Bài giảng Sứ nha khoa - Phần 3: Vật liệu phục hình toàn sứ - Hoàng Tử Hùng

www.hoangtuhung.com SỨ NHA KHOA BÀI GIẢNG ĐÀO TẠO LIÊN TỤC PHẦN THỨ BA: VẬT LIỆU PHỤC HÌNH TOÀN SỨ NGND. GS. BS. Hoàng Tử Hùng tuhung.hoang@gmail.com www.hoangtuhung.com www.hoangtuhung.com DÀN BÀI Mở đầu: Lịch sử, thuật ngữ Công nghệ vật liệu sứ – Sứ thủy tinh – Sứ oxid Các công nghệ phục hình tòan sứ Tóm tắt www.hoangtuhung.com MỞ ĐẦU LỊCH SỬ THUẬT NGỮ www.hoangtuhung.com LỊCH SỬ 1984: – Dicor (USA) phát triển vật liệu sứ thủy tinh tăng cường mica (KMg2.5Si4O10F2), dùng công nghệ đúc, sau đó được tinh thể hóa trong nhiều giờ. 1991: – Vita (Germany): sứ thủy tinh tăng cường oxid nhôm – Ivoclar Vivadent (Liechtenstein): IPS Empress, là một sứ thuỷ tinh tăng cường leucite, dùng công nghệ ép nóng. www.hoangtuhung.com THUẬT NGỮ “Name” và “Nickname” “Phục hình toàn sứ”: All-ceramic restorations “Phục hình sứ không kim loại”: Metal-free ceramic restorations Sứ thủy tinh (glass-ceramics) Sứ oxid (oxide ceramics) www.hoangtuhung.com CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SỨ SỨ THỦY TINH www.hoangtuhung.com CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SỨ Sứ thủy tinh Gồm tối thiểu hai pha: pha glass vô định hình và (một hoặc nhiều) pha tinh thể kết hợp theo tỷ lệ đặc hiệu. Qui trình sản xuất Sứ thủy tinh có hai giai đoạn: – Tạo pha thủy tinh (1) – Tinh thể hóa có kiểm soát (2) www.hoangtuhung.com CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SỨ Chế tạo sứ thủy tinh 1- Tạo pha thủy tinh Nguyên liệu thủy tinh: 12-18% Na2O 8-15% CaO 60-70% SiO2 (Các hệ nguyên liệu:Li2O x Al2O3 x nSiO2; MgO x Al2O3 x nSiO2; ZnO x Al2O3 x nSiO tạo thành các hệ thống sứ thủy tinh kỹ thuật tương ứng: LAS, MAS, ZAS). •Nấu chảy ở 1400-1500°C
pha lỏng đồng nhất •Hạ nhiệt độ để có pha thủy tinh Thủy tinh chảy mềm ở 1000-1200°C www.hoangtuhung.com CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SỨ Chế tạo sứ thủy tinh (tiếp) 2- Tinh thể hóa có kiểm soát (controlled crystallization) Xử lý nhiệt lần 2 (reheat treatment) để – tạo mầm tinh thể*, và – phát triển mầm tạo pha tinh thể**. Pha thủy tinh chuyển một phần thành pha kết tinh (chiếm ≥30 Nếu số mầm đủ lớn và tinh thể đủ nhỏ (~1µm), có thể đạt 90% thể tích). Trong sứ thủy tinh, các tinh thể liên kết với nhau có qui luật tạo thành pha tinh thể đồng nhất, có cấu trúc trên nền pha thủy tinh đóng vai trò kết dính. Khác “sứ đắp”, sứ thủy tinh hầu như không lỗ rỗ do không trải qua nung trong xử lý nhiệt www.hoangtuhung.com CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SỨ *Tạo mầm tinh thể: dùng chất xúc tiến (accelerator) tạo mầm: Pt, SnO2 hoặc các muối kim loại nhạy sáng: Au, Ag, Cu(vừa xúc tiến vừa tạo màu). Chất xúc tiến có cấu trúc gắn với tinh thể hình thành trong thủy tinh
kết tinh có trật tự **Phát triển mầm tạo pha tinh thể: Nhiệt độ được kiểm soát để tốc độ tạo mầm và lớn lên của mầm phải như nhau theo các phương www.hoangtuhung.com CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SỨ Độ bền và đặc điểm quang học của sứ thủy tinh phụ thuộc tỷ lệ và bản chất pha tinh thể, nói chung: Pha tinh thể nhiều: độ cứng tăng, độ trong giảm Pha tinh thể ít: độ trong tăng, độ cứng giảm www.hoangtuhung.com CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SỨ Như vậy: Thủy tinh (soft glass) có thể chuyển dạng từ “mềm” sang cứng (sứ thủy tinh: tough glass-cereamic) nhờ lựa chọn và kiểm sóat quá trình tinh thể hóa thủy tinh. Pha glass dễ tạo dạng (shaping) - td. bằng cách đúc - mà không bị biến dạng
