Λύσεις — Κεφάλαιο 5 (Ερωτήσεις σελ. 94) – ΟΔΟΝΤΟΤΕΧΝΙΚΑ ΥΛΙΚΑ Γ΄ ΕΠΑΛ
Λύσεις — Κεφάλαιο 5 (Ερωτήσεις σελ. 94)
Απαντήσεις στις 18 ερωτήσεις του κεφαλαίου 5 (η Q17 ενδεικτική σύνθεση).
Ερώτηση 1 — Τι είναι το πυρόχωμα
Ερώτηση: Τι ονομάζεται πυρόχωμα;
Απάντηση:
- Για να μετατραπεί το κέρινο πρότυπο σε μεταλλικό σκελετό πρέπει να καλυφθεί από ένα υλικό ανθεκτικό στη θερμοκρασία τήξης του κράματος, ώστε να δημιουργηθεί το καλούπι. Η κάλυψη του κέρινου προτύπου με το θερμοανθεκτικό υλικό ονομάζεται επένδυση και το υλικό που χρησιμοποιείται για την επένδυση ονομάζεται πυρόχωμα (σελ. 79). Τα πυροχώματα είναι θερμοανθεκτικά υλικά, που αποτελούνται βασικά από ορυκτές κρυσταλλικές ουσίες, κυκλοφορούν με τη μορφή λεπτόκοκκης ή χονδρόκοκκης σκόνης, ανακατεύονται με νερό σχηματίζοντας μάζες συμπαγείς και σκληρές, που δεν αλλοιώνονται από υψηλές θερμοκρασίες. Μετά την κρυστάλλωση του πυροχώματος, το κέρινο πρότυπο εξαερώνεται σε ειδικούς κλιβάνους και μέσα στο καλούπι δημιουργείται ο χώρος που θα καταλάβει το λιωμένο μέταλλο, δίνοντας μεταλλική κατασκευή όμοια με το κέρινο πρόπλασμα.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Το θερμοανθεκτικό υλικό επένδυσης του κέρινου προτύπου — σκόνη ορυκτών κρυσταλλικών ουσιών που με νερό σχηματίζει συμπαγή σκληρή μάζα ανθεκτική στις υψηλές θερμοκρασίες, δημιουργώντας το καλούπι της χύτευσης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση 2 — Ρόλος των πυροχωμάτων
Ερώτηση: Ποιος ο ρόλος των πυροχωμάτων;
Απάντηση:
- Ο ρόλος του πυροχώματος είναι τριπλός (σελ. 79-80): 1. Η δημιουργία του καλουπιού — καλύπτει το κέρινο πρότυπο (επένδυση)· μετά την εξαέρωση του κεριού μένει ο χώρος που θα καταλάβει το λιωμένο κράμα, ώστε η μεταλλική κατασκευή να είναι πιστό αντίγραφο του κέρινου προπλάσματος (λεία επιφάνεια, ακρίβεια λεπτομερειών). 2. Η αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες — να μη διασπάται, να μην αντιδρά με το κράμα, να αντέχει την πρόσκρουση του χυτευόμενου μετάλλου, επιτρέποντας παράλληλα τη διαφυγή των αερίων (πορώδες). 3. Η αντιρρόπηση της συστολής — «θα πρέπει να μπορεί να διαστέλλεται τόσο, όσο χρειάζεται για να αντιρροπηθεί η συστολή του κράματος κατά τη στερεοποίησή του καθώς και η συστολή του κεριού εξαιτίας των μεταβολών της θερμοκρασίας»· αλλιώς η μεταλλική κατασκευή θα ήταν πολύ μικρότερη από το ομοίωμα. Η δράση του: Συστολή κεριού (0,1-0,5 %) + Συστολή κράματος (1,25-2 %) = Διαστολή πυροχώματος (διαστολή πήξης + υγροσκοπική + θερμική). Επίσης χρησιμοποιείται ως εκμαγείο-φορέας στη συγκόλληση.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Δημιουργεί το καλούπι της χύτευσης (πιστό αντίγραφο του κέρινου προτύπου), αντέχει στις υψηλές θερμοκρασίες χωρίς να αντιδρά, και με τη διαστολή του (πήξης + υγροσκοπική + θερμική) αντιρροπεί τη συστολή κεριού και κράματος.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση 3 — Γιατί το πυρόχωμα διαστέλλεται
Ερώτηση: Γιατί το πυρόχωμα πρέπει να διαστέλλεται;
Απάντηση:
- Το πυρόχωμα, εκτός από τη δημιουργία του καλουπιού και την αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, πρέπει να μπορεί να διαστέλλεται τόσο όσο χρειάζεται για να αντιρροπηθεί η συστολή του κράματος κατά τη στερεοποίησή του, καθώς και η συστολή του κεριού εξαιτίας των μεταβολών της θερμοκρασίας (σελ. 80). Εάν δεν γίνει αυτό, η μεταλλική κατασκευή θα είναι κατά πολύ μικρότερη από το κέρινο ομοίωμα και δεν θα εφαρμόζει. Συγκεκριμένα, η συστολή που πρέπει να αντιρροπήσει είναι το άθροισμα της συστολής του κεριού (0,1-0,5 %) και της συστολής του κράματος (1,25-2 %) (Εικ. 5.1)· η δράση του δίνεται από την εξίσωση Συστολή κεριού + Συστολή κράματος = Διαστολή πυροχώματος (διαστολή πήξης + υγροσκοπική διαστολή + θερμική διαστολή). Γι' αυτό κάθε κράμα (με διαφορετικό συντελεστή θερμικής διαστολής και διάστημα τήξης) απαιτεί τον κατάλληλο τύπο πυροχώματος, και η αντιστάθμιση γίνεται είτε με τη θερμική διαστολή (1-2 %, τύπος I) είτε με την υγροσκοπική (τύπος II).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Για να αντιρροπήσει τη συστολή του κεριού (0,1-0,5 %) και του κράματος κατά τη στερεοποίηση (1,25-2 %) — αλλιώς το χυτό βγαίνει μικρότερο από το πρότυπο· διαστολή πήξης + υγροσκοπική + θερμική = άθροισμα συστολών.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση 4 — Ιδιότητες ιδανικού πυροχώματος
Ερώτηση: Ποιες είναι οι κυριότερες ιδιότητες, που πρέπει να έχει ένα πυρόχωμα;
Απάντηση:
- Ένα πυρόχωμα για οδοντιατρική χρήση πρέπει (σελ. 80-81): 1. Να δημιουργεί λεία επιφάνεια και να αναπαράγει με ακρίβεια τις λεπτομέρειες του κέρινου προτύπου. 2. Να μη διασπάται εύκολα σε υψηλές θερμοκρασίες, ώστε να μην απελευθερώνονται αέρια που διαβρώνουν την επιφάνεια του κράματος. 3. Να μην αντιδρά χημικά με το χυτευόμενο κράμα. 4. Να είναι αρκετά πορώδες και διαπερατό για τη διαφυγή των αερίων από το καλούπι — όχι όμως υπερβολικά (ανωμαλίες στην επιφάνεια του χυτού). 5. Να εμφανίζει διαστολή που αντισταθμίζει τη συστολή του κέρινου προτύπου και του μετάλλου. 6. Το κρυσταλλωμένο πυρόχωμα να έχει αρκετή αντοχή στους χειρισμούς (ιδιαίτερα για μερικές οδοντοστοιχίες). 7. Η εσωτερική επιφάνεια του καλουπιού να είναι ανθεκτική σε θερμοκρασία δωματίου και σε υψηλές θερμοκρασίες, ώστε να αντέχει την πρόσκρουση του κράματος και να μη ραγίζει. 8. Μετά τη χύτευση να απομακρύνεται εύκολα από το μέταλλο. 9. Να είναι φθηνό, γιατί το καλούπι καταστρέφεται. 10. Να είναι εύκολο στη χρήση και να πήζει σχετικά γρήγορα. Κανένα πυρόχωμα δεν καλύπτει ικανοποιητικά όλες τις προϋποθέσεις· για κάθε κράμα επιλέγεται ο τύπος που ανταποκρίνεται καλύτερα.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Λεία επιφάνεια-ακρίβεια· να μη διασπάται στη θέρμανση· να μην αντιδρά με το κράμα· πορώδες-διαπερατό (όχι υπερβολικά)· διαστολή αντιστάθμισης· αντοχή· ανθεκτική εσωτερική επιφάνεια χωρίς ρωγμές· εύκολη απομάκρυνση· φθηνό· εύχρηστο με γρήγορη πήξη.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση 5 — Σύσταση πυροχωμάτων
Ερώτηση: Ποια είναι η σύσταση των πυροχωμάτων;
Απάντηση:
