Keramika
Straipsnis iš OdontologijaWiki.
Keramika yra metalinių ir nemetalinių cheminių elementų junginiai, susidedanti iš oksidų, nitridų bei silikatų. Keramikinės medžiagos gali būti kaip kristalinės, taip ir amorfinės. Amorfinės keramikinės medžiagos yra vadinamos stiklais.
Odontologijoje keramika naudojama ne tik keramikinėm restauracijom, bet ir įeina į kompozitų, stiklojonomerinių cementų bei formavimo medžiagų sudėtį.
Daugelio keramikinių medžiagų pagrindu yra silicio dioksidas, SiO2. Nors cheminė šios medžiagos formulė yra gana paprasta, pati medžiaga yra labai polimorfiška. Kaip kristalinė medžiaga, silicio dioksidas gali būti kvarco, tridimido ir kristobalito pavidale, stiklo pavidalo silicio dioksidas yra sukietėjęs lydytas SiO2.
Turinys |
Kristalinės keramikinės medžiagos (kristalai)
Kristalų pereinamosios būsenos
Šildomas kietas kūnas patiria tam tikrus struktūros pokyčius, kurių lengviausiai pastebimas yra lydimasis. Šildoma kristalinė medžiaga tolygiai plečiasi, kristalinio lydimosi taške įvyksta staigus medžiagos tūrio padidėjimas (Pav. Perėjimo nuo kieto kūno prie skysčio grafikas). Grafike matomas tolygus kieto kristalinio kūno tūrio didėjimas šildymo metu ir staigus tūrio pokytis, pasiekus lydimosi temperatūrą. Pereinant iš kieto kristalinio kūno būsenos į skystą būseną, vyksta struktūriniai pokyčiai, tokie, kaip perėjimas nuo tvarkingos tankios kristalinės gardelės prie chaotiškos skysčio strukrūros. Iš čia akivaizdu, kodėl kristalinio kieto kūno turis padidėja jam išsilydžius.
Silicio dioksidas turi gana sudėtingą jo struktūros didėjant temperatūrai grafiką (Pav. Silicio dioksido kristaliniai virsmai kylant temperatūrai). Kambario temperatūroje silicio dioksidas yra kvarco pavidalu, temperatūrai pasiekus 870°C , jis virsta tridimidu, pastarasis, savo ruožtu, 1470°C temperatūroje virsta kristobalitu, kuris lydosi pasiekus 1713°C. Tokiu atveju, pagal staigų tūrio pokytį galima nustatyti ne tik kieto kristalinio kūno virtimą skysčiu, bet ir vienos kietos kristalinės formos virtima kita kieta kristaline forma.
Amorfinės keramikinės medžiagos (stiklai)
Atomai, būdami taisyklingos formos, stengiasi sudaryti tvarkingas struktūras. Molekulės, kurių struktūra yra sudėtingesnė, tvarkingai išsidėstyti erdvėje ne visada gali, todėl yra didesnė tikimybė, jog susidarys ne kristalinė medžiaga, o stiklas. Tam, kad susidarytų kristalai, reikalingas kristalizacijos centras. Kristalizacijos centrais paprastai būna priemaišų dalelės, tokios, kaip dulkių dalelės. Taigi, jei medžiaga turi savybę sudaryti kristalines medžiagas, jos kristalizaciją nulems priemaišų dalelės.
Stiklų pereinamosios būsenos
Šildant amorfines kietas medžiagas, tokias, kaip stiklas, tokio staigaus perėjimo nuo kieto kūno prie skysčio, kaip kristalinėse medžiagose, nėra. Vietoje staigaus perėjimo amorfinėms medžiagoms pasiekus tam tikrą temperatūrą, vadinamą stiklėjimo temperatūra, pakis tūrio didėjimo greitis. Grafike tai atsispindės kaip tūrio pokyčio nuo temperatūros priklausomybės kreivės (tiesės) polinkio pakitimas (Pav. Amorfinės medžiagos tūrio pokytis priklausomai nuo temperatūros).
Silicio dioksidas gali sudaryti ir stiklus, ir kristalines medžiagas (Pav. Amorfinių ir kristalinių medžiagų virsmai, priklausomai nuo temperatūros). Silicio dioksidui vėstant ir prasidėjus medžiagos kristalizacijai, tam tikru momentu skystis taps kietu kristaliniu kūnu, jo tūris staigiai sumažės, toliau tūrio mažėjimas vyks palaipsniui dėl terminio kieto kūno susitraukimo. Jei kristalizacijos, pasiekus lydimosi temperatūrą, neįvyks, medžiaga ir toliau trauksis pastoviu greiciu, kurį sudarys traukimasis dėl naujų tankesnių konfigūracijų susidarymo bei dėl terminio susitraukimo. Įdomu tai, kad atkarpa nuo medžiagos lydimosi temperatūros iki medžiagos stiklėjimo temperatūros suteikia galimybę nesusikristalizavusiam silicio dioksidui būti peršaldyto skysčio būsenoje. Žemesnėje, nei stiklavimosi temperatūroje, peršaldytas skystis virsta stiklu ir tolimesnis jo tūrio mažėjimas krentant temperatūrai yra siejamas tik su terminiu susitraukimu.
Ir kas gi įvyksta stiklėjimo temperatūroje su peršaldytu skysčiu? Skystis tampa labai klampus, tad konfigūraciniai pokyčiai jau nebegali toliau tęstis, todėl skystis tarsi sustingsta. Tai įvyksta ne pasiekus tam tikrą temperatūrą, bet kelių dešimčių laipsnių diapazone, kuris atitinka raudonosios kreives sulinkimo sritį.
