Диоксид циркония

Наверно нет ни одного человека кто не слышал бы про циркониевые зубные коронки. О них говорят всякий раз, когда речь идет о восстановлении отсутствующего зуба. Каждый стоматолог вам будет предлагать поставить на зуб «цирконий».

Давайте разберем, что же это такое, циркониевая коронка, так ли она хороша, как про нее говорят, и в чем разница между цирконом, цирконием, оксидом и диоксидом циркония.

Циркон является основным минералом источником циркония. Прозрачные кристаллы циркона используют в ювелирных украшениях (гиацинт, старлит, жаргон).

Довольно часто при продаже ювелирных украшений, словом «циркон» ошибочно называют синтетический материал с сильным блеском — кубический диоксид циркония (фианит).

Название фианит получил в честь Физического института Академии наук СССР (ФИАН), где впервые был синтезирован, но название практически не используется за пределами бывшего СССР и Восточной Европы. За рубежом этот материал чаще называют цирконитом. В некоторых случаях, особенно в переводах с иностранных языков, фианит называют цирконием или цирконом, что создаёт путаницу, так как фианит является имитирующим алмаз синтетическим материалом, циркон— никак не связанный с ним жёлто-коричневый минерал, а цирконий – химический элемент.

химический элемент— блестящий металл серебристо-серого цвета.

Металлический цирконий и его сплавы применяются с 30-х годов 20 века в ядерной энергетике, при легировании металлов, в пиротехнике, и медицине.

В стоматологии применяется диоксид циркония стабилизированный оксидом иттрия. Состав: Диоксид циркония ZrO2 95% Оксид алюминия Al2O3 <0,4% Оксид иттрия Y2O3 5%

Твердость по Викерсу до 1250 HV 10 Прочность на сжатие 2062 МПа Прочность на изгиб 1554 МПа Модуль упругости 2500 МПа — 3700 МПа Плотность >6,06 г/см3 Вязкость разрушения 7-10 MPa м1/2 (oксид алюминия 4,5 м1/2 ) КТР(25-500°C) 10•10-6 /K-1.

Предварительно спеченный диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия, выпускается в виде заготовок, предназначенных для машинной обработки. Такой цирконий достаточно мягкий и позволяет проводить механическую обработку заготовок для получения изделий сложной формы с последующим окончательным спеканием.

заготовки диоксида циркония

После окончательного спекания диоксид циркония приобретает максимальную прочность и стабильность.

В настоящее время используется несколько вариантов применения диоксида циркония для изготовления зубных коронок:

Первый – из диоксида циркония вытачивается каркас будущей коронки, аналогично тому как изготавливается каркас у металлокерамических коронок из металла. Далее проводится облицовка циркониевого каркаса керамическими массами для получения нужной формы и цвета коронки.

Второй – из циркония вытачивается коронка в полную анатомию т.е. зуб целиком циркониевый. Цветовые эффекты получают путем раскрашивания каркаса специальными красителями до этапа окончательной синтеризации (спекания). На этом этапе цирконий выглядит совершенно не похожим на зуб. Однако, после запекания «разноцветность» исчезает и зубы выглядят естественно.

Третий – используются циркониевые заготовки с предварительно прокрашенными цветовыми слоями и прозрачностью для более эстетичного вида цельноциркониевых коронок.

На практике каркас из диоксида циркония толщиной 0.5-0.6мм способен закамуфлировать не только изменённый цвет зубов, но даже металлические культевые вкладки без влияния последних на цвет готовой конструкции. Естественно, при этом также имеет значение глубина поддесневого препарирования. Применение флуоресцентной плечевой массы, а также флю-дентинов приближает идентичность диоксида циркония к натуральным зубам по светопроницаемости. Во всяком случае этот показатель будет не хуже, чем у пресс керамики.

При возникновении в материале трещины, у ее вершины инициируется фазовый переход тетрагональной модификации в моноклинную. Переход тетрагональной фазы диоксида циркония в моноклинную сопровождается увеличением объёма и, как следствие, локальные увеличения объёма и соответственно давления, что стабилизирует микротрещину, замедляя её рост. Подобный процесс “напряжения-деформации” обычно имеет место только в стальных сплавах. Поэтому диоксид циркония стабилизированный оксидом иттрия называют еще “керамической сталью”.