- Τα σύγχρονα πυροχώματα είναι μείγματα τριών διαφορετικών ομάδων υλικών (σελ. 81): 1. Πυράντοχες ουσίες — μη μεταλλικές ουσίες με υψηλό σημείο τήξης και φυσικομηχανική σταθερότητα στις υψηλές θερμοκρασίες: οι κρυσταλλικές μορφές του διοξειδίου του πυριτίου (SiO₂), όπως ο χαλαζίας και ο χριστοβαλίτης — υπεύθυνες και για τη θερμική διαστολή. 2. Συνδετικές ουσίες — απαραίτητες για τον σχηματισμό συνεκτικής στερεής μάζας: κυρίως η γύψος (απλά πυροχώματα), αλλά και το πυριτικό νάτριο, το πυριτικό αιθύλιο, το φωσφορικό νάτριο, το θειικό αμμώνιο κ.ά. (ειδικά πυροχώματα). 3. Ρυθμιστικές ή επιπρόσθετες ουσίες — για βελτίωση των ιδιοτήτων: άνθρακας, βορικό οξύ, σκόνη χαλκού, θειικό κάλιο, χλωριούχο νάτριο κ.ά. (ρυθμίζουν χρόνο πήξης, διαστολή, αναγωγική ατμόσφαιρα). Παράδειγμα: στα απλά πυροχώματα γύψος 25-45 % (α-ημιένυδρη) + SiO₂ + βόρακας, θειικό νάτριο, NaCl/KCl/LiCl, χρωστικές· στα φωσφορικά SiO₂ 80 % + φωσφορικό μονο-αμμώνιο + MgO κ.λπ.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Τρεις ομάδες: πυράντοχες ουσίες (SiO₂ — χαλαζίας, χριστοβαλίτης), συνδετικές (γύψος, πυριτικό νάτριο/αιθύλιο, φωσφορικό νάτριο, θειικό αμμώνιο), ρυθμιστικές/επιπρόσθετες (άνθρακας, βορικό οξύ, σκόνη χαλκού, θειικό κάλιο, NaCl).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση 6 — Τύποι πυροχωμάτων
Ερώτηση: Σε ποιους τύπους διακρίνονται τα πυροχώματα;
Απάντηση:
- Τα πυροχώματα διακρίνονται, με βάση κυρίως τη συνδετική ουσία, στους τύπους (σελ. 81-82): 1. Απλά πυροχώματα — αυτά που περιέχουν γύψο ως συνδετική ουσία (πυροχώματα γύψου)· για κράματα χαμηλού σημείου τήξης (χρυσοκράματα, Cr-Co < 1300 °C), θέρμανση ως 700 °C. 2. Ειδικά πυροχώματα — δεν περιέχουν γύψο ως συνδετική ουσία, γι' αυτό είναι πιο θερμοανθεκτικά: α) φωσφορικού τύπου (συνδετική φωσφορικό μονο-αμμώνιο + MgO → εναμμώνιο φωσφορικό μαγνήσιο· > 750 °C· για χρυσοκράματα υψηλού διαστήματος τήξης, Ag-Pd, βασικά κράματα) και β) πυριτικού τύπου (συνδετική κολλοειδές πυρίτιο σε gel· κράματα 1100-1200 °C, κυρίως Cr-Co). 3. Πυροχώματα για συγκόλληση — παρόμοια με τα απλά (χαλαζίας + γύψος), με μικρότερη διαστολή και μεγαλύτερο πορώδες. Οι τύποι διαφέρουν στις ιδιότητες και τις χρήσεις τους.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Απλά (συνδετική γύψος)· ειδικά χωρίς γύψο — φωσφορικού τύπου και πυριτικού τύπου· πυροχώματα για συγκόλληση.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση 7 — Παράγοντες φυσικής διαστολής
Ερώτηση: Ποιοι παράγοντες επηρεάζουν τη φυσική διαστολή των πυροχωμάτων από γύψο;
Απάντηση:
- Η διαστολή πήξης ή φυσική διαστολή του απλού πυροχώματος (οφείλεται στην πήξη της γύψου) παίρνει τιμές 0,3-0,5 % κατ' όγκο και δεν πρέπει να ξεπερνά το 0,5 % (ADA)· τα σύγχρονα ως 0,4 % (Εικ. 5.2). Την επηρεάζουν (σελ. 83): 1. Ο χρόνος μίξης — αύξηση του χρόνου αυξάνει τη διαστολή. 2. Η σχέση νερού-σκόνης — όσο περισσότερο νερό χρησιμοποιείται, τόσο μικρότερη η διαστολή πήξης. 3. Η χρήση ρυθμιστικών ουσιών — μπορεί να αυξήσει τη διαστολή. 4. Το πάχος και το είδος του κεριού (το κέρινο πρότυπο αντιστέκεται στη διαστολή). 5. Ο τρόπος ανάμιξης — η φυσική διαστολή μειώνεται σημαντικά όταν η επεξεργασία γίνει σε κενό αέρος (vacuum). (Ο χρόνος πήξης, 5-25 min, επηρεάζεται από αναλογία νερού, θερμοκρασία νερού, τρόπο ανάμιξης, ποσότητα γύψου.)
