Сплавы, составленные из группы вспомогательных металлов, употребляются для временных протезов при лечении переломов челюстных костей и переломов зубов, для ортодонтических аппаратов.
Изучение свойств и методов применения вспомогательных металлов позволит правильно построить технологический процесс в зубопротезной технике при изготовлении протезов.
Медь. Медь (Си) в природе встречается в рудных соединениях в виде красной медной руды Cu
0, малахита Си2(ОН)гСОз, медного колчедана CuFeSj, медного блеска Cu
S и др. Промышленные залежи находятся на Урале, в Казахстане и Армении.
Способы добывания меди. В нашей стране вопросам развития цветной металлургической промышленности уделяется особое внимание. Добыча меди связана со многими отраслями народного хозяйства, особенно электрической и химической промышленности.
Производственный процесс добычи меди очень похож на процесс добычи других металле:». Добываемые руды подвергаются обогащению методом флотации. Обогащенную руду в зависимости от входящих в нее элементов подвергают дальнейшей обработке. Из кислородсодержащих медных руд медь получают методом восстановления при накаливании; из сульфидных руд — методом окисления серы кислородом. Расплавленную массу продувают в печах, образуется сернистый газ, медь выделяется в виде окиси меди. Окись меди восстанавливают углем. Если в сульфидных рудах содержится сернистое железо, тогда предварительно обогащенную руду сплавляют с кварцевым песком, которым переводит железо в шлак; оставшаяся сернистая медь в сплаве при дальнейшем плавлении переходит в окись меди. Окись меди восстанавливают углем.
Медь из рудных соединений можно получить так называемым мокрым способом, основанным на предварительной обработке руды раствором серной кислоты. В результате действия кислотой образуется медный купорос CuSO,i • 5Н»0. Из медного купороса медь выделяют электролитическим способом.
Свойства меди. Медь представляет собой металл красного цвета, на линии излома имеет зернистое строение. Удельный вес ее 8,8. Температура плавления 1083°, температура кипения 2310°. Медь является хорошим проводником электричества и очень теплопроводна. Коэффициент линейного расширения 0,0000165. Усадка расплавленной меди при затвердевании 4,4%.
Медь обладает хорошей ковкостью и тягучестью, при прокаливании на вальцах можно получить тонкую медную фольгу.
Твердость меди по Бринелю 40 кг/мм
, по шкале Мооса 2.5—3, временное сопротивление 19 кг/мм
, удлинение 35%.
При механической обработке (провальцовывание, штамповка, ковка) медь приобретает наклеп, становится менее пластичной. Для устранения наклепа медь отжигают до температуры 600—700°, после медленного охлаждения к ней вновь возвращаются первоначальные свойства пластичности.
На токарных и фрезерных станках медь плохо обрабатывается, снимаемая стружка оставляет шероховатую неровную поверхность. Это явление объясняется высокой пластичностью. Медь хорошо поддается шлифовке и полировке. Полированная поверхность похожа на зеркальную.
В обычных условиях в сухом воздухе медь не окисляется, во влажной среде быстро окисляется, покрываясь зеленым налетом. Окись` меди хорошо растворяется в воде и является ядовитым веществом для организма. При нагревании до температуры свыше 200° даже в сухом воздухе медь окисляется, покрывается окалиной. В азотной, серной кислоте, в щелочах, растворе поваренной соли медь хорошо растворяется.
Применение меди. Широкое распространение медь в чистом виде получила в электротехнике как хороший проводник электричества, в виде сплавов латуни, бронзы, нейзильбера; применяется в промышленности для подшипниковых деталей машин. Медь используется в быту в виде сплавов для предметов домашнего обихода, в монетном производстве.
В зубопротезной технике медь является частью состава золотых сплавов, своим присутствием придает сплаву приятную красноватую окраску и повышает вязкость. Из медных сплавов изготовляют зуботехнические инструменты (кюветы, артикуляторы и Др.).
В челюстно-лицевом протезировании из медных сплавов делают шины для фиксации челюстных костей при переломах, а также для аппаратов и деталей к сложным челюстным
протезам.