БИОСОВМЕСТИМОСТЬ и ИНЕРТНОСТЬ. Использование диоксида циркония исключает какие -либо аллергические реакции со стороны организма. Кроме всего, он сочетается со всеми материалами, применяемыми в стоматологии и не может вызывать явления гальванизма, если у Вас уже есть металлические конструкции во рту.
Не подвержен КОРРОЗИИ и ОКИСЛЕНИЮ. Поэтому он не меняет цвет окружающих коронку тканей (как в случае с металлокерамикой).
Коронки из диоксида циркония ТОНЬШЕ и ЛЕГЧЕ, чем металлокерамика. Это позволяет меньше обтачивать опорные зубы и поэтому они меньше травмируются и дольше служат.
АДАПТАЦИЯ к таким коронкам происходит быстрее.
Поскольку диоксид циркония обладает низкой ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬЮ, живые зубы под коронками меньше ощущают резкие перепады температуры.
Идеальная ТОЧНОСТЬ, с которой циркониевая коронка прилегает к опоре, обеспечивается за счет современных цифровых технологий. Цирконий вытачивается на станках с цифровым управлением (CAD/CAM) исключая человеческий фактор. На фотографии ниже – фрезерный станок для обработки диоксида циркония.
ЭСТЕТИКА ортопедических конструкций с применением диоксида циркония возрастает в разы, так как цирконий – светлый и проницаемый для света материал, что позволяет создавать не отличимые от собственных тканей зуба ортопедические реставрации. Эстетика естественно сохраняется длительнее.

На фото ниже сравнение цветопропускания коронок с каркасом из диоксида циркония и металлокерамики. Результат налицо!

На фотографиях ниже – замена старых реставраций на зубах 1.1. и 2.1 на коронки с каркасом из диоксида циркония. Обратите внимание насколько живыми получаются реставрации.

Из диоксида циркония возможно изготавливать индивидуальные абатменты при протезировании на имплантатах. В этом случае создаются идеальные условия для сохранения здоровья десны вокруг имплантата. По некоторым научным данным ткань десны прирастает к поверхности циркония, создается связь аналогичная связи мягких тканей у естественного зуба.

Что же касается недостатков диоксида циркония, то наверное можно выделить только один — стоимость. Да, стоимость коронки с каркасом из диоксида циркония примерно на 20% выше, чем металлокерамической коронки. Однако на фоне всех плюсов, которых нет у металлокерамики, диоксид циркония — абсолютный победитель!

Смотрите выполненные мною работы в разделе МОИ РАБОТЫ.

Цена

Основными поставщиками циркония на мировой рынок является Австралия и ЮАР. В последнее время перевес по экспорту циркона и циркониевых минералов все больше склоняется в сторону Южно-африканской республики. Главными потребителями является Евросоюз (Италия, Франция, Германия), Китай и Япония. Торговля цирконом ведется в основном в виде ферросплавов.
За последние 10 лет спрос на металл цирконий в среднем увеличивался на 5,2% в год. Производственные мощности за это время успевали подняться на чуть больше 2%. В результате, на мировом рынке сформировался постоянный дефицит циркония, что являлось предпосылом для повышения его стоимости.

Существуют 2 основные причины роста спроса на данный металл:

Глобальное увеличение масштабов ядерной промышленности.
Активное применение циркония в производстве керамики.

Также, некоторые специалисты считают, что частично на рост котировок циркония повлияло прекращение добычи бадделеита в Австралии.

На Российском рынке вторичного металла стоимость циркония составляет от 450 до 7500 рублей за килограмм. Чем чище металл, тем цена, соответственно, дороже.

