металлы

Металлы и их сплавы относятся к группе основных конструкционных материалов. Из них изготавливают несъёмные конструкции (вкладки, полукоронки, коронки, штифтовые конструкции, мостовидные протезы) и элементы съёмных конструкций зубных протезов (кламмеры, литые базисы съёмных протезов, каркасы бюгельных протезов).

Строение и кристаллизация металлов
Металлы – кристаллические тела, атомы которых располагаются закономерно, в геометрически правильном порядке, образуя в плоскости атомную сетку, а в пространстве – атомно-кристаллическую решётку. Кристаллическая решётка металлов состоит из воображаемых линий и плоскостей, проходящих через расположения атомов в пространстве.

Большинство металлов образуют одну из следующих видов кристаллических решёток.
Кубическая гранецентрированная – атомы расположены в вершинах и в центре каждой грани куба. Такую решётку имеют большинство известных металлов при комнатной температуре (серебро, платина, никель, медь, алюминий, золото, их сплавы). Плотность упаковки частиц 74%.

Кубическая объёмно-центрированная – атомы расположены в вершинах куба и один атом в центре объёма куба. Решётка такого строения характерна для свинца, калия, натрия, хрома, молибдена, ванадия, железа. Cтепень заполнения частицами пространства 68%.

Гексагональная плотноупакованная – атомы расположены в вершинах и в центре шестигранных оснований призмы, а три атома – в средней плоскости призмы . Такой вид кристаллической решётки имеют кобальт и его сплавы, титан, цинк, кадмий, марганец.

От строения кристаллической решётки зависят физические свойства металлов

Полиморфизм или аллотропия - существование металла в различных кристаллических формах при разных температурах называется
Полиморфное (аллотропическое) превращение- переход из одного строения в другое .
К таким полиморфным металлам относятся кобальт, свинец, железо и др.

К точечным несовершенствам кристаллической решётки относят все дефекты, связанные со смещением или заменой небольшой группы атомов (собственные точечные дефекты), а также с примесями (примесные атомы).
Возникают при замещении одного из атомов кристаллической решётки; внедрении атома между узлами решётки ; образовании свободных мест в узлах кристаллической решётки– вакансий

Точечные дефекты возникают при нагреве, легировании, в процессе роста кристалла.
Внедрёнными или замещёнными могут быть как собственные, так и примесные атомы и ионы. Если инородный атом оказывается в узле решётки, то это дефект замещения; если в междоузлии, то это атом внедрения. При этом происходит смещение атомов в соседних узлах кристаллической решётки, что вызывает небольшую деформацию решётки.
Разновидностью точечных дефектов являются вакансии, характеризующиеся отсутствием атомов в узлах решётки, что обусловлено перемещением атомов поверхностного слоя с образованием пустых мест, заполняемых атомами более глубокого слоя

Линейные несовершенства – дислокации – линейный дефект, нарушающий правильное расположение атомных плоскостей, характерное для кристалла; локализованное искажение кристаллической решётки в результате сдвига, смещения одной части кристалла относительно другой вдоль какой-либо атомной плоскости. Простейшими видами дислокаций являются краевые и винтовые. Краевая дислокация представляет собой обрыв плоскости атомов, винтовая – взаимный сдвиг атомных плоскостей.

Процесс кристаллизации состоит из двух элементарных стадий
В первой стадии в объёме жидкого металла при охлаждении расплава происходит зарождение мельчайших частиц кристаллов – зародышей или центров кристаллизации.
Во второй стадии происходит рост образовавшихся зародышей – зёрен кристаллизации.

Общие сведения о сплавах металлов, типы взаимоотношений
компонентов в сплавах

Металлические сплавы – макроскопические однородные системы, состоящие из 2 или более металлов с характерными для металлов свойствами. Структура и свойства сплавов существенно отличаются от структуры и свойств чистых металлов, входящих в их состав

При затвердевании расплава атомы компонентов укладываются в порядке кристаллической решетки, образуя твёрдое кристаллическое вещество – сплав.
Компоненты сплавов по-разному взаимодействуют между собой, и при кристаллизации сплавов могут образовываться:
механические смеси;
твёрдые растворы;
химические соединения.