В ортодонтии из медных сплавов изготовляют временные аппараты для выравнивания прикуса и лечения неправильно расположенных зубов. Из меди готовят пломбировочный материал для лечения зубов (медная амальгама).
Паяние деталей протезов, изготовленных из медных сплавов, производится серебряным припоем.
Алюминий. Алюминий (А1) в природе является самым распространенным элементом из группы металлов, он входит в состав глины, полевого шпата и других минералов.
Для промышленных целей алюминий добывают из боксита А120з
Ре
0з(0Н). Процесс получения алюминия основан на электролизе.
Боксит подвергают обжигу при температуре 1000—1100°, при этом из боксита частично выгорает окись железа и он становится хрупким. После обжига на дробильных машинах боксит измельчают и сплавляют с каустической содой NaOH при температуре 1100— 1200°, при этом окись алюминия А!
0
, нерастворимое в воде соединение, переходит в растворимое соединение — алюминат натрия NaAlC
. Алюминат натрия можно получить методом обработки боксита концентрированным раствором каустической соды при температуре 100° и давлении 5—6 атм.
Вместе с примесями алюминат натрия загружают в воду для растворения, при этом порода и примеси осаждаются. Раствор алюмината обрабатывают углекислым газом для выделения чистой окиси алюминия А Ь 0
Окись алюминия отделяют от воды и подвергают электролизу. Электролиз ведут при температуре 1100° и большой силе тока (20 000 А) в специальных электрических печах, имеющих вид ванны. Перед электролизом окись алюминия расплавляют криолитом (особый минерал Na
AlF
); под действием тока на катоде, расположенном на дне печи, откладывается жидкий алюминий. Получающийся алюминий периодически выпускают.
Свойства алюминия. Алюминий представляет собой металл серебристо-синеватого цвета. Удельный вес его 2,72. Температура плавления 658°, температура кипения 1800°. Обладает очень малым коэффициентом расширения при нагревании — 0,0000225, теплоемкость 0,223, является хорошим проводником электричества, его теплопроводность равна 48,7.
По механическим свойствам алюминий очень выгодно отличается от других металлов, применяемых в зубопротезной технике и в челюстном протезировании. Твердость алюминия по Бринелю 20 кг/мм
, по шкале Мооса 2. Удлинение 12%, сопротивление на разрав 10 кг/мм
. В атмосфере воздуха чистый алюминий покрывается тонкой окисловой пленкой, защищающей нижележащие слои от дальнейшего окисления.
В кислотах азотной, серной и соляной, а также в их растворах алюминий растворяется. При действии растворами щелочей из алюминия образуются алюминаты. Металл очень неустойчив к растворам поваренной соли. Даже слабые растворы поваренной соли растворяют поверхностную окисловую пленку и постепенно истончают металлическое изделие.
Свойство алюминия растворяться в полости рта не позволяет использовать его для постоянных протезов: они быстро истончаются, покрываются коррозиями.
Применение алюминия. Алюминий в ортопедической стоматологии применяется для изготовления шин типа скобы при переломах челюстных костей с целью временной фиксации. Алюминиевые проволочные шины были предложены русским врачом С. С. Тигердштедтом в 1914 г. для лечения ранений челюсти. Для шин применяется проволока толщиной 1,5—2 мм.
Алюминий входит в состав алюминиевой бронзы (90 частей алюминия, 10 частей меди), которая используется для изготовления тонкой лигатурной проволоки. Из бронзы делают штампованные каппы (колпачки на коронки зубов, не полностью закрывающие коронку зуба) для фиксации отломков челюстей при переломах. Из алюминия и бронзы изготовляют инструменты для зуботехнических целей, небольшие кюветы.
В промышленности и быту алюминий нашел самое широкое применение. Особенно ценится алюминий в самолетостроении.
Свинец. Свинец (РЬ) в природе встречается в рудных соединениях PbS — свинцовый блеск. Залежи свинцовых руд широко распространены в Советском Союзе, известны месторождения на Кавказе, в Казахстане, на Алтае и т. д.