Peršaldytas skystis, atšaldytas labiau, nei stiklėjimo temperatūra, tampa stiklu. Visiems stiklams būdinga tai, jog jie yra tokio paties klampumo, nors ir stiklėjimo temperatūros labai skirtingos įvairioms medžiagoms. Stiklėjimo temperatūroje su peršaldytu kūnu nevyksta jokiu struktūrinių pokyčių, keičiasi tik molekulių konfigūracija. Molekulių konfigūracija labai nežymiai kinta ir žemesnėje, nei stiklėjimo temperatūroje, tačiau itin didelis klampumas neleidžia procesams vykti tokiu greičiu, kaip skystyje.
Kyla klausimas, kaip numatyti, kas įvyks su išlydyta medžiaga, jai atšalus iki lydimosi temperatūros ir kas nulems, ar medžiaga kristalizuosis ar stiklės? Kadangi kristalizacijai reikalingas gana didelis erdvinis molekulių persitvarkymas bei kristalizacijos centro buvimas, greitas išlydytos medžiagos atšaldymas, greičiausiai, nulems stiklo susidarymą.
Stiklus sudarantys komponentai
Silicio dioksidas yra medžiaga, kuri gali būti kaip kristalinio kieto kūno, taip ir stiklo pavidale. Kristalinė silicio dioksido forma, arba kristobalitas, pasižymi tetraedriniu išsidėstymu. Jei žiūrėti į šios medžiagos supaprastintą plokštuminę struktūrą, galima matyti, kad medžiaga yra homogeniška dėl tolygaus atomų išsidėstymo (Pav. Kristobalito (kristalinio silicio dioksido) supaprastinta struktūrinė schema). Silicio dioksidą lydant ir greitai jį vėsinant, susidaro amorfinė medžiaga, vadinama lydytu kvarcu, kurios plokštuminė supaprastinta struktūra yra nehomogeniška (Pav. Lydyto kvarco supaprastinta struktūrinė schema).
Devitrifikacija
Devitrifikacija yra procesas, kurio metu stiklas ima kristalizuotis (vitrifikacija yra stiklo susidarymo procesas). Stiklų gamybos metu juose gali atsirasti nedidelis kristalų kiekis, tačiau pastarieji auga labai lėtai. Stiklą ilgai laikant aukštoje temperatūroje, gali prasidėti devitrifikacijos procesas. Jo metu stiklas tampa ne toks skaidrus, nes persigrupuoja atskiros molekulės ir kristalai ima atspindėti dalį krintančios šviesos. Šis prosesas yra stiklokeramikinių medžiagų gavimo pagrindu.
Odontologijoje naudojama keramika
- Plačiau: Odontologinė keramika
Sudėtis
Pati pirma keramika, naudojama odontologijoje, buvo kaolino, lauko špato ir kvarco mišinys (Pav. Kaolino, lauko špato ir kvarco pagrindu pagamintų dirbinių scheminis išsidėstymas). Šiuolaikinės odontologinės medžiagos, kaip matyti iš schemos, neturi savo sudėtyje kaolino, ir yra tik lauko špato ir kvarco mišinys. Kaolinas yra vandeninis aliumosilikatas, kuris veikia kaip rišanti medžiaga, kuri leidžia modeliuoti neišdegtą keramiką. Jis neskaidrus ir net nedideliais kiekiais priduoda keramikinei masei opakeriškumą.
Kvarcas lieka nepakitęs kepimo proceso metu ir veikia kaip sutvirtinantis komponentas.
Lauko špatai yra natrio ir kalio aliumosilikatų mišiniai (Na2O*Al2O3*6SiO2 ir K2O*Al2O3*6SiO2). Nuo sudėtinių dalių santykio priklauso lauko špato savybės; potašas (K2O) didina išsilydžiusio stiklo klampumą, kas svarbu, norint neprarasti keramininės konstrukcijos formų jos kepimo metu, soda (Na2O) žemina lauko špato lydimosi temperatūrą.
Gamyba
Dantų technikų laboratorijose naudojama keramika nėra paprastas aukščiau nurodytų medžiagų mišinys. Gamykloje prie minėtų medžiagų mišinio pridedamos dar kelios medžiagos, gautas naujas mišinys kaitinamas iki išsilydimo ir talpinamas į vandenį. Dėl staigaus atvėsimo, lydyto stiklo viduje atsiranda didelė įtampa, dėl ko lydinys suskilinėja. Tokia gauta medžiaga nesunkiai susmulkinama iki itin smulkių miltelių, reikalingų darbui dantų technikų laboratorijoje.
Kepimo proceso metu tarp skirtingų mišinio komponentų nevyksta jokios cheminės reakcijos. Pasiekus stiklėjimo temperatūrą, stiklas ima lydytis, dalelės susilydo viena su kita, o atšaldžius masę, gaunama vienalytė kieta medžiaga (Pav. Keramikos dalelių susilydimas kepimo metu).
Keramikos, naudojamos dantų technikų laboratorijose, dalelių vidutinis dydis paprastai yra apie 25 mikronai. Dalelės yra labai įvairaus dydžio; taip yra daroma tam, kad mažesnės dalelės užpildytų tarpus tarp didesnių ir gautųsi tankesnis mišinys. Kuo tankiau dalelės išsidėsto milteliuose, tuo mažesnis bus medžiagos susitraukimas kepimo metu.
Į keramikos miltelių sudėtį dedami metalų oksidai lemia jos spalvą. Kartais yra pridedama ir organinių rišančių medžiagų tikslu palengvinti darbą su milteliais.
Nuorodos ir literatūra
1. Ричард ван Нурт - Основы стоматологического материаловедения, 26-31, 245-246.
Paieška užsienio resursuose pagal raktinius žodžius: ceramics, crystal, glass; керамика, кристалл, стекло.