Механическая смесь – каждый элемент расплава кристаллизуется самостоятельно, при этом свойства сплава будут представлять собой среднее сочетание свойств элементов, образующих его. Сплав в виде механической смеси получается в тех случаях, когда металлы обладают полной взаимной нерастворимостью в твёрдом состоянии и не образуют химических соединений (легкоплавкие сплавы – кадмий, висмут, олово)

Твёрдый раствор – однородное кристаллическое тело, в котором в ре-шётку основного металла – растворителя – входят атомы растворённого веще-ства. Твёрдый раствор имеет одну кристаллическую решетку, характерную для основного металла – растворителя.
В решётку основного металла (например, железо в нержавеющих сталях) входят атомы растворённых металлов (никель, хром).
Бывает: т.р. замещения, внедрения

Химическое соединение (интерметаллическое соединение)– при кристаллизации разнородные атомы соединяются в определённых пропорциях, образуя новый тип кристаллической решётки более сложного строения, чем решётки исходных компонентов. Получается новое вещество с новыми качествами, резко отличающимися от свойств образующих его компонентов.
Соединение утрачивает основное свойство металлов – способность к пластическим деформациям, становится хрупким (амальгама)

Основные свойства сплавов металлов
У металлических сплавов различают свойства.
технологические
химические
физические
механические биологические

Технологические свойства – это свойства, определяющие пригодность материала к обработке и возможность применения его в тех или иных условиях. Наиболее важными для ортопедической стоматологии являются литейные свойства (жидкотекучесть и связанные с ней явления ликвации и усадки), ковкость, свариваемость (спаиваемость),отжиг, закалка, обрабатываемость резанием и шлифованием.

Механические свойства – совокупность свойств, характеризующих способность металла или сплава сопротивляться действию приложенных к нему внешних механических сил (нагрузок).
К механическим свойствам относят:
прочность
твёрдость
вязкость
хрупкость
упругость,
пластичность.

Химические свойства
Под химическими свойствами материалов понимают отношение материалов к другим химическим веществам, в частности, их поведение в различных средах: кислотах, щелочах, растворах солей, воде и на воздухе. К химическим свойствам относят растворимость, окисляемость, жаростойкость.

Коррозия, т.е. процесс разрушения металлов вследствие их химического или электрохимического взаимодействия с ротовой жидкостью, слюной, пищей. Усилению процессов коррозии способствуют и знакопеременные нагрузки, которые претерпевают металлические конструкции в полости рта.
В связи с этим для стоматологических конструкций особое значение имеет коррозионная стойкость в полости рта.

Коррозионная стойкость – способность материалов сопротивляться коррозии. У металлов и сплавов коррозионная стойкость определяется скоростью коррозии, то есть массой материала, превращённой в продукты коррозии с единицы поверхности в единицу времени, либо толщиной разрушенного слоя в миллиметрах в год.
Коррозия – разрушение твёрдых тел, вызванное химическими или электрохимическими процессами, развивающимися на поверхности тела при его взаимодействии с внешней средой. Коррозия снижает прочность и пластичность металла, ухудшает электрические и оптические свойства, нарушает его поверхность, вызывая безвозвратную потерю металла.
По форме разрушения различают 3 вида коррозии:
равномерную (сплошную), местную и межкристаллиьную
По механизму процесса:
химическая и электрохимическая.

Физические свойства
К ним относятся цвет, плотность (удельный вес), температура плавления и кипения, тепло- и электропроводность, тепловое расширение, прочность на разрыв, сжатие.
Биологические свойства
не вызывать отрицательных сдвигов в тканях и жидкостях, с которыми они контактируют;
не изменять микрофлору полости рта;
не нарушать митотические процессы;
не влиять на рН ротовой жидкости, кровообращение, чувствительность;
не вызывать воспалительные изменения в тканях.

Основные требования, которым должны соответствовать сплавы металлов
Биологическая индифферентность и антикоррозионная устойчивость к воздействию кислот и щелочей в небольших концентрациях.
Высокие механические свойства (пластичность, упругость, высокое сопротивление износу, твёрдость и др.).
Наличие набора необходимых физических (невысокая температура плавления, минимальная усадка, небольшая плотность) и технологических свойств (ковкость, текучесть при литье).