Применение

Вышеперечисленные свойства обеспечивают цирконию обширное использование в разного рода отраслей производства. Здесь выделяются следующие сферы:

В электротехнике циркониевый сплав с ниобием применяется в качестве сверхпроводника. Выдерживает нагрузку до 100 кА\см2. Точка перехода в сверхпроводящий режим составляет 4,2 К. Также в радиотехнической аппаратуре цирконием покрывают электронные платы с целью поглощения выделяющихся газов. Циркониевые фильтры излучения рентгеновских трубок отличаются высоким значением монохромности.
В ядерной энергетике используется как материал оболочек ТВЭЛов (зоны, где непосредственно осуществляется деление ядер и производство теплоэнергии) и других узлов термоядерного реактора.
Металлургия применяет цирконий как легирующий элемент. Данный металл является сильным раскислителем, превосходящим по этому показателю как марганец, так и кремний. Добавление в конструкционные металлы (сталь 45 , 30ХГСА) всего 0,5% циркония увеличивает их прочность в 1,5-1,8 раза. При этом дополнительно происходит улучшение протекание процесса обработки резанием. Циркон является основным компонентом корундовой керамики. По сравнению с шамотом, срок ее эксплуатации выше в 3-4 раза. Данный огнеупорный материал применяется в изготовлении тиглей и желобов сталелитейных печей.
В машиностроении металл служит материалом для таких изделий как насос и трубозапорная арматура, работающих в условиях воздействия агрессивных сред.
В пиротехнике металлы циркония используются для изготовления салютов и фейерверков. Происходит это по причине отсутствия дыма при горении, а также выделение значительного количества световой энергии.
В химической промышленности циркон служит сырьем для кермета — металлокерамическое покрытие, обладающее повышенной износостойкостью и невосприимчивостью к кислотам.
В оптике активно используют фианит — обработанный циркон с добавками скандия и других редкоземельных металлов. Фианиты имеют значительный угол преломления, что позволяет их применять в качестве материала для производства линз. В ювелирном деле фианит известен как синтетический заменитель бриллианта.
В военной промышленности цирконий служит наполнителем для трассирующих пуль и осветительных ракет.

Способы фиксации

Для крепления протезной конструкции к импланту служат специальные элементы, называемые абатментом. Обычно они поставляются в комплекте с имплантами, в паре с которыми предполагается установка.

Но их можно изготавливать и индивидуально в лаборатории клиники. Это целесообразно в том случае, если имеется какая-то клиническая особенность, делающая нежелательным использование стандартного или фирменного изделия.

Абатменты имеют разную конструкцию. В большинстве случаев их форма напоминает усеченный конус, в других вариантах они имеют вид сферы или иной фигуры.

Абатменты могут выполняться заодно с имплантом. В других случаях соединяются с ним с помощью резьбового соединения, для чего имеют в верхней части резьбу для крепления коронки. Соединение коронки с абатментом может быть неразъемным (с помощью цемента) и разъемным (винтовым).

К достоинствам неразъемных соединений относится технологическая простота крепления, а также отсутствие необходимости точного выполнения абатмента, особенно в том случае, если он служит опорой в мостовидном протезе. Да и стоит абатмент без крепежных аксессуаров меньше.

Недостатком цементного крепления является невозможность разобрать супраконструкцию, если потребовался ремонт какого-то из его элементов. Достоинством – отсутствие требования к повышенной точности, поскольку цемент способен компенсировать некоторую неточность изготовления.

В противоположность неразъемному соединению, резьбовое крепление позволяет легко разобрать конструкцию и отремонтировать или заменить вышедший из строя элемент.

Соединение с абатментом осуществляется вне ротовой полости. Чтобы ввести через коронку в абатмент крепежный винт, в ней делается отверстие, которое после установки винта пломбируется.

Если по какой либо причине возникает необходимость в отсоединении коронки от абатмента, пломба, закрывающая крепеж, высверливается для доступа к винту.

Возможность разборки составляет самое весомое преимущества разборных конструкций. К их недостаткам относится повышенная сложность, необходимость точного выполнения и относительно высокая цена.

Тенденция состоит в том, что цементная фиксация применяется все реже. Стоматологи отдают предпочтение винтовому креплению как более технологичному и совершенному.

В видео врач более подробно расскажет о способах фиксации коронок на имплантат.

Какие преимущества и недостатки циркониевых коронок?

Циркониевые коронки используются для восстановления практически полностью разрушенных, сильно поврежденных зубов. Колпачки из диоксида циркония рекомендуется ставить после лечения корневых каналов, а также при имплантировании (для установки на штифты).

Основные преимущества коронок из циркония:

износостойкость;
прочность;
долговечность;
возможность подбора оттенка и структуры;
биосовместимость;
гипоаллергенность.