Có thể điều chỉnh · tỷ lệ giữa hai pha, · bản chất hóa học pha tinh thể để sứ thủy tinh đạt đặc điểm mong muốn www.hoangtuhung.com CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SỨ SỨ OXID www.hoangtuhung.com CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SỨ Sứ oxid: trong phục hình toàn sứ được phát triển trong khoảng 15 năm trở lại đây, là các sứ đa tinh thể: – Zirconia (zirconium oxide: ZrO2) – Alumina (aluminum oxide: Al2O3) Trong trạng thái thiêu kết hoàn toàn (completely sintered state) là vật liệu rất bền chắc, cứng rắn, đáp ứng được đòi hỏi để làm sườn phục hình (mão/chụp, cầu, cùi cho implant) thay thế kim loại, nhưng khó gia công.
www.hoangtuhung.com CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SỨ Quá trình gia công bằng “CAM” trong trạng thái tiền thiêu kết (presintered) khi vật liệu còn tương đối “mềm” (tức “sứ có thể gia công bằng máy”: machinable ceramics; sứ “non”: “green” ceramic; trạng thái trắng: white state) được phát triển. Sau khi được tạo hình, sứ được tiếp tục thiêu kết hoàn toàn. Quá trình này điễn ra sự co thể tích. - Từ 15 – 18% đối với alumina - ~25% đối với zirconia www.hoangtuhung.com CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SỨ Alumina Bột aluminum oxid tinh khiết được nung đến 1357°C để đạt trang thái alumina xốp (bisque alumina). Alumina trong trạng thái này được tạo hình bằng máy (CAM) sau đó, được nung đến 1700°C để đạt trạng thái thiêu kết sau cùng, là một sứ oxid đa tinh thể, tinh khiết (99,5%), đồng nhất (co thể tích giữa hai trạng thái: 15 – 18%) www.hoangtuhung.com CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SỨ Zirconia ZrO2 gồm ion kim loại Zr(4-) và ion oxid O(2+). Là một sứ oxid có cấu trúc hạt mịn (fine-grain) đa tinh thể (polycrystalline). – Trong tự nhiên, tồn tại dưới dạng pha đơn xiên (monoclinic), ổn định ở nhiệt độ thường đến 1170°C, – ≥ 1170°C , chuyển dạng thành pha tứ giác (tetragonal), – Đến 2370°C , ở dạng khối vuông (cubic). – Khi nhiệt độ hạ xuống, sự chuyển dạng diễn ra ngược lại với sự khác biệt nhỏ về mức nhiệt độ www.hoangtuhung.com CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SỨ Trong quá trình chuyển dạng, ZrO2 tăng thể tích 3-5%.
ứng dụng để phát triển vật liệu với đặc tính được lựa chọn có kiểm soát. ZrO2 tổng hợp có chứa các yếu tố ổn định (stabilizers,“doping”): Y2O3, CaO, MgO, CeO2, Sc2O3 để: – Đưa chuyển dạng tetragonal về nhiệt độ thấp hơn – Chống chuyển dạng từ tetragonal sang monoclinic (t/m transformation) ở nhiệt độ thường – Giữ dạng cubic ở nhiệt độ thường. www.hoangtuhung.com CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SỨ Có bốn loại sứ ZrO2: 1. FSZ: Fully Stabilized Zirconia 2. PSZ I: Partially Stabilized Zirconia I 3. PSZ II: Partially Stabilized Zirconia II 4. TZP: Tetragonal Zirconia Polycrystals PSZ I, PSZ II, TZP là những vật liệu tăng cường chuyển dạng (transformation-reinforced materials).