Σύνοψη: (ενδεικτική) Χρόνος μίξης (αύξηση → αύξηση), αναλογία νερού-σκόνης (περισσότερο νερό → μικρότερη), ρυθμιστικές ουσίες (αύξηση), πάχος-είδος κεριού, τρόπος ανάμιξης (σε κενό → σημαντική μείωση)· τιμές 0,3-0,5 %.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση 8 — Παράγοντες υγροσκοπικής διαστολής
Ερώτηση: Ποιοι παράγοντες επηρεάζουν την υγροσκοπική διαστολή των πυροχωμάτων από γύψο;
Απάντηση:
- Υγροσκοπική διαστολή πήξης είναι η γραμμική διαστολή που εμφανίζει το πυρόχωμα όταν κατά την κρυστάλλωσή του έρθει σε επαφή με νερό — δακτύλιος σε υδατόλουτρο μετά την επένδυση ή ενστάλαξη νερού στην ελεύθερη επιφάνεια· κατά ADA πρέπει να είναι 1,2-2,2 % (σελ. 83-84). Κυριότεροι παράγοντες: 1. Η σύνθεση του πυροχώματος. 2. Η αναλογία νερού-σκόνης — η αύξηση του νερού μειώνει το ποσοστό της υγροσκοπικής διαστολής. 3. Η ηλικία του πυροχώματος — όσο πιο παλιό, τόσο μικρότερη η διαστολή. 4. Ο χρόνος ανάμιξης — αύξηση του χρόνου αυξάνει την υγροσκοπική διαστολή. 5. Ο χρόνος εμβύθισης στο υδατόλουτρο — η διαστολή αυξάνεται αν το πυρόχωμα έρθει σε επαφή με το νερό πριν αρχίσει η κρυστάλλωση ή μέχρι να χάσει τη γυαλάδα του. Η γύψος δεν είναι απαραίτητη για την υγροσκοπική διαστολή (παρατηρείται και σε πυροχώματα χωρίς γύψο): το νερό έλκεται γύρω από τα μόρια του SiO₂ και προκαλεί διαχωρισμό τους. Επειδή εξαρτάται από πολλούς αστάθμητους παράγοντες, η χρήση της στα οδοντιατρικά χυτά αμφισβητείται.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Σύνθεση, αναλογία νερού-σκόνης (περισσότερο νερό → μείωση), ηλικία πυροχώματος (παλιό → μικρότερη), χρόνος ανάμιξης (αύξηση → αύξηση), χρόνος-στιγμή εμβύθισης (πριν την κρυστάλλωση → αύξηση)· ADA 1,2-2,2 %· αμφισβητούμενη λόγω αστάθμητων παραγόντων.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση 9 — Παράγοντες θερμικής διαστολής
Ερώτηση: Ποιοι παράγοντες επιδρούν στη θερμική διαστολή του πυροχώματος από γύψο;
Απάντηση:
- Θερμική διαστολή είναι η γραμμική διαστολή που υφίσταται το πυρόχωμα όταν θερμανθεί μέχρι τη θερμοκρασία χύτευσης· οφείλεται αποκλειστικά στα θερμοανθεκτικά συστατικά, δηλαδή στο SiO₂, είναι η πιο σημαντική διαστολή (0,5-2 %) και γίνεται σε θερμοκρασία όχι πάνω από 700 °C (πάνω από αυτήν η γύψος διασπάται απελευθερώνοντας θειούχα αέρια που προσβάλλουν τα χρυσοκράματα)· στη θέρμανση η γύψος συστέλλεται και το SiO₂ διαστέλλεται, οπότε η διαστολή του πυριτίου πρέπει να αντιρροπεί τη συστολή της γύψου (σελ. 84-85). Επιδρούν: 1. Η ποσότητα του πυριτίου — όσο αυξάνεται, αυξάνεται η θερμική διαστολή. 2. Η μορφή του πυριτίου — τη μεγαλύτερη διαστολή εμφανίζει ο χριστοβαλίτης, μετά ο χαλαζίας και τελευταίος ο τριδυμίτης. 3. Τα χημικά πρόσθετα — μικρές ποσότητες χλωριούχου νατρίου, λιθίου ή καλίου αυξάνουν τη θερμική διαστολή· επίσης το βορικό οξύ την αυξάνει, προκαλεί όμως αδρότητα στην επιφάνεια των χυτών. 4. Η αναλογία νερού-σκόνης — ο λεπτόρρευστος πολτός μικραίνει τη θερμική διαστολή, γι' αυτό τηρούνται σχολαστικά οι αναλογίες του κατασκευαστή.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ποσότητα SiO₂ (αύξηση), μορφή SiO₂ (χριστοβαλίτης > χαλαζίας > τριδυμίτης), χημικά πρόσθετα (NaCl, LiCl, KCl, βορικό οξύ αυξάνουν), αναλογία νερού-σκόνης (λεπτόρρευστος πολτός μειώνει)· 0,5-2 % ως 700 °C.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση 10 — Παράγοντες αντοχής στη θλίψη
Ερώτηση: Από ποιους παράγοντες εξαρτάται η θλίψη των πυροχωμάτων από γύψο;
Απάντηση:
- Δύο ώρες μετά την πήξη η δύναμη για τη θλίψη του πυροχώματος δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 24,86×10⁵ N/m² (σελ. 85-86). Η αντοχή στη θλίψη εξαρτάται από: 1. Την αναλογία νερού-σκόνης — η μεγάλη ποσότητα νερού μειώνει την αντοχή. 2. Τη θερμοκρασία θέρμανσης του πυροχώματος. 3. Την απόψυξη — πυρόχωμα που αποψύχθηκε έχει μειωμένη αντοχή λόγω των μικροσκοπικών ρωγμώσεων στη μάζα του. 4. Το χλωριούχο νάτριο — τα πυροχώματα που το περιέχουν έχουν ελαττωμένη αντοχή όταν θερμαίνονται στους 700 °C. 5. Τον τύπο και την ποσότητα της συνδετικής ουσίας — η προσθήκη α- αντί β-ημιένυδρης γύψου αυξάνει πολύ την αντοχή, και η ποσότητα της γύψου δεν πρέπει να είναι κάτω από 15 %. Προσοχή: η αντοχή στη θλίψη δεν πρέπει να είναι πολύ μεγάλη, γιατί υπάρχει φόβος καταστροφής του χυτού κατά την ψύξη του λιωμένου κράματος (στρέβλωση ή ράγισμα).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Αναλογία νερού-σκόνης (πολύ νερό → μείωση), θερμοκρασία θέρμανσης, απόψυξη (μικρορωγμές → μείωση), NaCl (μείωση στους 700 °C), τύπος-ποσότητα συνδετικής (α-ημιένυδρη ↑, γύψος ≥ 15 %)· όχι υπερβολική αντοχή (στρέβλωση-ράγισμα χυτού).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση 11 — Αποθήκευση πυροχωμάτων
Ερώτηση: Τι γνωρίζετε για την αποθήκευση των πυροχωμάτων;
Απάντηση:
- Η αποθήκευση πρέπει να γίνεται σε αεροστεγή δοχεία, γιατί η υγρασία του περιβάλλοντος επιδρά δυσμενώς στο πυρόχωμα (η γύψος και οι άλλες συνδετικές απορροφούν υγρασία — μεταβολή χρόνου πήξης, διαστολής, αντοχής). Τα δοχεία πρέπει να ανοίγονται για όσο το δυνατόν μικρότερο διάστημα. Επίσης, τα συστατικά του πυροχώματος έχουν διαφορετικό ειδικό βάρος, με αποτέλεσμα τα βαρύτερα να καθιζάνουν· αυτό, σε ένα παλιό πυρόχωμα, έχει αρνητική επίδραση στις ιδιότητές του (ανομοιογένεια, μικρότερη υγροσκοπική διαστολή στα παλιά πυροχώματα). Γι' αυτό το πυρόχωμα πρέπει να αγοράζεται σε μικρές ποσότητες (σελ. 86). Αντίθετα, τα πυριτικού τύπου δεν έχουν πρόβλημα αποθήκευσης όσον αφορά τα υγρά που συνοδεύουν τη σκόνη — έχουν πολύ μεγάλο χρόνο αποθήκευσης (σελ. 90).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Αεροστεγή δοχεία (η υγρασία βλάπτει), ανοιχτά για ελάχιστο χρόνο, καθίζηση των βαρύτερων συστατικών σε παλιό πυρόχωμα → αγορά σε μικρές ποσότητες· τα πυριτικού τύπου έχουν μεγάλο χρόνο αποθήκευσης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση 12 — Σύνθεση φωσφορικών πυροχωμάτων
Ερώτηση: Ποια είναι η σύνθεση των πυροχωμάτων φωσφορικού τύπου;
Απάντηση:
- Τα πυροχώματα φωσφορικού τύπου αντέχουν σε θερμοκρασίες πάνω από 750 °C και διαφέρουν από τα απλά στη συνδετική ουσία, που τα κάνει πιο θερμοανθεκτικά (σελ. 86-87). Σύνθεση: 1. Πυριάντοχα (πυράντοχα) συστατικά — οι αλλοτροπικές μορφές του πυριτίου, χαλαζίας και χριστοβαλίτης, σε ποσοστό 80 %. 2. Συνδετική ουσία — πυριτικό νάτριο, πυριτικό αιθύλιο, θειικό αμμώνιο, φωσφορικό νάτριο, φωσφορικό αμμώνιο· συνήθως το φωσφορικό μονο-αμμώνιο, που είναι θερμοανθεκτικό και ενσωματώνεται στη σκόνη· με την ανάμιξη (νερό ή κολλοειδές πυριτικό εναιώρημα) αντιδρά με το οξείδιο του μαγνησίου (MgO): NH₄·H₂PO₄ + MgO + 5H₂O → NH₄MgPO₄ + 6H₂O + θερμότητα — το εναμμώνιο φωσφορικό μαγνήσιο δρα ως συνδετική ουσία και δίνει ικανοποιητική αντοχή· στη θέρμανση αντιδρά με το πυρίτιο δίνοντας φωσφορικό μαγνήσιο, MgO και αναλλοίωτο χαλαζία-χριστοβαλίτη. 3. Διάφορες χημικές ουσίες — χλωριούχο νάτριο, βορικό οξύ, θειικό κάλιο, σκόνη χαλκού και οξείδιο του μαγνησίου, που επιταχύνουν ή επιβραδύνουν τις αντιδράσεις πήξης. Σε ορισμένα προστίθεται γραφίτης, που δημιουργεί αναγωγική ατμόσφαιρα και δίνει καθαρά χυτά (ιδίως χρυσού) — στα κράματα Ag-Pd όμως ο άνθρακας επηρεάζει δυσμενώς.
Σύνοψη: (ενδεικτική) SiO₂ (χαλαζίας-χριστοβαλίτης) 80 %· συνδετική συνήθως φωσφορικό μονο-αμμώνιο που με MgO σχηματίζει εναμμώνιο φωσφορικό μαγνήσιο (NH₄MgPO₄)· χημικά πρόσθετα (NaCl, βορικό οξύ, K₂SO₄, σκόνη Cu, MgO)· σε ορισμένα γραφίτης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση 13 — Χρόνος πήξης φωσφορικών
Ερώτηση: Από τι επηρεάζεται ο χρόνος πήξης των πυροχωμάτων φωσφορικού τύπου;
Απάντηση:
- Ο χρόνος πήξης επηρεάζεται από τον χρόνο ανάμιξης, τη θερμοκρασία του υγρού, την αναλογία υγρού-σκόνης, αλλά και από τον τρόπο ανάμιξης της σκόνης με το υγρό (σελ. 88). Ο τρόπος ανάμιξης έχει σημασία και για την ακρίβεια των λεπτομερειών και τη δημιουργία λείων επιφανειών στα χυτά· γι' αυτό τα πυροχώματα αυτά πρέπει να αναμιγνύονται για αρκετό χρόνο με μηχανικό αναμικτήρα σε κενό αέρος, ώστε να γίνεται σωστή χημική αντίδραση (πλήρης συσσωμάτωση σκόνης-υγρού) και παράλληλα να διαφεύγουν τα αέρια προϊόντα της αντίδρασης, για να μη δημιουργούνται ανώμαλες επιφάνειες — με τη μηχανική ανάμιξη επιτυγχάνουμε γρήγορη πήξη, μεγαλύτερη διαστολή και λείες επιφάνειες. Επιπλέον συστήνονται μικρότεροι δακτύλιοι με λίγα κέρινα ομοιώματα (σε μεγάλους αυξάνεται υπερβολικά η θερμοκρασία — εξώθερμη αντίδραση — με προβλήματα στα κεριά) και δόνηση μικρής διάρκειας στο γέμισμα (αλλιώς διαχωρισμός των κόκκων και ανώμαλες επιφάνειες).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Από τον χρόνο ανάμιξης, τη θερμοκρασία του υγρού, την αναλογία υγρού-σκόνης και τον τρόπο ανάμιξης — συνιστάται μηχανικός αναμικτήρας σε κενό για αρκετό χρόνο (γρήγορη πήξη, μεγαλύτερη διαστολή, λείες επιφάνειες)· μικροί δακτύλιοι, σύντομη δόνηση.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση 14 — Πόρωση φωσφορικών πυροχωμάτων
Ερώτηση: Τι γνωρίζετε για την πόρωση των πυροχωμάτων φωσφορικού τύπου;
Απάντηση:
- Τα πυροχώματα φωσφορικού τύπου δίνουν συνήθως λιγότερους πόρους, πιθανόν επειδή η αντίδραση της πήξης συνεχίζεται όσο αυτά θερμαίνονται και έτσι τα κενά μεταξύ των κόκκων του πυριτίου καλύπτονται από πυριτιοφωσφορικές ενώσεις (σελ. 89). Η μειωμένη αυτή πόρωση όμως σημαίνει δυσκολία διαφυγής του αέρα από το καλούπι κατά τη χύτευση· γι' αυτό απαιτούν τη χρήση ειδικών αγωγών εξαέρωσης πριν από την επένδυση του κέρινου ομοιώματος με πυρόχωμα. Η δημιουργία των πυριτιοφωσφορικών ενώσεων προσδίδει επίσης στα πυροχώματα αυτά μεγάλη αντοχή, ώστε να μπορούν να χυτευθούν κράματα βασικών μετάλλων (Cr-Co, Cr-Ni), που εμφανίζουν μεγαλύτερη διαστολή από τα χρυσοκράματα.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Λιγότεροι πόροι (η πήξη συνεχίζεται στη θέρμανση και πυριτιοφωσφορικές ενώσεις καλύπτουν τα κενά) → δύσκολη διαφυγή αέρα → απαραίτητοι ειδικοί αγωγοί εξαέρωσης· οι ενώσεις αυτές δίνουν και μεγάλη αντοχή.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση 15 — Σύνθεση πυριτικών πυροχωμάτων
Ερώτηση: Τι γνωρίζετε για τη σύνθεση των πυροχωμάτων πυριτικού τύπου;
Απάντηση:
- Τα πυροχώματα πυριτικού τύπου (όπως και τα φωσφορικά) διαφέρουν στη συνδετική ουσία, που τα κάνει ανθεκτικότερα σε υψηλές θερμοκρασίες· σε αυτά χυτεύονται κράματα με θερμοκρασία τήξης 1100-1200 °C, κυρίως κράματα βασικών μετάλλων (Cr-Co) (σελ. 89-90). Σύνθεση: διοξείδιο του πυριτίου (SiO₂) στις αλλοτροπικές του μορφές (χαλαζίας, χριστοβαλίτης), συνδετική ουσία λιγότερη από 20 % και διάφορες χημικές ουσίες. Η συνδετική ουσία είναι κολλοειδής μορφή του πυριτίου σε κατάσταση πηκτής (gel): το κολλοειδές πυρίτιο μεταπίπτει από την υγρή κατάσταση (sol) στη μορφή πηκτής (gel) σε θερμοκρασία δωματίου και έτσι γίνεται η πήξη· τα κολλοειδή διαλύματα σχηματίζονται από πυριτικό νάτριο ή αιθυλικό πυρίτιο. Στο μίγμα προστίθεται οξείδιο του μαγνησίου (0,5 %) για μεγαλύτερη αντοχή και, επειδή ο σχηματισμός της πηκτής είναι αργός, αμίνες όπως η πιπεριδίνη για ταχύτερη πήξη. Το gel αφυδατώνεται κάτω από 168 °C με ογκομετρική «πράσινη» συστολή, στους 675 °C μετατρέπεται σε πυρίτιο (τρίτη συστολή)· οι συστολές αντιρροπούνται από τη θερμική διαστολή του SiO₂ ως τους 800 °C και από τις αμίνες. Έχουν πολύ μεγάλο χρόνο αποθήκευσης.
Σύνοψη: (ενδεικτική) SiO₂ (χαλαζίας-χριστοβαλίτης) + συνδετική < 20 % = κολλοειδές πυρίτιο σε gel (από πυριτικό νάτριο ή αιθυλικό πυρίτιο, sol → gel σε θερμοκρασία δωματίου) + MgO 0,5 % + αμίνες (πιπεριδίνη) για ταχύτερη πήξη· για κράματα Cr-Co 1100-1200 °C.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση 16 — Παράγοντες επιλογής πυροχώματος
Ερώτηση: Ποιοι παράγοντες θα πρέπει να λαμβάνονται υπ’ όψιν κατά την επιλογή του πυροχώματος;
Απάντηση:
- Κατά την επιλογή λαμβάνονται υπόψη (σελ. 91-92): 1. Το είδος του κράματος που θα χρησιμοποιηθεί (διάστημα τήξης, συντελεστής θερμικής διαστολής). 2. Η τεχνική που θα ακολουθηθεί. 3. Το είδος του χυτού. Σημαντικό στοιχείο είναι ο τρόπος αντιστάθμισης της συστολής του κράματος: με τη θερμική διαστολή του πυροχώματος (θερμική διαστολή 1-2 %, τύπος I της ADA Sp. No 2) ή με την υγροσκοπική διαστολή (πυρόχωμα με μικρή θερμική διαστολή 0-0,6 %, τύπος II). Αντιστοιχίες: για χρυσοκράματα χαμηλού θερμοκρασιακού διαστήματος τήξης απλά πυροχώματα, για χρυσοκράματα υψηλού διαστήματος φωσφορικού τύπου· για κράματα αργύρου-παλλαδίου υψηλού διαστήματος φωσφορικά· για κράματα βασικών μετάλλων (Cr-Co-Ni) πυριτικού τύπου και μερικά φωσφορικά (ανθεκτικά σε υψηλές θερμοκρασίες). Για Ag-Pd και βασικά κράματα το πυρόχωμα δεν πρέπει να περιέχει γραφίτη, γιατί μπορεί να προκύψουν προβλήματα στον δεσμό με την πορσελάνη ή να επηρεαστούν αρνητικά οι μηχανικές ιδιότητες.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Είδος κράματος, τεχνική, είδος χυτού· τρόπος αντιστάθμισης (θερμική 1-2 % τύπος I ή υγροσκοπική 0-0,6 % τύπος II)· χρυσοκράματα χαμηλής τήξης → απλά, υψηλής → φωσφορικά· Ag-Pd → φωσφορικά· βασικά → πυριτικά/φωσφορικά· Ag-Pd και βασικά χωρίς γραφίτη.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση 17 — Προετοιμασία δακτυλίου πυράκτωσης
Ερώτηση: Τι περιλαμβάνει η προετοιμασία του δακτυλίου πυράκτωσης;
Απάντηση:
- Το βιβλίο δεν περιγράφει σε ξεχωριστή παράγραφο την προετοιμασία του δακτυλίου· η απάντηση συντίθεται από τα στοιχεία των § 5.1-5.6 και την εργαστηριακή πρακτική (ενδεικτική):