Из свинцового блеска чистый свинец получают методом обжига. Руду предварительно очищают от примесей, измельчают и нагревают в присутствии воздуха. В результате обжига образуется окись свинца РЬО и сернокислый свинец PbS0
Полученные вещества сплавляют со свинцовым блеском в определенных пропорциях, получают чистый свинец и сернокислый газ.
Второй способ получения свинца заключается в том, что руду обжигают до удаления серы. После удаления серы в виде SO2 свинец остается в окисленном состоянии РЬО, из которого методом восстановления углем при плавлении получают чистый металл. Наиболее чистый свинец можно получить методом электролиза.
Свойства свинца. Свинец — синевато-серый, мягкий, блестящий металл. Удельный вес его 11,37. Температура плавления 327,4°, температура кипения 1555°. Твердость по Бринелю равна 1 кг/мм
, по шкале Мооса 1,5. Временное сопротивление 1,25 кг/мм
, удлинение 15%. Теплопроводность свинца 8,4 (свинец является плохим проводником электричества).
Высокая пластичность свинца позволяет при вальцевании получать тонкую свинцовую фольгу. При затвердевании из расплавленного состояния свинец дает небольшую усадку (1,4%). Коэффициент линейного расширения 0,0000292.
В химическом отношении свинец является нестойким металлом, на воздухе поверхность свинца окисляется, покрываясь пленкой гидроокиси свинца РЬ(ОН)г; хорошо растворяется в азотной и плавиковой кислотах.
Свинец может сплавляться с золотом, оловом, висмутом, серебром, сурьмой. Сплавы свинца с оловом, висмутом плавятся при низких температурах (от 65 до 100°). Эти свойства позволяют получить металлические штампы.
Свинцовая производственная пыль является вредной для организма, вызывает свинцовые отравления.
Применение свинца. В промышленности свинец применяется в виде сплавов для заливки подшипников, изготовления прокладок при необходимости герметического соединения, для прокладки под крышки котлов низкого давления. В химической промышленности из свинца получают красители.
В зубопротезной технике из сплавов свинца с висмутом, оловом, кадмием изготовляют металлические штампы (для коронок). Из свинца изготовляют прокладки для автоклавов и вулканизаторов.
Свинец используется как «подушка» при обивке коронок на металлическом штампе в процессе изготовления.
Цинк. Цинк (Zn) в природе встречается в рудных соединениях в виде цинковой обманки ZnS и цинкового шпата 2пСОз. Цинковые руды часто сопровождают кадмиевые руды и руды других металлов.
Месторождения цинковых руд, имеющие важное промышленное значение, находятся на Алтае, в Сибири, на Кавказе, Урале.
Добыча цинка из цинковых руд производится методом восстановления окиси цинка. Сначала из цинковой обманки или цинкового шпата получают окись цинка ZnO. Окись цинка из цинковой обманки получают методом обжига в присутствии воздуха до сгорания серы. Из полевого шпата ZnC0
окись цинка получают путем прокаливания до момента отщепления углекислого газа СОг- Получение чистого металла достигается методом восстановления окиси цинка. Окись цинка загружают в печи или реторты вместе с коксом. Кокс при сгорании отнимает кислород у окиси цинка, дает высокую (до 1200—1300°) температуру, при которой цинк улетучивается в виде паров (температура кипения цинка 918°), отводится в конденсаторы, сгущается до получения металла.
Наиболее рациональным способом добычи цинка из цинковых руд является способ электролиза. Окись цинка растворяют в серной кислоте, получают раствор сернокислого цинка ZnS0
, а затем методом электролиза выделяют чистый цинк на катоде.
Свойства цинка. Цинк представляет собой металл кристаллического строения с синевато-серым блеском. Удельный вес его 7,2. Температура плавления 419°. При нагревании до температуры 500—600° в присутствии воздуха цинк активно соединяется с кислородом и горит ярким синевато-зеленоватым пламенем, при этом получается окись цинка.
Металл обладает хорошей электропроводностью и теплопроводностью. Теплопроводность равна 27. Усадка при затвердевании из расплавленного состояния составляет 0,366%. Коэффициент линейного расширения 0,0000354. Твердость цинка по Бринелю 35 кг/мм
, по шкале Мооса 2,5. Временное сопротивление.