Giảm đặc tính dòn cố hữu của sứ, xuất hiện tính “giả chịu uốn” (“pseudo-ductile”) www.hoangtuhung.com CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SỨ Có hai cơ chế tăng chuyển dạng: Tăng chuyển dạng cảm ứng vi nứt (microcrack-induced transformation reinforcement: RM) có ở PSZ I Tăng chuyển dạng cảm ứng ứng lực (stress-induced transformation reinforcement: TR) có ở PSZ II TZP ổn định từng phần với 3 mol-% Y2O3 được sử dụng trong nha khoa: mỗi tinh thể trong cấu trúc đều duy trì trạng thái nửa bền (metastable) trong pha tetragonal ở nhiệt độ thường. Lực gây biến dạng vi cấu trúc được bù trừ bằng sự chuyển dạng tinh thể tetragonal thành monoclinic
sự lan rộng vết nứt được ngăn chặn www.hoangtuhung.com CÁC CÔNG NGHỆ PHỤC HÌNH TOÀN SỨ www.hoangtuhung.com CÁC CÔNG NGHỆ PHỤC HÌNH TOÀN SỨ Có bốn công nghệ trong chế tác phục hình toàn sứ: 1. “Đắp sứ” và thiêu kết: để làm lớp phủ thẩm mỹ. Các công nghệ: 2. Ép nóng (heat/hot pressing, press technology) 3. Trợ giúp vi tính (CAD/CAM (computer-aided design/~ manufacture)) 4. Đúc trượt (slip casting) chủ yếu cho việc chế tác sườn (để thay cho sườn kim loại), ép sứ lên sườn hoặc phục hình toàn sứ một khối www.hoangtuhung.com CÁC CÔNG NGHỆ PHỤC HÌNH TOÀN SỨ 1- Đắp sứ: xem bài “phục hình kim loại-sứ” Sứ được tạo theo phương pháp này: – Còn nhiều lỗ rỗ, – Các tinh thể không kết nối với nhau, mà bị phân cách nhau bởi pha thủy tinh.
độ bền thấp và rất thay đổi Tuy vậy, có đặc tính thẩm mỹ cao
thường được dùng để thực hiện lớp phủ thẩm mỹ (esthetic veneer layers) trên sườn phục hình www.hoangtuhung.com CÁC CÔNG NGHỆ PHỤC HÌNH TOÀN SỨ 2- Ép nóng – Thực hiện mẫu sáp, tạo khuôn từ mẫu sáp – Thỏi sứ ép tiền chế (prefabricated ingot) được xử lí nhiệt trong thiết bị đến nhiệt độ làm chúng trở thành một chất lỏng độ quánh cao và nén ép từ từ vào khuôn. – Quá trình được kiểm soát chặt chẽ
tạo được sản phẩm sứ đồng nhất, pha tinh thể được phân phối đều khắp trong pha thủy tinh. – Cấu trúc vi thể của sứ ép (pressable ceramics) trông giống porcelain nhưng pha tinh thể nhiều hơn và ít lỗ rỗ (khối sứ được làm từ thủy tinh không bọt). www.hoangtuhung.com CÁC CÔNG NGHỆ PHỤC HÌNH TOÀN SỨ • Ưu điểm của công nghệ ép nóng: – Có thể đạt đến độ chính xác như của vật đúc kim loại theo phương pháp đúc thay thế sáp. – Sứ chứa nhiều tinh thể, ít lỗ rỗ. • Sứ ép nóng thường dùng để làm sườn. • Cũng có thể dùng làm lớp phủ (IPS e.max ZirPress) với mức độ thẩm mỹ phù hợp cho răng