- 1. Επιλογή δακτυλίου: μικρού μεγέθους με λίγα κέρινα ομοιώματα, γιατί σε μεγάλους δακτυλίους με πολλά ομοιώματα η εξώθερμη πήξη ανεβάζει υπερβολικά τη θερμοκρασία και προκαλεί προβλήματα στα κεριά (σελ. 88). 2. Εσωτερική επένδυση του δακτυλίου με ειδικό πυρίμαχο χαρτί (liner), που διαβρέχεται με νερό: επιτρέπει στο πυρόχωμα να διασταλεί ελεύθερα προς τα πλάγια (η μεταλλική επιφάνεια θα εμπόδιζε τη διαστολή) και τροφοδοτεί την υγροσκοπική διαστολή. 3. Τοποθέτηση του κέρινου προτύπου με τους αγωγούς χύτευσης στη βάση (χοάνη) του δακτυλίου, στο σωστό ύψος και θέση (όχι κοντά στα τοιχώματα ή την κορυφή), και για τα φωσφορικά πυροχώματα προσθήκη ειδικών αγωγών εξαέρωσης λόγω της μικρής πόρωσης (σελ. 89). 4. Καθαρισμός και διαβροχή του κέρινου προτύπου — επάλειψη ή ψεκασμός με διάλυμα σαπουνιού (υγρό μείωσης επιφανειακής τάσης) για καλή διαβροχή από το πυρόχωμα, ώστε να μη μείνουν φυσαλίδες-κοκκώδεις ατέλειες στο χυτό (σελ. 34, 98). 5. Ανάμιξη του πυροχώματος με την ακριβή αναλογία υγρού-σκόνης του κατασκευαστή σε μηχανικό αναδευτήρα με κενό (σελ. 88). 6. Γέμισμα του δακτυλίου πάνω σε δονητή, με μικρής διάρκειας δόνηση (μεγάλη δόνηση διαχωρίζει τους κόκκους → ανώμαλες επιφάνειες), αρχίζοντας με πινέλο από τις λεπτομέρειες του προτύπου. 7. Πήξη απείραχτη (και υδατόλουτρο 38 °C 30-45 min αν εφαρμόζεται υγροσκοπική διαστολή, σελ. 88), αφαίρεση της βάσης-χοάνης, και μετά θέρμανση στον κλίβανο (εξαέρωση κεριού, θερμική διαστολή — απλά ως 700 °C) και άμεση χύτευση χωρίς απόψυξη-αναθέρμανση (σελ. 85).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ενδεικτικά: μικρός δακτύλιος, εσωτερική πυρίμαχη επένδυση (liner) διαβρεγμένη, τοποθέτηση προτύπου-αγωγών (+ αγωγοί εξαέρωσης στα φωσφορικά), διαβροχή του κεριού με διάλυμα σαπουνιού, ανάμιξη πυροχώματος σε κενό με σωστή αναλογία, γέμισμα με σύντομη δόνηση, πήξη απείραχτη και θέρμανση-χύτευση χωρίς απόψυξη.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ενδεικτική σύνθεση — το βιβλίο δεν έχει ξεχωριστή παράγραφο.
Ερώτηση 18 — Πλεονεκτήματα μηχανικής ανάμιξης σε κενό
Ερώτηση: Ποια τα πλεονεκτήματα από την ανάμειξη των πυροχωμάτων σε μηχανικό αναδευτήρα με κενό αέρα;
Απάντηση:
- Κατά το βιβλίο (σελ. 83, 88): η ανάμιξη των πυροχωμάτων με μηχανικό αναμικτήρα σε κενό αέρος για αρκετό χρόνο εξασφαλίζει 1. σωστή χημική αντίδραση — πλήρη συσσωμάτωση σκόνης-υγρού (ομοιογενής μάζα), 2. διαφυγή των αέριων προϊόντων της αντίδρασης και του εγκλωβισμένου αέρα, ώστε να μη δημιουργούνται ανώμαλες επιφάνειες και φυσαλίδες στα χυτά, 3. γρήγορη πήξη, 4. μεγαλύτερη (και ελεγχόμενη) διαστολή και 5. λείες επιφάνειες των χυτών με ακρίβεια λεπτομερειών. Στα απλά πυροχώματα σημειώνεται ότι η επεξεργασία σε κενό μειώνει σημαντικά τη φυσική διαστολή πήξης, κάνοντάς την πιο προβλέψιμη. Αντίστοιχα οφέλη έχει η μηχανική ανάμιξη σε κενό και για τη γύψο (ομοιογενές μίγμα, λιγότερες φυσαλίδες, καλύτερες μηχανικές ιδιότητες).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Πλήρης συσσωμάτωση σκόνης-υγρού (ομοιογένεια), διαφυγή αερίων-αέρα χωρίς φυσαλίδες, γρήγορη πήξη, μεγαλύτερη-ελεγχόμενη διαστολή, λείες ακριβείς επιφάνειες χυτών.
Κριτήρια αξιολόγησης:
