Bài giảng Sứ nha khoa (Dental ceramics)

à kết quả sớm hoặc muộn của thay đổi nhệt độ. Feldspathic porcelain: Sứ trường thạch: ceramic hợp thành từ pha matrix glass và một hoặc nhiều pha tinh thể. Trong đó, leucite (K2O.Al2O3.4SiO2 , hoặc KAlSi2O6)i được dùng để tạo ra độ dãn nở nhiệt lớn tương thích với các hợp kim vàng, palladium, nickel. Tên gọi đúng hơn về kỹ thuật cho lọai ceramic nha khoa này là “sứ leucit” (leucite porcelain), vì feldspar không có mặt trong sản phẩm sau cùng của porcelain và cũng không cần thiết như một nguyên liệu thô để tạo thành các tinh thể leucite. Glass-ceramic: Sứ thủy tinh: một chất rắn gồm pha bao bọc thủy tinh (glass) và một hoặc nhiều pha tinh thể được tạo thành bởi sự tạo nhân tinh thể và lớn lên của các tinh thể trong thủy tinh. Glass-ceramic-core: Sườn sứ thủy tinh: Cấu trúc bên dưới của một phục hồi, một cách điển hình, được làm bằng cách đúc (casting) chất tạo nhân có glass vào khuôn (mould), lấy bỏ cấu trúc khuôn, cắt phần dư ống đúc (sprue), ceramming để tạo thành những khối đặc hiệu tinh thể . Nếu cần kiểm soát màu và độ trong, sườn có thể được phủ (veneer) bằng porcelain đặc biệt hoặc ceramic khác ở một nhiệt độ cao hơn, thí dụ: Dicor glass-ceramic. Glass-infiltrated dental ceramic: Sứ thấm glass: Sườn sứ Al2O3 hoặc MgAl2O4 thiêu kết (sintered) tối thiểu với hệ thống khoảng trống (void network) được lấp đầy bởi hệ mao quản glass nóng chảy. Thí dụ: In-ceram (Al2O3), In-ceram Spinell (MgAl2O4). Injection-molded ceramic: Sứ đúc bơm: Một loại glass hoặc vật liệu ceramic khác dùng để tạo sườn sứ của inlay, mặt dán (veneer) hoặc mão bằng cách làm nóng và ép sứ nóng vào khuôn dưới áp lực. Thí dụ: IPS Empress. Metal-ceramic restoration: phục hình sứ-kim loại: Mão, cầu hoặc phục hình khác được làm với một sườn kim loại (thường là kim loại đúc), trên đó, porcelain được dán vào để tăng tính thẩm mỹ qua trung gian một lớp oxid kim loại. Các thuật ngữ porcelain-fused-to-metal (PFM), porcelain-bonded-to-metal (PBM), porcelain-to-metal (PTM), ceramometal cũng dược dùng để chỉ loại phục hình này. Porcelain jacket crown (PJC): Mão jacket sứ: Một trong những loại mão toàn sứ (all- ceramic crown) đầu tiên, được làm từ sườn sứ nhôm oxid độ cứng thấp và lớp phủ (veneer) 6 hoangtuhung.com porcelain có hệ số dãn nở nhiệt tương thích) mà không dùng nền kim loại trừ đôi khi dùng một lá platinum mỏng (xem ceramic jacket crown). Shoulder porcelain: Porcelain vai: một loại porcelain được tạo thành để thay thế cho bờ kim loại trên một mão sứ-kim loại, nó được nung (thiêu kết - sintered) ở nhiệt độ thấp hơn porcelain che màu (opaque pocelain) và cao hơn nhiệt độ porcelain thân răng để tạo thành một bờ porcelain thẩm mỹ. Sintering: Nung kết, thiêu kết: Quá trình gia công nhiệt để đạt được sự liên kết giữa các phần tử và khuyếch tán đầy đủ để giảm diện tích bề mặt và tăng mật độ của cấu trúc. Spinel, Spinelle: spinel: Nhóm khoáng vật tinh thể tám mặt, màu tía đỏ, vàng, đen.., có độ cứng cao, dùng như đá quí; Nhóm khoáng vật có công thức chung là AB2O4 chứa magnesium, aluminum (MgAl2O4), ngoài ra, A có thể là sắt (II), kẽm hoặc mangan; B là sắt (III), chromium. 