sau* *xem phần thứ tư www.hoangtuhung.com CÁC CÔNG NGHỆ PHỤC HÌNH TOÀN SỨ 3- Thiết kế/Chế tạo với trợ giúp vi tính CAD/CAM: Có hai giai đoạn chính: Thiết kế (CAD): Nhận dạng mẫu bằng hình ảnh số hóa thu được bằng: đầu dò tiếp xúc hoặc không tiếp xúc (laser) hoặc camera (dấu quang học) Sử dụng phần mềm thích hợp để tạo dạng, thiết kế phục hình trên máy tính. Chế tạo (CAM): Chuyển thông tin thiết kế để điều khiển hệ thống cơ khí mài khối sứ tiền thiêu kết hoặc đã thiêu kết Thiêu kết sau cùng (đối với khối sứ tiền thiêu kết): phần mềm tính toán để bù trừ sự co thể tích khối sứ www.hoangtuhung.com CÁC CÔNG NGHỆ PHỤC HÌNH TOÀN SỨ Vật liệu cho CAD/CAM – Khối sứ tiền thiêu kết: phổ biến cho zirconia, alumina – Khối sứ đã thiêu kết tuy không cần giai đoạn thiêu kết sau cùng nhưng khó mài. – Thỏi sứ thấm (glass-infiltrated) dạng khối lỗ rỗ (porous ingots), sau khi mài, thấm và tinh thể hóa thủy tinh lỏng
thành phần tương tự sứ đúc trượt. *Việc mài khối sứ bằng máy có thể làm nứt
yếu sườn, www.hoangtuhung.com CÁC CÔNG NGHỆ PHỤC HÌNH TOÀN SỨ 4- Đúc trượt (slip casting): gồm các giai đoạn: – Tạo một khuôn của mẫu vật bằng thạch cao – Trộn bột sứ với nước để có một nhũ tương lỏng (low-viscosity slurry): vật liệu sứ đúc trượt đều là sứ thủy tinh – Rót dịch lỏng bột sứ vào khuôn, khuôn hút bớt nước trong nhũ tương – Bột sứ dính vào thành khuôn, tạo thành một lớp mỏng “sứ non” (“green ceramic”), – Thiêu kết một phần để lấy được sườn (lúc này còn rất xốp), Tiếp tục làm thấm với thủy tinh nóng chảy để thiêu kết hoàn toàn. www.hoangtuhung.com CÁC CÔNG NGHỆ PHỤC HÌNH TOÀN SỨ 4- Đúc trượt (tiếp) Sứ được chế tác bằng đúc trượt có độ bền kháng gãy cao hơn sứ đắp do các tinh thể tăng cường tạo thành một mạng lưới liên tục. – Hiện công nghệ này chỉ có ở ba sản phẩm “sứ thấm” (In-Ceram, Vita Zahnfabrik, Bad Sackingen (Đức). Hạn chế là do: – Qua nhiều bước phức tạp, ảnh hưởng đến độ chính xác của sản phẩm – Có thể có những sai sót bên trong sứ do sự thấm glass không đều www.hoangtuhung.com TÓM TẮT Về CÔNG NGHỆ SỨ Và CÔNG NGHỆ PHỤC HÌNH TOÀN SỨ www.hoangtuhung.com TÓM TẮT về CÔNG NGHỆ SỨ Sứ hiện dùng trong nha khoa phục hồi gồm ba loại chính: – Porcelain (1) – Sứ thủy tinh (2) – Sứ oxid (3) www.hoangtuhung.com TÓM TẮT về CÔNG NGHỆ SỨ (1)Bột sứ (porcelain) được sản xuất từ các nguyên liệu chủ yếu là trường thạch (feldspar) và thạch anh (quartz). Porcelain có tỷ lệ pha tinh thể thấp (< 30%) và không đồng nhất, có nhiều lỗ rỗ.
