Λύσεις — Κεφάλαιο 3 (Ερωτήσεις σελ. 40) – ΑΚΙΝΗΤΗ ΠΡΟΣΘΕΤΙΚΗ ΚΑΙ ΠΟΡΣΕΛΑΝΗ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 3 (Ερωτήσεις σελ. 40)

Απαντήσεις στις 7 ερωτήσεις του κεφαλαίου 3.

Ερώτηση 1 — Μεταλλοκεραμικός δεσμός — ορισμός

Ερώτηση: Τι ονομάζεται μεταλλοκεραμικός δεσμός;

Απάντηση:

• Ένας από τους σπουδαιότερους παράγοντες για την επιτυχία μιας μεταλλοκεραμικής προσθετικής εργασίας είναι η καλή σύνδεση του κράματος με την κεραμική μάζα. Η σύνδεση αυτή των δύο υλικών οφείλεται στον δεσμό που αναπτύσσεται μεταξύ τους, ο οποίος ονομάζεται μεταλλοκεραμικός δεσμός (σελ. 33). Στην ισχυρή σύνδεση κράματος-πορσελάνης συμβάλλουν, σε διαφορετικό βαθμό ο καθένας, τέσσερις μηχανισμοί: α) οι διαμοριακοί δεσμοί (δυνάμεις Van der Waal's), β) η μικρομηχανική συγκράτηση, γ) οι θλιπτικές δυνάμεις λόγω της διαφοράς του συντελεστή θερμικής διαστολής μεταξύ κράματος και κεραμικής μάζας, και δ) ο χημικός δεσμός μέσω των μεταλλικών οξειδίων — ο τελευταίος θεωρείται ο σημαντικότερος. Ο δεσμός αναπτύσσεται στη μεσόφαση (στρώμα οξειδίων) μεταξύ σκελετού και αδιαφάνειας.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο δεσμός που αναπτύσσεται μεταξύ κράματος και κεραμικής μάζας και εξασφαλίζει τη σύνδεσή τους· οφείλεται σε 4 μηχανισμούς: Van der Waal's, μικρομηχανική συγκράτηση, θλιπτικές δυνάμεις (ΣΘΔ), χημικό δεσμό (οξείδια — ο σημαντικότερος).

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 2 — Διαμοριακοί δεσμοί Van der Waal's

Ερώτηση: Τι γνωρίζετε για τους διαμοριακούς δεσμούς (δυνάμεις Van der Waal’s);

Απάντηση:

• Οι διαμοριακοί δεσμοί ονομάζονται και δυνάμεις διαβροχής (σελ. 33-34). Μια σταγόνα νερού εξαπλώνεται δυσκολότερα πάνω σε κερί από ό,τι σε μεταλλική επιφάνεια· το φαινόμενο της εξάπλωσης ενός υγρού πάνω στην επιφάνεια ενός στερεού λέγεται διαβροχή. Η διαβροχή οφείλεται στην έλξη των μορίων του υγρού από τα μόρια του στερεού σώματος· αυτές οι ασθενείς ηλεκτροστατικές δυνάμεις λέγονται δυνάμεις διαβροχής ή δυνάμεις Van der Waal's. Για καλή διαβροχή οι δυνάμεις έλξης του στερεού προς το υγρό πρέπει να είναι μεγαλύτερες από τις ελκτικές δυνάμεις ανάμεσα στα μόρια του υγρού. Στη μεταλλοκεραμική οι δυνάμεις διαβροχής αναπτύσσονται στο στάδιο της επίστρωσης της αδιαφάνειας αλλά και κατά την όπτησή της· είναι αυτές που κάνουν την κεραμική μάζα να ρέει και να γεμίζει τις μικροανωμαλίες της επιφάνειας του χυτού. Όσο μεγαλύτερες, τόσο αυξάνουν οι δυνατότητες ολοκλήρωσης της επαφής των δύο υλικών· γι' αυτό οι κατασκευαστές προσθέτουν στις κεραμικές μάζες ουσίες που διευκολύνουν τη διαβροχή (K₂O, Na₂O, βόρακας). Η συμβολή τους στον μεταλλοκεραμικό δεσμό είναι αρκετά περιορισμένη.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ασθενείς ηλεκτροστατικές δυνάμεις έλξης των μορίων του υγρού (κεραμική μάζα) από το στερεό (μέταλλο) = δυνάμεις διαβροχής· δρουν στην επίστρωση-όπτηση της αδιαφάνειας, κάνοντας τη μάζα να ρέει στις μικροανωμαλίες· ενισχύονται με K₂O, Na₂O, βόρακα· συμβολή περιορισμένη.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 3 — Μικρομηχανική συγκράτηση