2. PHÂN LOẠI SỨ NHA KHOA Sứ nha khoa có thể phân loại dựa vào: nhiệt độ thiêu kết, bản chất hóa học và mức độ của pha tinh thể, kỹ thuật chế tác và theo ứng dụng. Bảng 18-1 nêu phân loại sứ nha khoa theo ứng dụng, công nghệ chế tác, pha tinh thể và thí dụ về sản phẩm. 2.1. Phân loại theo nhiệt độ thiêu kết (nung) Cách phân loại này được sử dụng từ những năm 40 của thế kỷ trước, gồm ba loại: - Sứ nung nhiệt độ cao (high-fusing ceramic): 1315 - 1370º C - Sứ nung nhiệt độ trung bình (medium-fusing ceramic): 1090 - 1260º C - Sứ nung nhiệt độ thấp (low-fusing ceramic): 870 - 1065º C Gần đây Sứ nung nhiệt độ cực thấp (ultra-low) với nhiệt độ nung 870º C đã được giới thiệu. Cách phân loại dựa trên nhiệt độ thiêu kết được sử dụng cho các loại sứ nha khoa trước đây, vì thành phần sứ dựa trên bộ ba trục (triaxial porcelain compositions): thạch anh (quartz, flint), trường thạch (feldspar) và “đất” (thực chất là một loại đá) sét trắng (clay, kaolin). Nhiệt độ thiêu kết là do tỷ lệ tương đối giữa các thành phần trên quyết định. Cũng cần chú ý là tuy nói chung được chia 3 loại, nhưng nhiệt độ thiêu kết của từng loại (cao, trung bình, thấp) lại có sự khác nhau giữa các tài liệu và không liên tục. Điều này là do trước đây, trong qui trình sản xuất để chế tạo các công thức sứ khác nhau, người ta kiểm soát nhiệt độ nung bằng côn sứ hỏa kế (pyrometric ceramic cone). Các côn này được đặt trong lò nung và sẽ bị uốn cong do chính trọng lực của nó khi đạt đến nhiệt độ nhất định. Các loại sứ nung nhiệt độ cao và trung bình được dùng để làm răng sứ của hàm giả. Bột sứ nung nhiệt độ trung bình và thấp thường được thay đổi do nhà sản xuất thêm các chất trợ dung (flux): boron oxide hoặc alkali carbonate có nhiệt độ nóng chảy thấp. Chúng được làm chảy trước với nhau và nghiền thành bột. Việc thêm các chất trợ dung làm giảm biên độ về nhiệt độ nung nhưng làm tăng khuynh hướng đối với sự lún (trượt) của khối sứ đang gia công trong khi sửa chữa, thêm, tạo màu và làm láng. Tuy nhiên, do được làm chảy trước và nghiền, bột sứ trở nên đồng nhất hơn, là một ưu điểm trong thao tác và nung sứ. Sứ nung nhiệt độ cao có độ bền, độ trong, không hòa tan, và duy trì được hình dạng trong quá trình nung nhiều lần. Các thử nghiệm gần đây cho thấy sứ nhiệt độ nung thấp hiện nay có độ bền tương đương, độ hòa tan và độ trong đủ tốt so với các loại sứ nung nhiệt độ cao. Ưu điểm quan trọng nhất về thực hành của sứ nung nhiệt độ cao là không bị biến dạng trong các quá trình sửa chữa, thêm, tạo màu và làm láng. 2.2. Phân loại theo pha tinh thể Không phân biệt ứng dụng và kỹ thuật chế tạo, sau khi nung, sứ nha khoa gồm hai pha: pha thủy tinh (glassy/vitreous phase) bọc xung quanh pha tinh thể (crystalline phase). Tùy vào