Но у ортопедических конструкций из диоксида циркония есть некоторые недостатки

Первое, на что нужно обратить внимание: вид готовых изделий. Так, например, коронки из керамики полупрозрачны

Это позволяет сделать оттенок искусственного материала похожим на естественную эмаль.

В современных клиниках для изготовления циркониевых коронок используются технологии CAD/CAM

Оксид циркония не такой прозрачный, как фарфор, поэтому некоторым пациентам не очень нравится получившийся результат. Также циркониевые микропротезы могут вызывать разрушение естественной эмали окружающих зубов. Правда на то, чтобы развился реальный износ, могут понадобиться долгие годы.

Эстетика плюс прочность

Белая сталь – так иногда называют керамику на оксиде циркония. Коронки из этого материала в 5 раз прочнее цельнокерамических протезов. В чем преимущество такой прочности? До появления в стоматологии оксида циркония, коронки делались с использованием металлического каркаса, на который наносился толстый слой керамики. Металл – для прочности, керамика – для эстетики. Но создать полностью натуральный вид таким образом невозможно, на месте соприкосновения протеза с десной явно проглядывается темная полоска (такой эффект дает металлический каркас).

Цирконий оксид не уступает по прочности металлу, и позволяет передать естественный цвет и прозрачность, как у натурального зуба, без каких-либо лишних цветовых вкраплений. Он по своей природе схож с тканями зуба, обладает светопропускаемостью. Лучи света, проникающие в толщу коронки, преломляются и рассеиваются естественным образом, создавая эффект здоровой и красивой улыбки. Стоматологи при установке протеза подбирают цвет, который не отличается от цвета остальных здоровых зубов, поэтому коронка ничем себя не выдает, сливаясь со здоровыми зубами.

Общее описание

Необычные свойства — это то, чем прежде всего определяется промышленная ценность такого относительно редкого металла, как цирконий. Производство его выгодно для народного хозяйства благодаря:

Высокой степени химической стойкости.

Соляная кислота на этот металл не производит совершенно никакого действия, а с серной он реагирует только при ее концентрации не менее чем в 50% и температуре свыше +100 градусов.

Способности гореть на воздухе практически без выделения дыма.

Самовоспламеняться цирконий (мелкодисперсионный) может уже при температуре в 250 С.

Биологической инертности.

Цирконий не оказывает абсолютно никакого вредного воздействия на организм человека или животных. Пользы, вопреки распространенному мнению, он, к сожалению, также никакой принести не может.

Очень востребованными в промышленности является не только собственно сам этот металл, но и его соединения. Минерал циркон, к примеру, отличается очень высокой твердостью и приятным алмазным блеском. Поэтому его иногда используют в качестве дешевого заменителя бриллиантов. Правда, в последнее время в ювелирном деле циркон применяется все реже. В настоящее время имитацию бриллиантов чаще изготавливают из фианита (искусственный диоксид циркония).

Нахождение в природе

Цирконий в естественных условиях встречается только в виде оксидов и силикатов. Среди них главным образом выделяют циркон, эвдиалит, бадделеит. Стоит отметить, что металл в месторождениях всегда сопровождается гафнием . Происходит это по причине схожей кристаллической решетки металлов.

Основная доля циркониевых минералов расположена в литосфере. На одну тонну земной коры приходится в среднем 210 грамм циркона. Также соединения циркония встречаются и в составе морской воды. Но концентрация его здесь намного ниже и составляет 0,05 мг на 1000 литров.

Лидерами по количеству месторождений циркония являются Австралия (циркон), ЮАР (бадделеит), чуть меньше США, Бразилия и Индия. На Россию приходится 10% от мировых запасов.

Особенности металлокерамических коронок

Материал включает сочетание металла (сплава или одного вида) и керамики. Внешне коронки очень схожи с натуральными зубами, что позволяет их применять для протезирования передних резцов и жевательных моляров.

Основу представляет металлический каркас (толщина 0,3-0,5 мм). Покрытие с внешней стороны делается из керамики (толщина 1-1,5 мм).

В процессе изготовления каркаса используются следующие виды металлов:

кобальт;
хром;
никель;
золото;
платина и др.