Ερώτηση: Τι γνωρίζετε για τη μικρομηχανική συγκράτηση;

Απάντηση:

• Η μικρομηχανική συγκράτηση κράματος-πορσελάνης εξαρτάται από την επιφανειακή αδρότητα (τραχύτητα) του μεταλλικού σκελετού. Η επιφανειακή τραχύτητα επιτυγχάνεται με τον τροχισμό του σκελετού και την αμμοβόλησή του με οξείδια αλουμινίου — και εξαρτάται από το μέγεθος των κόκκων των οξειδίων, την πίεση και τη γωνία αμμοβόλησης (σελ. 34). Πλεονεκτήματα αδροποιημένης επιφάνειας: α) αύξηση της διαβροχής του σκελετού από την πορσελάνη εξαιτίας της αύξησης της επιφάνειας, β) κάποια πρόσθετη δύναμη στον δεσμό από τη μηχανική συναρμογή της πορσελάνης στην επιφάνεια του μετάλλου, γ) αυξημένος επιφανειακός χώρος για τον χημικό δεσμό. Δεν ισχύει όμως ότι όσο αυξάνει η αδρότητα αυξάνει και η αντοχή: η υπερβολική αδρότητα μειώνει την αντοχή της σύνδεσης και διευκολύνει την ανάπτυξη ρωγμών στο κράμα. Σήμερα πιστεύεται ότι η συνεισφορά της μικρομηχανικής συγκράτησης στον δεσμό είναι σχετικά μικρή.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Συγκράτηση της πορσελάνης στις μικροανωμαλίες του σκελετού· εξαρτάται από την αδρότητα (τροχισμός + αμμοβόληση με Al₂O₃ — κόκκοι, πίεση, γωνία)· οφέλη: διαβροχή, μηχανική συναρμογή, χώρος για χημικό δεσμό· υπερβολική αδρότητα βλάπτει· συνεισφορά σχετικά μικρή.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 4 — Θλιπτικές δυνάμεις λόγω ΣΘΔ

Ερώτηση: Τι γνωρίζετε για τις θλιπτικές δυνάμεις λόγω της διαφοράς συντελεστή θερμικής διαστολής κράματος-κεραμικής μάζας;

Απάντηση:

• Συντελεστής θερμικής διαστολής ονομάζεται η μεταβολή που παρουσιάζεται στη μονάδα μήκους ενός υλικού, όταν η θερμοκρασία του μεταβληθεί κατά 1 °C. Ο ΣΘΔ του κράματος επιλέγεται έτσι, ώστε να είναι λίγο μεγαλύτερος από αυτόν της πορσελάνης. Έτσι, κατά την ψύξη της μεταλλοκεραμικής κατασκευής, εξαιτίας της διαφοράς στον ρυθμό συστολής, ασκούνται εφελκυστικές δυνάμεις στο κράμα και θλιπτικές δυνάμεις στην πορσελάνη. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να βρίσκεται η πορσελάνη σε ελαφριά μόνιμη συμπίεση, γεγονός που επηρεάζει θετικά την αντοχή και της πορσελάνης και του μεταλλοκεραμικού δεσμού (η πορσελάνη αντέχει στη συμπίεση, όχι στον εφελκυσμό). Η διαφορά του ΣΘΔ μεταξύ των δύο υλικών δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 0,5×10⁻⁶/°C, για να μη δημιουργούνται σπασίματα στην κεραμική μάζα (σελ. 34-35). Οι επανειλημμένες οπτήσεις αυξάνουν τον ΣΘΔ της πορσελάνης και διαταράσσουν την εναρμόνιση.