bản chất và lượng pha tinh thể, đặc tính cơ học và quang học của sứ nha khoa khác nhau: tỷ lệ pha thủy tinh càng cao, sứ càng trong và có độ bền chống nứt gãy càng thấp. Các vật liệu cho phục 7 hoangtuhung.com hình sứ không kim loại thường có lượng tỷ lệ tinh thể cao (từ 35 đến 99%) để có đặc tính cơ học tốt. Bản chất của pha tinh thể của sứ hiện dùng gồm nhiều loại (bảng 18-1, 18-3). Độ bền và các đặc điểm khác của sứ phụ thuộc bản chất, mật độ của pha tinh thể cũng như phương pháp chế tạo nguyên liệu sứ, và còn phụ thuộc phương pháp và kỹ năng chế tác phục hình. - Zirconia (ZrO2) - Alumina (Al2O3) - Feldspar (KAlSi3O8) - Leucite (KAlSi2O6) - Spinel (MgAl2O4) - Lithium disilicate (Li2Si2O5) - Lithium phosphate (Li3PO4) - Fluorapatite (Ca5(PO4)3F) 2.3. Phân loại theo kỹ thuật chế tác sản phẩm Thiêu kết (nung) là một trong những phương pháp chế tác truyền thống và hiện vẫn thông dụng. Thiêu kết là quá trình xử lý nhiệt để sứ đạt được sự cứng chắc, điều này đạt được khi nhiệt độ đạt đến sự chảy nhớt (viscous flow) bột sứ. Các phục hình sứ-kim loại và một số phục hình toàn sứ được làm bằng cách thiêu kết. Các kỹ thuật đúc trượt, ép nhiệt, và bằng máy là những phương pháp dùng trong phục hình toàn sứ (bảng 18-1). Trong một số trường hợp, sản phẩm phục hình được hòan thành với giai đọan đầu bằng các kỹ thuật dùng máy, giai đọan sau là phương pháp thiêu kết (thí dụ phục hình với sườn sứ alumina hoặc zirconia). 2.4. Phân loại theo ứng dụng Sứ nha khoa có ba ứng dụng chính: - Làm mão (chụp) và cầu sứ-kim loại: các phục hình sứ-kim loại, - Làm mão, cầu, inlay, onlay, mặt dán toàn sứ: các phục hình tòan sứ, - Làm phục hình tháo lắp: răng sứ cho hàm giả. 3. SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO SỨ NHA KHOA Chất lượng của sứ phụ thuộc vào sự lựa chọn thành phần, tỷ lệ đúng giữa các thành phần và việc kiểm soát quá trình thiêu kết. Do phải đáp ứng các đòi hỏi nghiêm ngặt về màu, độ bền nén, tính không hòa tan, đặc tính quang học, tính chất về độ dãn nở nhiệt Sứ nha khoa sử dụng những nguyên liệu tinh khiết nhất để chế tạo. Trong trạng thái khoáng vật, trường thạch (fieldspar), thành phần chính của sứ nung nhiệt độ cao để làm phục hình sứ-kim loại, có dạng tinh thể, đục, màu từ xám đến hồng. Về hóa học, trường thạch là một silicat nhôm kali (potassium alumino silicate - K2O.Al2O3.6SiO2) và silicat nhôm natri (sodium alumino silicate – Na2O.Al2O3.6Sio2). Tỷ lệ giữa K2O và Na2O có thể thay đổi và ảnh hưởng đến việc chế tạo bột sứ: nếu tỷ lệ Na2O cao, nhiệt độ nóng chảy có xu hướng hạ xuống; lượng K2O cao làm tăng độ quánh của sứ nóng chảy. Thành phần hoá học của trường thạch thường gồm: Silica (SiO2): 64%; Alumina (Al2O3): 18%; Soda (Na2O), Potash (K2O): 8- 10%. Trường thạch nóng chảy ở 1150º C, tạo thành pha tinh thể leucite (KAlSi2O6) và thủy tinh nóng chảy. Qui trình thông thường để chế tạo bột sứ feldspar (tên gọi đúng là “sứ leucite”) có thể tóm tắt như sau: - Trường thạch được khai thác từ mỏ, nghiền nhỏ, - Loại bỏ sắt và mica (thường có trong trường thạch không tinh khiết) bằng cách chỉ chọn sử dụng những phần trường thạch có màu sáng, - Nghiền thành bột mịn, loại bỏ những hạt lớn hoặc quá nhỏ, - Rung trên một mặt nghiêng có rãnh từ tính để loại bỏ một lần nữa sắt còn lại. 8 hoangtuhung.com Như đã nêu trên, trường thạch nóng chảy ở nhiệt độ 1150º C để tạo thành pha thủy tinh có cấu trúc không định hình (hình HHH) và pha tinh thể leucite 1(KAlSi2O6 hoặc K2O.Al2O3.4SiO2) có cấu trúc tinh thể tứ giác. Các muối carbonate kiềm và kiềm thổ được dùng làm chất trợ dung. Trong quá trình sản xuất, các thành phần được kiểm soát chặt chẽ và nung đến khoảng 1200º C trong những bể lớn. Hỗn hợp leucite và thủy tinh được làm lạnh nhanh trong nước để khối sứ bị rã thành bột. Sản phẩm thu được gọi là “frit”: (nguyên liệu thủy tinh). Thêm các chất màu, thường là các oxid kim loại để có được các sắc độ cần thiết: titanium oxide cho màu vàng nâu; manganese oxide cho màu xanh nhạt pha đỏ; oxid sắt cho màu nâu; cerium tạo tính phát huỳnh quang (trước đây dùng uranium oxide, nhưng được thay vì có sự phát xạ); các oxide thiếc, titanium, zirconium được dùng để làm các chất che màu. Sau khi hoàn thành, sứ trường thạch có hai pha: pha thủy tinh (glassy/vitreous phase) và pha tinh thể/pha vô cơ (crystalline/mineral phase). Pha thủy tinh mang những đặc trưng của thủy tinh: sự lóng lánh, vỡ không theo hướng nhất, định, trong, sức căng bề mặt cao trong trạng thái lỏng. Pha tinh thể là leucite, một aluminosilicate kali (sodium aluminosilicate) có độ dãn nở nhiệt cao (>20 X 10 -6/ º C ) với lượng 10 – 20% để kiểm soát hệ số dãn nở của sứ. Sứ chứa nhiều leucite có độ bền cao gấp đôi sứ chứa ít leucite. Cấu trúc vi thể của sứ (đã được xoi mòn acid) được thể hiện trên hình HHH. 4. ĐẶC ĐIỂM CỦA SỨ NHA KHOA 4.1. Đặc điểm chung Đặc điểm của sứ nha khoa phụ thuộc vào thành phần, cấu trúc-vi cấu trúc và các rạn nứt (flaw) của sứ. Nói chung, tính chất và số lượng của của pha tinh thể quyết định cấu trúc, độ bền và sức kháng sự lan rộng vết nứt (crack propagation) cũng như các đặc điểm quang học của sứ. Hầu hết sứ nha khoa có các đặc trưng: cứng, dễ nứt vỡ và trơ về mặt hóa học. Trong nha khoa, cần chú ý độ cứng của sứ thuộc vùng tiếp xúc chức năng với răng đối diện tương đương với độ cứng của mô răng, để tránh mòn mô răng thật đối diện. Sứ dễ nứt vỡ, đặc biệt là khi đường nứt và ứng suất căng cùng tác động trên một vùng của phục hình. Tính trơ về hóa học của sứ là một ưu điểm, vì nó không gây phản ứng của các mô tiếp xúc với sứ và không phóng thích các nguyên tố gây hại. 4.2. Đặc điểm quang học Về mặt thẩm mỹ, sứ nha khoa đạt được tính thẩm mỹ cao nhất so với các vật liệu phục hồi hiện dùng, tuy vậy, cần chú ý một số đặc điểm sau đây: Sự phù hợp màu là một đặc tính cần thiết, nhất là cho những trường hợp phục hồi mất răng từng phần. Sứ nha khoa, với đặc trưng của cấu trúc không định hình, không hoàn toàn tương ứng với cấu trúc tinh thể của men. Nhiều đặc điểm về phản xạ và hấp thụ ánh sáng có sự khác biệt giữa mô răng và sứ, vì vậy, phục hình không giống nhau khi nhìn từ những hướng khác nhau. Bảng 18-1: Phân loại sứ nha khoa theo ứng dụng và chế tác (kèm thí dụ về sản phẩm) 1 Leucite: khoáng vật tạo đá màu trắng hoặc xám thuộc nhóm felspatoid. Ở nhiệt độ bình thường, tồn tại dưới dạng các kết tụ tinh thể khối mặt hình thang (còn gọi là amphigene, white garnet) 9 hoangtuhung.com Ứng dụng PP. chế tác Pha tinh thể Tên sản phẩm Hãng sảnxuất Toàn sứ CAD/CAM Zirconia(ZrO2) Cercon Dentsply Lava 3M ESPE Alumina (Al2O3) Procera Nobel Biocare Feldspar (KAlSi3O8) Vita Mark II Vident Mica (KMg2.5Si4O10F2) Dicor MGC Dentsply Leucite (KAlSi2O6) Procad Ivoclar Vivadent Đúc trượt Alumina (Al2O3) In-Ceram alumina Vident Spinel (MgAl2O4) In-Ceram Spinell Vident Zirconia (ZrO2) In-Ceram Zirconia Vident Ép nhiệt Leucite (KAlSi2O6) IPS Empress Ivoclar Vivadent OPC Pentron Lithiumdisilicate(Li2Si2O5) IPS Empress 2 Ivoclar Vivadent OPC 3G Pentron Lithiumphosphate (Li3PO4) IPS Empress Cosmo Ivoclar Vivadent Thiêu kết Leucite (KAlSi2O6) IPS Empress layering Ivoclar Vivadent Alumina (Al2O3) Procera Allceram Nobel Biocare Fluorapatite (Ca5(PO4)3F) IPSEmpress2 layering Ivoclar Vivadent Sứ -Kim loại Thiêu kết Leucite (KAlSi2O6) VMK – 95 Vident Ceramco Dentsply Răng giả Chế tạo sẵn Feldspar Trubyte Dentsply Màu của phục hình sứ: Bột sứ trên thị trường thường là hỗn hợp có màu vàng đến vàng đỏ. Do khoảng màu của răng tự nhiên thường lớn hơn các bột bán sẵn, có thêm một số loại được cung cấp để có thể điều chỉnh: xanh, vàng, hồng, da cam, nâu, xámLớp ngoài và bề mặt của phục hình cũng có thể tạo được các chi tiết bằng sứ thủy tinh có màu đậm (highly pigmented glazes), nhược điểm của loại sứ tạo màu này là độ bền thấp. Độ trong của sứ là một đặc điểm quan trọng: sứ để làm phần ngà răng và men răng khác nhau về độ trong. Sứ dùng để che màu rất đục, có thể che được màu kim loại. Giá trị về độ trong của sứ làm ngà răng: 18 – 38%; sứ làm men răng: 45 – 50%. Độ trong của vật liệu toàn sứ phụ thuộc vào pha tinh thể tăng cường. Sứ zirconia và alumina tương đối cản sáng (kém trong); sứ tăng cường leucite khá trong. Độ trong của các hệ thống sứ spinel và sứ disilicate lithium tương đương nhau và ở trung gian giữa sứ alumina và sứ tăng cường leucite. Do lớp ngoài cùng của phục hình sứ trong, màu của phục hình bị ảnh hưởng bởi tia phản chiếu của lớp bên dưới. Đối với phục hình sứ-kim loại, là kết quả sự pha trộn của ánh sáng phản 10 hoangtuhung.com chiếu từ lớp bên dưới, sứ che màu và ánh sáng truyền qua phần sứ thân răng. Độ dày của sứ thân răng quyết định màu của phục hình với cùng một màu cho trước của lớp che màu. Nếu lớp che màu và sứ bên trên là cùng màu và của cùng một nhãn hiệu, sự khác biệt sẽ được giảm thấp. Do men răng có tính huỳnh quang dưới ánh sáng cực tím