Свойства олова. Олово представляет собой металл серебристого цвета. Удельный вес его 7,28. Температура плавления 232°, температура кипения 2270°. Теплопроводность 15,8. При затвердевании из расплавленного состояния олово обладает усадкой (0,78%), коэффициент линейного расширения равен 0,0000229.
Усадка — отрицательное качество при использовании олова для штампов. Вследствие высокой вязкости и тягучести олово прокатывается на вальцах в очень тонкую фольгу. Твердость по Бринелю 3—5,2 кг/мм
, по шкале Мооса 1,8, удлинение 10%, временное сопротивление 3,5 кг/мм
. Олово является плохим проводником электричества.
Олово обладает двумя особыми свойствами. При изгибании толстой пластинки или стержня из олова ощущается потрескивание, что объясняется разрывом кристаллов. Олово аллотропично. Аллотропичностью называется свойство металла или другого химического элемента образовывать несколько простых веществ (от греч. аллос — другой и тропос — свойство).
При температуре ниже 13° олово медленно превращается в серую порошкообразную массу, при этом увеличивается его объем, а удельный вес понижается до 5,8. Это явление получило название «оловянной чумы». Скорость перехода металлического олова в серый порошок увеличивается с понижением температуры. Следует отметить довольно интересное явление. Если металлическое «здоровое» олово соприкасается с «зараженным чумой», то распад — превращение — может наступить значительно быстрее. Явление «оловянной чумы» важно учитывать при хранении запасов олова.
При обычных условиях в сухом и влажном воздухе олово не окисляется. Это свойство используется при лужении посуды. Окисление олова наблюдается при длительном нагревании. Олово хорошо растворяется в серной и азотной кислотах. Соли олова не ядовиты.
Устойчивость олова нарушается при нагревании до температуры 200°, при данной температуре изменяется структура металла, кристаллы принимают ромбическую форму. Олово делается хрупким, удельный вес его понижается до 6,6, в этом состоянии хорошо превращается в порошок.
Применение олова. В технике и промышленности олово применяется в чистом виде для лужения (покрытия медных и железных деталей). Олово является лучшим металлом для паяния холодным способом. При паянии холодным способом спаиваемые детали не нагреваются.
Мягкость, хорошая ковкость, низкая теплопроводность позволяют использовать олово для прокладок под крышки котлов низкого давления.
В зубопротезной технике олово входит в состав легкоплавких сплавов для изготовления штампов, из олова делают фольгу для прокладки как изоляцию для небного торуса в период формовки съемных протезов. Оловом можно спаивать детали временных челюстных протезов.
В лечебной стоматологической практике олово входит в состав серебряной амальгамы в количестве до 35%.
Висмут. Висмут (Bi) добывают из руд. В природе встречается в виде висмутового блеска B12S3 и висмутовой охры В120з, реже в самородном состоянии вместе с кобальтовыми и никелевыми рудами.
Добыча висмута из руд производится методом выплавления. Обогащенные руды загружают в плавильные печи, или тигли. Добавляют определенное количество угля, известняка и плавят. При температуре 270—280° висмут освобождается от окислов серы, плавится и получается чистый металл.
Руды, содержащие малое количество висмута, а также шламы (осадки), оставшиеся при получении олова, свинца и других металлов, в которых содержится висмут, обрабатываются соляной кислотой, в результате чего получается хлористый висмут BiOCl. Хлористый висмутил сплавляют с содой и известью и получают чистый висмут.
Свойства висмута. Висмут имеет серебристобелый, с красноватым оттенком цвет. Удельный вес его 9,8. Температура плавления 271°, температура кипения 1420°. Электропроводность низкая, теплопроводность равна 2. Теплопроводность ниже, чем у олова и свинца, в 2 раза. Усадка при затвердевании из расплавленного состояния 3,3%. Состояние усадки важно учитывать при отливке штампов. Коэффициент линейного расширения 0,0000134. Твердость по Бринелю 35 кг/мм
, по шкале Мооса 2,5. Удлинением и временным сопротивлением не обладает ввиду кристаллического строения и хрупкости.