Σύνοψη: (ενδεικτική) ΣΘΔ = μεταβολή μονάδας μήκους ανά 1 °C· ο ΣΘΔ του κράματος λίγο μεγαλύτερος → στην ψύξη εφελκυσμός στο κράμα, θλίψη στην πορσελάνη (ελαφριά μόνιμη συμπίεση) → αυξημένη αντοχή πορσελάνης και δεσμού· διαφορά όχι > 0,5×10⁻⁶/°C.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 5 — Θεωρίες χημικού δεσμού

Ερώτηση: Ποιες είναι οι θεωρίες που ερμηνεύουν τη φύση του χημικού δεσμού;

Απάντηση:

• Είναι σήμερα αποδεκτό ότι κατά το στάδιο της οξείδωσης του μεταλλικού σκελετού δημιουργούνται στην επιφάνειά του οξείδια, τα οποία είναι υπεύθυνα για την ανάπτυξη χημικού δεσμού κράματος-πορσελάνης. Υπάρχουν δύο θεωρίες ερμηνείας (σελ. 35-36): α) Η θεωρία της δημιουργίας ενδιάμεσων οξειδίων: κατά την οξείδωση δημιουργούνται οξείδια που δεν είναι οξειδωμένα στον μεγαλύτερο βαθμό (π.χ. SnO, InO)· αυτά αργότερα αντιδρούν με το O₂ των οξειδίων της πορσελάνης και οξειδώνονται παραπέρα (SnO₂, In₂O₃, InO₂), συνδέοντας ταυτόχρονα το κράμα με την πορσελάνη (εικ. 3.1 — τα οξείδια κασσιτέρου συνδέουν κράμα-πορσελάνη). β) Σύμφωνα με τη δεύτερη θεωρία, τα οξείδια που δημιουργούνται κατά την οξείδωση βρίσκονται από την αρχή στην πιο οξειδωμένη μορφή τους και διαλύονται μέσα στην πορσελάνη με τον μηχανισμό της διάλυσης στη στερεά κατάσταση. Ανεξάρτητα από την ερμηνεία, ο χημικός δεσμός θεωρείται σήμερα καθοριστικής σημασίας για την αντοχή του μεταλλοκεραμικού δεσμού. Πρωτεύοντα ρόλο παίζουν ο βαθμός οξείδωσης των μεσοφασικών οξειδίων και το μέσο πάχος του στρώματος (αύξηση πάχους → μείωση αντοχής).

Σύνοψη: (ενδεικτική) α) Θεωρία ενδιάμεσων οξειδίων: ατελώς οξειδωμένα οξείδια (SnO, InO) αντιδρούν με το O₂ της πορσελάνης και οξειδώνονται πλήρως (SnO₂, In₂O₃) συνδέοντας τα δύο υλικά· β) θεωρία διάλυσης στη στερεά κατάσταση: πλήρως οξειδωμένα οξείδια διαλύονται στην πορσελάνη. Ο χημικός δεσμός = καθοριστικός.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 6 — Μέταλλα για το στρώμα οξειδίων

Ερώτηση: Ποια μέταλλα προσθέτουμε κυρίως στα κράματα για τη δημιουργία του στρώματος των οξειδίων;

Απάντηση:

• Για τη δημιουργία του στρώματος των οξειδίων προσθέτουμε κυρίως στο κράμα, αλλά και στην αδιαφάνεια, διάφορα μη ευγενή μέταλλα σε μικρές ποσότητες (σελ. 37). Κατά κατηγορία κραμάτων: α) Στα κράματα μεγάλης περιεκτικότητας σε χρυσό προσθέτουμε κυρίως Fe, In, Cu και Sn (σίδηρο, ίνδιο, χαλκό, κασσίτερο). β) Στα κράματα PdAg και AgPd προσθέτουμε Ga, In, Sn και Cu (γάλλιο, ίνδιο, κασσίτερο, χαλκό). γ) Στα κράματα NiCr και CoCr το χρώμιο δημιουργεί παχύ στρώμα οξειδίων, που δεν ευνοεί την αντοχή του δεσμού· για να αποκλειστεί η παρουσία του Cr₂O₃ στη μεσόφαση, προσθέτουμε στοιχεία όπως Hf, Y, Ti (άφνιο, ύττριο, τιτάνιο)· τα οξείδια σε κράμα NiCr είναι NiO, Cr₂O₃, SiO₂, Al₂O₃. δ) Στα κράματα τιτανίου τα οξείδια δημιουργούνται κυρίως από την παρουσία Ga, Sn και In. Πρωτεύοντα ρόλο στον χημικό δεσμό παίζουν ο βαθμός οξείδωσης των οξειδίων και το μέσο πάχος του στρώματος — το πάχος δεν γενικεύεται ως κριτήριο επιτυχίας, αφού στο ίδιο κράμα η αύξησή του μειώνει την αντοχή.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Υψηλού χρυσού: Fe, In, Cu, Sn· Pd-Ag/Ag-Pd: Ga, In, Sn, Cu· Ni-Cr/Co-Cr: Hf, Y, Ti (για αποκλεισμό του Cr₂O₃)· τιτανίου: Ga, Sn, In — μικρές ποσότητες μη ευγενών μετάλλων στο κράμα και στην αδιαφάνεια.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 7 — Παράγοντες αντοχής δεσμού στα στάδια κατασκευής