Có đặc tính thẩm mỹ cao nhưng độ bền cơ học thấp Bột sứ được tạo hình và trải qua nung để chế tác phục hình (dùng cho cả kim loại-sứ và toàn sứ) www.hoangtuhung.com TÓM TẮT về CÔNG NGHỆ SỨ (2) Sứ thủy tinh Là vật liệu thủy tinh được tinh thể hóa có kiểm soát. Các tinh thể liên kết với nhau có qui luật, tạo thành pha tinh thể đồng nhất, có cấu trúc, hầu như không lỗ rỗ. Với tỷ lệ pha tinh thể cao (30 - 90%), sứ thủy tinh có độ bền cơ học tốt, có thể làm sườn cho phục hình đơn lẻ (mão, cầu răng trước, cầu ba đơn vị) hoặc có thể làm lớp sứ ngà-men (theo kỹ thuật ép nóng). Trong nha khoa, các sứ “tăng cường alumina, leucite, lithium disilicate, fluoroapatite” là những loại sứ điển hình của sứ tăng cường pha tinh thể www.hoangtuhung.com TÓM TẮT về CÔNG NGHỆ SỨ (3)- Sứ oxid Zirconia và Alumina được ứng dụng trong nha khoa để làm các loại sườn phục hình cố định, kể cả cầu nhiều đơn vị, cùi implant (abutment) Gia công mài vật liệu sứ oxid ở trạng thái tiền thiêu kết phổ biến hơn ở trạng thái đã thiêu kết hoàn toàn vì lý do công nghệ và kinh tế www.hoangtuhung.com TÓM TẮT về CÔNG NGHỆ SỨ Công nghệ sứ nói chung, sứ nha khoa nói riêng là cực kỳ phức tạp và rất nhạy cảm về quy trình. Có nhiều hình thức gia công sản phẩm sứ, sự phát triển của phục hình toàn sứ gắn liền với tiến bộ của công nghệ vật liệu và các qui trình gia công tự động hóa • Thực chất của công nghệ ép nóng là quá trình điều khiển sự tinh thể hóa để tạo ra sản phẩm sứ thủy tinh. • Thực chất của công nghệ đúc trượt là quá trình điều khiển sự thấm thủy tinh vào sứ “non”. Cùng một bản chất hóa học của pha tinh thể, đặc điểm cơ học của sứ có thể khác nhau (xem bảng sau)
www.hoangtuhung.com Kỹ thuật chế tác Pha tinh thể Độ bền uốn (MPa) Machined Slip-cast Heat-pressed Sintered Sintered ceramic-metal Zirconia (ZrO2) Alumina (Al2O3) Feldspar (KAlSi3O8) Leucite (KAlSi2O6) Alumina (Al2O3) Spinel (MgAl2O4) Zirconia (ZrO2) Leucite (KAlSi2O6) Lithium disilicate (Li2Si2O5) Lithium phosphate (Li3PO4) Leucite (KAlSi2O6) Alumina (Al2O3) Fluorapatite (Ca5(PO4)3F) Leucite (KAlSi2O6) 900 650 105 135 446 378 604 121 350 164 104 139 80 70 www.hoangtuhung.com TÓM TẮT về CÔNG NGHỆ PHỤC HÌNH TOÀN SỨ Phục hình toàn sứ sử dụng riêng rẽ hoặc kết hợp công nghệ thiêu kết cổ điển với công nghệ hiện đại (ép nóng, CAD/CAM, đúc trượt) Trên một phục hình toàn sứ, có thể có một, hai hoặc cả ba loại sứ (porcelain, thủy tinh, oxid) nêu trên www.hoangtuhung.com KHUYNH HƯỚNG CÔNG NGHỆ PHỤC HÌNH TOÀN SỨ 1. Công nghệ CAD/CAM: đang phát triển nhanh Các qui trình “CAM” trên zirconia, alumina tiền thiêu kết chiếm ưu thế Hệ thống CAD/CAM tại ghế (CEREC, Sirona) 2. Công nghệ ép nóng: là công nghệ tiên tiến đang phát triển khuynh hướng ép nóng một sứ thủy tinh lên sườn zirconia (“Press-on” technique) là công nghệ kết hợp ép nóng và CAD/CAM. Hai công nghệ ép nóng và CAD/CAM bổ sung cho nhau, kết hợp với nhau và là khuynh hướng của công nghệ phục hình tòan sứ www.hoangtuhung.com Đón xem tiếp trong loạt bài về “Sứ Nha Khoa”: • ĐẶC ĐIỂM VẬT LIỆU SỨ • TÌM HIỂU MỘT SỐ HỆ THỐNG TRANG BỊ VÀ VẬT LIỆU CHO PHỤC HÌNH TOÀN SỨ