В условиях обычной среды воздуха висмут окисляется медленно, но хорошо растворяется в азотной и серной кислотах,.
При накаливании висмут горит ярким голубоватым пламенем с выделением белого дыма.
Применение висмута. Висмут входит в состав легкоплавких сплавов для получения штампов. Введенный в состав сплава висмут понижает усадку штампов и придает им твердость.
Сплав 20% висмута и 80% ртути хорошо прилипает к стеклу и применяется иногда для серебрения стеклянных поверхностен. Для спаивания стекла с металлом можно пользоваться сплавом: 50% свинца, 37,5% висмута и 12,5% олова.
Легкоплавкие сплавы с содержанием висмута используются для противопожарной арматуры, в сигнальных приборах. Соли висмута применяются в медицине.
Кадмий. Кадмий (Cd) относится к группе низкоплавких металлов. В природе встречается в виде цинково-кадмиевых руд и кадмиевой обманки CdS.
Добыча кадмия производится методом восстановления. Из полученного цинково-кадмиевого сплава кадмий отделяют путем нагревания сплава до температуры кипения кадмия (778°). Кадмий в виде паров собирают и конденсируют в чистый металл, цинк остается в расплавленном состоянии, так как температура кипения цинка 918°.
Процесс получения кадмия из цинково-кадмиевых руд производится одновременно при выплавке цинка из руды. Печь для выплавки цинка делается из огнеупорного материала, внутри печи расположены шамотные реторты, в которые загружают руду и мелкий уголь. Реторты имеют наклонное расположение для стекания выплавленного жидкого металла в конденсаторы. К конденсаторам присоединяются металлические насадки, они имеют вид реторт. В насадках собирается выплавленный кадмий.
Выплавка цинка производится при температуре 850°, кадмий при этой температуре кипит, улетучивается из печи и конденсируется в насадках. Если при выплавке кадмия в составе его будет, содержаться частично цинк, тогда пользуются перегонкой металла.
Свойства кадмия. Кадмий — металл серебристосиневатого цвета, очень похож на олово. Удельный вес 8,6. Температура плавления 320°, температура кипения 778°. Механические свойства кадмия очень похожи на свойства олова. Усадка кадмия при плавлении 4,7%. Скрытая теплота плавления 11. Коэффициент линейного расширения 0,000030.
Твердость кадмия по Бринелю 6 кг/мм
, по шкале Мооса 1,8; обладает высокой ковкостью, временное сопротивление 4,5 кг/мм
, удлинение 15%- Кадмий — очень мягкий металл, хорошо режется ножом. Во влажной среде воздуха кадмий окисляется, покрывается серой пленкой CdO, в соляной и серной кислотах растворяется хорошо.
Если нагреть кадмий до температуры красного каления (800—900°), он сгорает красным пламенем, образуя окись кадмия. При кипении и сгорании пары кадмия ядовиты для организма.
Применение кадмия. Способность кадмия плавиться при низкой температуре позволяет широко применять его для сплавов. Сплавы используются для штампов при изготовлении металлических коронок и других деталей протезов.
При составлении золотых сплавов, особенно высокопробных припоев, кадмий, введенный в состав сплава в количестве 5—6%, понижает температуру плавления от 130 до 150°, почти не изменяя свойств припоя. Введение кадмия в состав золотого сплава, припоя требует определенного навыка. При температуре плавления золота, серебра, меди — основных составных элементов припоя — кадмий, имея температуру кипения 778°, улетучивается. Значит, ввести путем обычного плавления в сплав кадмий нельзя.
_Для введения кадмия в сплав припоя можно рекомендовать следующие способы. Нужное количество кадмия отвешивают на весах, завертывают в бумагу и к моменту, когда сплав расплавлен, бросают в тигель в бумаге. Часть кадмия сгорит, а большой процент войдет в состав сплава.
Второй способ основан на диффузном введении кадмия в сплав. Золотой сплав припоя развальцовывают на вальцах до толщины 1,5 мм. На один конец пластинки кладут нужный кусочек кадмия, а с другого конца нагревают паяльным аппаратом. При температуре 320° кадмий плавится, растекается по пластинке, диффундируя в ее толщу. Затем пластинку свертывают в трубку и плавят в тигле.
Сурьма. Сурьма (Sb). Промышленными сурьмяными рудами являются стибнит SD2S3, сурьмяный блеск. Месторождения сурьмы распространены в Грузии.
Добыча металла производится способом окисления стибнита до окиси сурьмы с последующим восстановлением.
Добываемая руда обогащается и подвергается плавлению в присутствии кислорода воздуха и водяного пара, образуется летучее соединение БЬгОз, которое конденсируют при охлаждении.
Окисел сурьмы смешивают с углем, нагревают до температуры 650—700°, при этом происходит выплавление сурьмы.
Чистый металл можно получить методом сплавления сурьмяного блеска с железными опилками при температуре плавления сурьмы. Сера, входящая в состав сурьмы, соединяется с железом, образуя сернистое железо. Сурьма выплавляется в чистом виде. Реакция протекает по следующему уравнению.
2Sb
S„ + 90
= 2Sb
0
+ 6SO
2Sb,O + ЗС = 4Sb + ЗСО.
.
Свойства сурьмы. Сурьма — серебристо-белый металл с голубоватым оттенком, на линии излома имеет кристаллическое строение, очень хрупкий. Удельный вес 6,69. Температура плавления 630°, температура кипения 1440°, электричество проводит плохо. Усадка низкая— 0,29%. Коэффициент линейного расширения 0,000017.
Такие свойства, как малая усадка и низкий коэффициент расширения, позволяют применять сурьму в сплавах для отливки точных штампов.
Твердость по Бринелю 38,4 кг/мм
, по шкале Мооса 3—3,5. Удлинением и временным сопротивлением сурьма не обладает вследствие большой хрупкости.
В условиях атмосферного воздуха сурьма не окисляется, в царской водке и азотной кислоте растворяется.
Применение сурьмы. В зубопротезной технике сурьма входит в состав легкоплавких сплавов для изготовления штампов. Сурьма, введенная в сплав, понижает температуру плавления сплава. Сурьмяные сплавы применяются для типографских целей и при изготовлении подшипников.
Химические соединения сурьмы используются в резиновой, стеклянной и лакокрасочной промышленности.
Магний. Магний (Mg) в природе встречается в виде нескольких минералов. Наиболее распространенными являются магнезит MgCCb, доломит MgC03` СаСОз, карналлит MgGl
• К.С1 • 6Н
0. Магний входит в состав талька и асбеста. Месторождение магния в Советском Союзе находится в Пермской области, в районе Соликамска.
Добывают магний путем электролиза из карналита или из окиси магния. Кроме электролитического метода, применяется электротермический метод. Он основан на восстановлении окиси магния MgO с измельченным углем в дуговой электрической печи при очень высокой температуре (2000°).
Выделившиеся пары магния при выходе из печи осаждаются охлажденным водородом. Осажденный магний в виде пыли сплавляют.
Свойства магния. Цвет магния беловатотусклый. Удельный вес 1,74. По удельному весу магний является самым легким металлом, применяемым в промышленности.
Температура плавления магния 650°, температура кипения 1126°, теплопроводность 34,4, коэффициент линейного расширения 0,000026, удлинение магния 6—9%, теплоемкость 1,74, в холодном состоянии непластичен, прокатывается в листы и вытягивается в проволоку только в нагретом состоянии. Твердость магния 2,6 по шкале Мооса. Прочность на разрыв 7—10 кг/мм
В химическом отношении магний неустойчив, во влажном воздухе быстро окисляется, покрывается белой пленкой. При нагревании в присутствии кислорода воздуха магний воспламеняется и горит ярким белым пламенем.
В кислотах хорошо растворяется.
Применение магния. В чистом виде магний в промышленности и зубопротезной технике не применяется. Магний входит в состав многих сплавов цинка, алюминия, меди.
При изготовлении припоя для нержавеющей стали магний вводят в его сплав.
Учитывая свойства магния как сильного окислителя при нагревании, его используют как флюс при плавке никеля. Никель в присутствии магния при плавлении не окисляется.