Изделия из металлокерамики обладают следующими преимущественными характеристиками:

Металлокерамические коронки – случаи аллергии встречаются редко, только у тех пациентов, что реагируют на металлэстетические показатели, дающие возможность применять коронки для протезирования передних резцов;

современная палитра оттенков позволяет подобрать вариант тона, совпадающего с естественным цветом зубов (зубной ряд при этом не будет иметь акцентов); прочность материала (металлокерамика выдерживает жевательные нагрузки); случаи аллергии встречаются редко, только у тех пациентов, что реагируют на металл; при откалывании фрагмента при неосторожном обращении с зубами дефект можно отреставрировать; цвет изделия не меняется на протяжении всего периода эксплуатации зуба; отмечается устойчивость к смещению; уход не требует больших затрат и сложных процедур; длительный срок ношения (до 15 лет); доступная цена.

Имеются у металлокерамики и недостатки, их нужно учесть при выборе материала для коронки. Существенным минусом является необходимость обтачивания зуба в процессе установки конструкции.

С костной ткани снимается слой около двух миллиметров, а это немало. Кроме того во многих случаях проводится процедура депульпирования.

Помимо прочего специалисты выделяют и другие минуса:

материал не пропускает света, поэтому на поверхности коронки иногда просматриваются очертания металлического каркаса;
на границе с десной иногда образуется синюшность мягких тканей из-за давления протеза;
со временем может оголиться каркас, что приведёт к развитию кариеса или других стоматологических заболеваний.

Установка металлокерамических коронок рекомендована специалистами:

при разрушении большей части костной ткани зуба (более 50%);
если утрачен один или несколько зубов;
при потере фрагмента костной ткани из-за прогрессирующего кариеса;
с целью устранения эстетических и функциональных проблем в зубных рядах;
для установки протезов и при имплантации (посадка на штифт).

Специалисты выделили ограничения касательно установки металлокерамических коронок:

заболевания центральной нервной системы;
наличие хронических патологий пародонта;
аномалия прикуса;
наличие инфекционных заболеваний или период реабилитации;
обострение заболеваний слизистой рта;
непроизвольный скрежет зубами;
период беременности.

Однозначным ограничением к применению металлокерамики является аллергия на металл.

Коронка из металлокерамики на просвет на переднем зубе

Преимущества циркониевых коронок перед металлокерамикой

При необходимости протезирования перед пациентом встает вопрос, какие выбрать искусственные зубы. Оксид циркония имеет массу преимуществ перед другими материалами:

Протезирование циркониевыми коронками не требует удаления нерва.
Отсутствие металла в конструкции, что избавляет от таких проблем, как аллергическая реакция, металлический привкус во рту.
Гарантия отсутствия развития болезней под коронкой. Протез плотно прилегает к десне, частички пищи и бактерии под него не попадают.
Точность выполнения каркаса. Цифровая обработка данных гарантирует невероятную точность в изготовлении конструкции.
Индивидуальный подбор цвета. Готовый протез визуально не отличить от остальных, здоровых зубов.
Возможность изготовления мостовидного протеза любой длины;
Легкость конструкции.
Отсутствие реакции на холодную и горячую пищу. Ношение металлокерамики может вызывать неприятные ощущения от высоких или низких температур. Оксид циркония такой реакции не дает.
Абсолютно натуральный внешний вид.
Отсутствие серой каемки в зоне соприкосновения с десной.
При подготовке к протезированию нет необходимости сильно обтачивать зуб.
Коронки не деформируются и сохраняют свой вид и форму на протяжении долгого времени.

Цирконий в элементарном виде представляет собой серебристо-белый металл, отличающийся такими характерными свойствами, как устойчивость к коррозии и пластичность. В природе он довольно-таки распространен, но при этом и очень рассеян. Крупных его залежей до сих пор найдено не было. Впервые о возможности существования этого металла люди узнали в 1789 г. Тогда химик М. Клапрот во время исследования минерала циркона случайно открыл его оксид. В чистом виде этот металл был получен только в 1925 г. В современном мире цирконий, производство которого широко распространено, применяется в самых разных сферах промышленности. Конечно же, занимаются его выпуском и многие отечественные предприятия.