Ερώτηση: Ποιοι είναι οι κυριότεροι παράγοντες που επιδρούν στην αντοχή του μεταλλοκεραμικού δεσμού στα διάφορα στάδια κατασκευής μιας μεταλλοκεραμικής εργασίας;

Απάντηση:

• Στα διάφορα στάδια πρέπει να αποφεύγονται τα λάθη που μειώνουν την αντοχή του δεσμού και οδηγούν σε θραύση. Οι κυριότεροι παράγοντες (σελ. 37-38): 1. Το σχήμα, η έκταση, ο όγκος του μεταλλικού σκελετού, καθώς και το πάχος της κεραμικής μάζας. 2. Η επαναχύτευση κραμάτων PdAu και PdAg (κώνων και αγωγών) — ακόμη και με 50 % νέο κράμα — μειώνει την αντοχή του δεσμού· στα βασικά κράματα πρέπει να αποφεύγεται τελείως. 3. Να χρησιμοποιούνται περιστροφικά κοπτικά με κεραμική σύνδεση, ειδικά για κάθε τύπο κράματος, χωρίς αναδιπλώσεις και ακμές. 4. Η αμμοβόληση πάντοτε με αχρησιμοποίητα οξείδια αλουμινίου, με το καθορισμένο μέγεθος κόκκων, πίεση και γωνία του κατασκευαστή. 5. Η ακάθαρτη επιφάνεια ή το άγγιγμα του σκελετού με τα δάκτυλα (από ένα στάδιο και μετά) προκαλούν εξασθένηση του δεσμού με τη μορφή φυσαλίδων στην αδιαφάνεια. 6. Η υπερβολική οξείδωση σε κράμα NiCr ή CoCr, έστω και για λίγα λεπτά, οδηγεί σε πλήρη επικράτηση του Cr₂O₃ που δεν επιτρέπει χημικό δεσμό. 7. Το πρώτο στρώμα αδιαφάνειας πρέπει να είναι λεπτόρρευστο για καλή διαβροχή. 8. Στους κύκλους όπτησης ακριβής τήρηση των οδηγιών· με τις επανειλημμένες οπτήσεις ο ΣΘΔ της πορσελάνης αυξάνεται και μπορεί να δημιουργηθούν εφελκυστικές τάσεις. Συνοψίζοντας: η ακριβής τήρηση των οδηγιών του κατασκευαστή σε όλα τα στάδια, μαζί με τις γνώσεις και την εμπειρία του κεραμίστα, είναι το βάθρο της επιτυχίας.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Σχήμα-έκταση-όγκος σκελετού και πάχος πορσελάνης· επαναχύτευση PdAu/PdAg (μείωση, στα βασικά απαγορεύεται)· κοπτικά με κεραμική σύνδεση χωρίς ακμές· αμμοβόληση με νέα Al₂O₃ κατά τον κατασκευαστή· καθαρή επιφάνεια, όχι άγγιγμα (φυσαλίδες)· όχι υπερβολική οξείδωση NiCr/CoCr (Cr₂O₃)· λεπτόρρευστη πρώτη αδιαφάνεια· τήρηση κύκλων όπτησης (επανειλημμένες οπτήσεις ↑ ΣΘΔ).

Κριτήρια αξιολόγησης: