱和溶液的形成，从而加速了结晶的形成。,缓凝剂（retarder）：减少结晶的形成。 在半水硫酸钙上形成吸收层，降低半水硫酸钙的溶解率，从而减缓了结晶的形成。,固化膨胀机理 水化反应时，在二水硫酸钙晶体长大过程中,针状结晶互相挤压、支撑，使结构中存在孔隙，密度降低，体积膨胀。,膨胀率 一般在 0.05% 0.5% 之间。,三. 固化膨胀（setting expansion）,固化期间的尺寸变化 （dimensional changes which occur dur

9、ing the setting）,为弥补印模固化时的收缩，需要石膏固化时具有一定的膨胀。,高水粉比 单位体积内结晶核少，结晶核之间距离大，晶体生长过程中相互碰撞、挤压的倾向小，所以膨胀量小。,2. 固化膨胀的控制 （control of setting expansion ）,延长调合时间 调和时间延长，调和过程中打碎的二水硫酸钙增加，结晶核增多，晶体之间的冲突挤压加剧，膨胀量大。,添加剂 在石膏制品中加入化学添加剂，如硫酸钾可以减少固化膨 胀，但同时会缩短固化时间，可以加入硼砂调整固化时间。,四. 强度（strength）,强度（strength）：石膏制品的强度通常是指压缩强度，从石膏的固

10、化理论可知，石膏开始固化后，强度会迅速提高。但固化的石膏中，游离水的存在显著影响其强度。因此石膏产品的强度分干强度和湿强度两种。,熟石膏固化后，8小时至24小时之间的干燥失水率为6%，压缩强度增加一倍。,（1）水粉比（water-powder ratio） 水粉比大，孔隙率大，单位体积结晶少，强度低。,四. 强度（strength）,2. 影响压缩强度的主要因素,（2）调和时间（mixing time） 调和时间增加，压缩强度增加。过分调和，结晶会被打碎，结晶间的交联减弱，抗压强度降低。,（3）添加剂 加速剂和缓凝剂都会使干、湿强度降低。,小结：,本节重点： 齿科石膏制品的分类 影响石膏性能的

11、各种因素 固化膨胀的原因,小结：,固化反应机理：固化结晶理论,小结：,固化时间（setting time） 粉末粒度（fineness of powder particles） 压缩强度（compressive strength） 拉伸强度（tension strength） 硬 度（hardness） 耐磨性能（abrasion resistance） 尺寸变化（dimensional change） 复制再现性（reproduction of detail）,第三章 牙科用蜡,牙科蜡是口腔临床制作修复体过程中使用的蜡。 用途：嵌体蜡型、基托蜡、支架蜡、咬合记录及暂 时固定等。,第一节 概述

12、（Introduction） 一、牙科蜡的原料组成（raw material composition ） 含碳氢化合物、高级脂肪酸及高级一元醇和酯。 主要由天然蜡、合成蜡、脂肪、脂肪酸、树脂和色素组成。,牙科蜡的原料来源 1、天然蜡 矿物蜡：石蜡、地蜡、微晶蜡 植物蜡：棕榈蜡、椰子蜡 动物蜡：蜂蜡、虫蜡、鲸蜡 2、合成蜡： 塑料蜡 3、其他：脂肪、脂肪酸、树脂,蜡的化学组成： 由碳氢化合物或高级脂肪酸与高级一元醇组成。 羧酸的碳原子数越多，其熔点和软化点越高； 醇的链越长，则蜡的韧性越大。 不同的蜡，有不同的硬度、熔点、韧性等。,二、蜡的物理性能 1. 熔点范围与软化温度 （Melting r

13、ange） （soft temperature） 熔点范围：开始熔化至全部熔化的温度范围。 相差510 软化温度：蜡软化点温度；可操作和塑形的温度。 软化温度与流动性及可塑性有关。,2热膨胀与收缩（thermal expansion and extraction） 线胀系数35010-6/K，冷却时收缩率也大。 影响精度。,3流变性（flow） 流动性和可塑性的结合。 流动性影响蜡型的准确性。 与软化温度有关。 塑性形变取决于蜡的温度、施力。与蜡型的精确性有关。高于软化温度时流变性变大，在接近蜡熔点时，流变性明显增加。,4. 残余应力（Residual stress） 、应力释放（stress

14、 release）与变形（deformation） 蜡冷却收缩产生内应力, 遇热内应力释放而变形。 蜡型放置变形，影响蜡型的准确性。 可冷藏预防变形。,5机械性能（mechanical properties） 小，与温度有关。温度，延展性。 低熔点比高熔点、熔点范围大比窄的蜡的 延展性大。,三、 分类 按用途分为： 1、模型蜡 （Pattern wax） 基托蜡 (Baseplate wax) 铸造蜡（Casting wax） 又分为嵌体蜡、铸造基托支架蜡 2、过程蜡 (Processing wax) 围盒蜡 (Boxing wax) 应用蜡 (Utility wax) 粘蜡 (Sticky

15、wax) 3、印模蜡 (Impression wax) 校正蜡(Corrective wax) 咬合蜡(Bite wax),第二节 模型蜡 （Pattern wax，modeling wax ） 用于制作蜡型及记录咬牙合关系。 制作基托、颌堤、人工牙等的蜡模。 理想的模型蜡的性能： 1. 均匀软化不分层。易雕刻成形。 能反复熔化及硬化。 2. 热水除蜡，不留残渣。 3. 尺寸变化小。,一、基托蜡（baseplate wax） 制作基托、颌堤、人工牙、正畸矫治器等的蜡型。 商品名：红蜡片 分类：一般分为冬用和夏用两种。另有普通型 ISO 分为soft、Hard、Extra-hard三种。 组成:

16、 石蜡 7080% 蜂蜡 20% 棕榈蜡 等, 性能: 冬用型 软化温度 3840 夏用型 软化温度 4649 质软、韧而不脆、不粘手、易成型, 加热变软有可塑性, 冷却后有一定的强度。 应用: 均匀加热再塑形。 蜡型完成后应立即装盒。,二、 铸造蜡（casting wax） 采用失蜡铸造技术制作铸造修复体的蜡型。 分类 嵌体蜡和铸造金属支架蜡。 ISO：Type I 软蜡 Type II 硬蜡 组成 石蜡 60% 棕榈蜡 25% 地蜡 10% 蜂蜡 5%,性能 流变性 Type I 比Type II 蜡的流变性大, 易雕刻 。 支架蜡室温流变性应小。 直接嵌体蜡应流动性好，软化时温度合适，不

17、刺激牙髓。加热不足，细节不够，内应力大。加热过度，流动性增加，难塑型。 。,2. 延展性和炽灼残渣(ductility and heat residue)： 在23应能对折而不断裂，在4045应柔软易弯并与模型贴合。铸造蜡应被烧尽，不留残渣。,3. 应力释放 高温下制备的蜡型，变形趋势小, 因造成变形的残余应力与使蜡成型的力有关。故将蜡在用前均匀加热至50至少15min可减少残余应力。 贮存温度越高，应力释放越大。蜡型完成后尽快包埋。或将蜡型放于冰箱保存。,三、 EVA塑料蜡 添加3%5% 的EVA塑料的蜡。 EVA：乙烯与醋酸乙烯的共聚物。 常用含20%30%醋酸乙烯的EVA蜡。 EVA蜡的

18、弹性好、弯曲强度大、雕刻性好、轫性好,不易折断，收缩与膨胀小，表面光滑，性能较传统蜡有较大提高。,第三节 过程蜡 （Processing waxes） 制作修复体时，起辅助作用的蜡。 一、围盒蜡（boxing wax） 二、应用蜡（utility wax） 三、粘蜡（sticky wax）,第四节 印模蜡 （Impression wax） 用于无倒凹区的无牙牙合。蜡还用于记录咬合关系。 一、矫正印模蜡（corrective impression wax） 覆盖在印模表面, 记录软组织细节, 在功能状态下记录口腔粘膜和下方组织。 二、咬合记录蜡（bite registration wax） 用于

19、精确链接对牙合模型。,小结 1、蜡的原料组成： 天然蜡、合成蜡、其他 蜡的化学组成 羧酸的碳原子数越多，其熔点和软化点越高； 醇的链越长，则蜡的韧性越大。 2、性能: 应力释放而变形。可冷却预防。 3、分类： 模型蜡：基托蜡、铸造蜡（嵌体蜡、铸造基托支架） 过程蜡、印模蜡 模型蜡: 冬用型、夏用型 铸造蜡（嵌体蜡、铸造基托支架）,一、学习内容及重点,掌握：包埋材料的分类 石膏包埋材的成分及应用范围 石膏包埋材的三种膨胀方式及影响原因 磷酸盐包埋材的主要组成及应用范围 磷酸盐包埋材的膨胀方式 硅胶包埋材的组成及应用范围 模型包埋材的组成及应用范围,第一节 概 述 （Introduction）,包

20、埋材料的作用 （function of casting investment materials）,口腔包埋材料的特殊作用,利用包埋材料的固化膨胀(setting expansion)和加热膨胀(thermal expansion)弥补铸造金属的体积收缩。,对包埋材料的要求,理想的包埋材料应符合以下要求： 1、调和时呈均匀的糊状； 2、有合适的固化时间； 3、粉末粒度细微，使铸件表面有一定的光洁度； 4、能够补偿铸造过程中金属及蜡型的收缩量； 5、能够承受铸造压力及冲击力，不因此产生微裂纹； 6、耐高温； 7、铸造时不与液态金属发生反应，不产生有毒气体； 8、对注入的金属材料无破坏作用； 9、

21、有良好的透气性。,铸造包埋材料的分类,（1）中低熔合金包埋材料(investment for medium fusion alloy ) 铸造温度：1000以下 石膏类包埋材料 （2）高熔合金包埋材料 铸造温度：1000以上 无石膏类包埋材料,（classification of casting investment materials）,（一）铸造包埋材料(Casting investment),1. 按是否含有石膏分类,（1）石膏类包埋材料(Gypsum-bonded investment),石英包埋材料(Quartz investment) 方石英包埋材料(Cristobalite in

22、vestment),（2）非石膏类包埋材料(Gypsum-bonded investment),磷酸盐包埋材料(Phosphate-bonded investment) 硅胶包埋材料(Silica-bonded investment),2. 按照铸造温度分类,铸造包埋材料的分类,（classification of casting investment materials）,（一）铸造包埋材料(casting investment),用于制作模型的包埋材料。在此模型上构筑蜡型，然后直接包埋，进行失蜡铸造，减少取下蜡型时造成的误差。,3. 按照膨胀类型和应用范围分类,（二）模型包埋材料(Mode

23、l investment),第二节 石膏类包埋材料 （gypsum-bonded investments）,一. 主要成分（chief components）,二. 水粉比与固化时间（water-powder ratio and setting time ）,三. 固化膨胀（setting expansion ）,四. 吸水膨胀（hydroscopic expansion）,五. 热膨胀（thermal expansion）,六. 机械强度（mechanical strength）,七. 粉末粒度与透气度（powder granularity and gas permeability）,八.

24、耐热性（heat resistance）,九. 操作注意事项（attention of manipulation）,第二节 石膏类包埋材料 （gypsum-bonded investments）,主要成分（chief components）,耐火高熔物质 二氧化硅(SiO2) 55% 75% 结合剂 人造石(artificial stone )硬质石膏 25% 45% 着色剂 调整剂,二氧化硅的同素异构转变产生膨胀 硬质石膏的高温特性,特点：,二氧化硅的同素异构转变,b -石英 b -磷石英 b -方石英 熔融石英,870,1475,1700,a -石英 a -磷石英 a -方石英,573,2

25、20,160,急速转变 可逆 a向b转变时 体积膨胀,缓慢转变、不可逆,105,中间磷石英,二. 水粉比与固化时间（water-powder ratio and setting time ）,水粉比 W / P = ml / g 一般为：0.35 0.40之间,三. 固化膨胀 （setting expansion ）,二水石膏的针状结晶交替增长,因互相挤压而向外部膨胀。,二氧化硅粒子的存在有利于二水石膏针状结晶的生长。,水粉比大，流动性、透气性增加。但固化时间延长，导致固化膨胀、热膨胀及机械性能下降。,水粉比对固化膨胀的影响,四. 吸水膨胀（hydroscopic expansion）,材料在

26、水中固化所产生的膨胀，称为吸水膨胀。,通过浸入水或注水，对包埋材料中参加水和反应的水进行补充，使二水石膏的针状结晶能够更加自由地生长。,吸水膨胀是一般固化膨胀的延续。,性 质：,含硅量 二氧化硅粒度 水粉比 接触水时间 水量 水温,吸水膨胀率,固化机制：,五. 热膨胀（thermal expansion）,产生热膨胀的原因,二氧化硅发生同素异构转变,加热曲线与冷却曲线的区别,二氧化硅 由a型向b型的转变是可逆的。 石膏 加热时，脱水成为无水石膏； 冷却时，随温度下降按比例收缩。,提示,加热失蜡后的铸型不应中途冷却，避免再次加热时产生缺陷。,包埋材料固化后继续加热时产生的膨胀。,定 义,六. 机

27、械强度（mechanical strength）,强度与石膏的种类有关，硬质石膏普通石膏； 包埋材料强度过高，铸造完成后，难以从铸件表面清除。 水粉比越大，强度越低。,机械强度评价,评价方法 检测包埋材料调和两小时后 的抗压强度。 试件尺寸 f2040 (mm) 环境要求 232 相对湿度 5010%,七. 粉末粒度与透气度 （powder granularity and gas permeability）,粒子尺寸一致性好的包埋材料具有良好的透气度。 石膏的添加量多，固化后强度高，透气度减弱。 石膏的添加量少，水粉比大，透气度高。,透气度,包埋材料固化后应具有适当的孔隙度（porosity）

28、，以保证铸型具有适当的透气度。,八. 耐热性（heat resistance）,在1000发生分解反应。 在700以上加热，石膏中的硫被还原，产生二氧化硫； 二氧化硫极易对金铸造体造成污染。 石膏在750左右会发生急剧收缩。,二氧化硅 在熔点（1700）以下不发生分解。,石膏类包埋材料的铸造温度必须在700以下。,石 膏,九. 操作注意事项（attention of manipulation）,1.包埋材料与水的正确称量，确保达到既定的水粉比； 2.调和时使用的水，必须是在室温下保存的水； 3.避免快速加热，升温至700的时间至少应为一小时； 4.避免在700以上继续加热； 5.包埋材料的加热

29、过程不能中断； 6.包埋材料应保存在密闭防潮的容器中。,第三节 磷酸盐类包埋材料 （Phosphate-bonded investments）,用途 铸造高熔点合金,组成 耐高温难熔物质： 二氧化硅 占80%90% 结合剂系统： 由磷酸二氢铵与氧化镁的酸碱反应构成。,机理 可溶性磷酸盐在水中与氧化镁的表面发生反应，形成结 合剂，将耐火材料二氧化硅牢固结合在一起。,第三节 磷酸盐类包埋材料 （Phosphate-bonded investments）,膨胀(1) 用硅溶胶混悬液调和产生的固化膨胀大于用水调和； 与硅溶胶调和液的浓度成正比； 热膨胀型包埋材料主要依靠耐高温的二氧化硅产生膨胀； 吸水

30、膨胀的本质是固化反应的延续。,A 热膨胀型,B 吸水膨胀型,实线：热膨胀,虚线：固化膨胀,第三节 磷酸盐类包埋材料 （Phosphate-bonded investments）,膨胀(2),磷酸盐类包埋材料的膨胀率大于石膏类包埋材料,固化膨胀 0.7% 1.1% 热 膨 胀 1.1% 1.4% 综合膨胀 2.0% 2.3%,由材料类型决定的区别，吸水膨胀型材料的热膨胀率低。,A 热膨胀型 B 吸水膨胀型,镍铬合金的铸造收缩率 2.02.2%,第四节 硅胶包埋材料 （silica-bonded investments）,正硅酸乙脂包埋材料（ethyl silicate investment）,组成（composition）,耐高温成分：石英、方石英、少量的氧化镁 结 合 剂：原硅酸四乙脂（含约28%二氧化硅）加水分解， 生成硅溶胶并固化。 调 和 液：使用以盐酸作催化剂的调和液。,三.膨胀与强度（expansion and