《口腔材料學(xué)》教學(xué)PPT

《口腔材料學(xué)》教學(xué)PPT,口腔材料學(xué),口腔,材料,教學(xué),PPT 第 八 章Casting Alloys口腔材料教研室2014年11月27日掌握金屬的一般性質(zhì)金屬的結(jié)晶結(jié)構(gòu)合金金屬的熔融與凝固鑄造用金合金鎳鉻鑄造合金熟悉金屬鍵相圖的基本知識鑄造用金銀鈀合金鑄造用銀鈀合金鈷鉻鑄造合金了解鑄造用銀合金鑄造鈦及鈦合金主要內(nèi)容第一節(jié)金屬材料基礎(chǔ)（Basic theory of metal）一. 金屬的一般性質(zhì)（general character of metal）二. 金屬鍵（metallic bond）三. 結(jié)晶結(jié)構(gòu) ( crystal structure)四. 合金 (alloy)五. 熔融與凝固 (fusing and concretion)六. 相圖的基本知識 (basic knowledge of phase diagram)第二節(jié)貴金屬鑄造合金（Noble metal casting alloys）第三節(jié)非貴金屬鑄造合金（Base metal casting alloys）一. 金屬的一般性質(zhì)（general character of metal）第一節(jié)金屬材料基礎(chǔ)（Basic theory of metal）1. 固體狀態(tài)時呈結(jié)晶狀。2. 具有金屬光澤。3. 是電和熱的良導(dǎo)體。4. 密度大。5. 不透明。6. 受力時，塑性變形較大，富有延展性。7. 離子化時形成陽離子，易被氧化，氧化物多數(shù)顯堿性。8. 合金化可改變性能。9. 通過熱處理可以改變組織形態(tài)，改變性能。金屬鍵金屬鍵（metallic bond）由金屬正離子和自由電由金屬正離子和自由電子之間相互作用（吸引與排子之間相互作用（吸引與排斥）而產(chǎn)生的結(jié)合。斥）而產(chǎn)生的結(jié)合。金屬鍵沒有方向性，沒金屬鍵沒有方向性，沒有飽和性，所以金屬原子結(jié)有飽和性，所以金屬原子結(jié)合在一起總是趨于最緊湊、合在一起總是趨于最緊湊、最致密的狀態(tài)。最致密的狀態(tài)。1. 金屬的延展性2. 金屬的導(dǎo)電性3. 金屬的導(dǎo)熱性4. 金屬的不透明性5. 金屬具有金屬光澤二. 金屬鍵（metallic bond）金屬鍵可以解釋金屬鍵可以解釋三三. . 結(jié)結(jié) 晶晶 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)( crystal structure)晶格（Crystal lattice）：描述原子在晶體中排列方式的空間格子。晶胞（Crystal cell）：晶格中，最小單元的空間格子。圖6-1晶晶 體體晶晶 胞胞晶晶 格格圖45三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)體心立方（Body-centered cubic）面心立方（Face-centered cubic）密排六方（Hexagonal close-packed）Cr、 a a-Fe、 d d-Fe、 Mo、 W 、V、b b-Ti 等等Al、g g-Fe、Cu、Ag、 Au 、Pb、Ni 等等Zn、Mg、Be、Cd、a a-Ti、a a-Co 等等只有一種晶格結(jié)構(gòu)的金屬只有一種晶格結(jié)構(gòu)的金屬: Al、Cu、Pb、Zn、Ag具有多種晶格結(jié)構(gòu)的金屬具有多種晶格結(jié)構(gòu)的金屬: Fe、Mn、Ti、Co、Sn晶胞中的原子數(shù)晶胞中的原子數(shù)246四. 合金(alloy)合 金 (alloy)：兩種或兩種以上的金屬，或者金屬與非金屬熔合而成的物質(zhì)。相 (phase)：合金中化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)和性能相同的部分。相與相之間有明顯的界面。組 元 (constituent)：組成合金的獨立的最基本的單元。組元可以是純金屬或非金屬，也可以是穩(wěn)定的化合物。合金中的組元互相溶解，在固態(tài)下形成的均勻固相。（一）固溶體(solid solution)無限固溶：溶質(zhì)與溶劑能夠以任何比例互溶。有限固溶: 溶質(zhì)只能按照一定比例與溶劑互溶。 保持晶格不變的組元稱為溶劑（solvent）晶格消失的組元稱為溶質(zhì)（solute）合金的組織結(jié)構(gòu) 固溶度與溶質(zhì)和溶劑之間的晶格類型以及原子的大小等因素有關(guān)。置換固溶體（substitutional solid solution）溶質(zhì)原子在固溶體中占據(jù)節(jié)點位置。間隙固溶體（interstitial solid solution）溶質(zhì)原子位于晶格的間隙中。固溶體的分類溶劑原子溶質(zhì)原子置換固溶體溶劑原子溶質(zhì)原子間隙固溶體Au-Ag合金、Ag-Pd合金、H、B、C、N、O元素隨溶質(zhì)原子的溶入，引起溶劑晶格常數(shù)的改變及晶格崎變，導(dǎo)致合金強度、硬度升高的現(xiàn)象。固溶強化：化合物是合金組元間發(fā)生相互作用而生成的一種新相, 其晶格類型和性能完全不同于任一組元。金屬間化合物金屬間化合物(intermetallic compound)（二）（二）化合物(compound)合金中的化合物可以由金屬元素和非金屬元素組成；這種化合物一般都硬而脆，使合金的硬度、強度提高，韌性下降?；衔锏男再|(zhì)金屬組元間形成的化合物。例如：銀汞合金中的Ag3Sn相是Ag與Sn組成的金屬間化合物。用于制作正畸絲的Ni-Ti合金是金屬間化合物。熔化 ( melt ): 金屬從固態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)的現(xiàn)象。五. 熔融與凝固(fusing and concretion)純金屬有確定的熔點；合金只有熔化溫度范圍，沒有確定的熔點。凝固 ( solidification ): 金屬從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過程金屬是否都有各自的熔點？金屬凝固的過程金屬結(jié)晶的過程熔化從晶界開始，因為晶界是最后凝固的，即熔點較低，所以熔化時首先熔化。晶界存在一些雜質(zhì)。晶界熔化后可起助熔作用。純金屬結(jié)晶過程結(jié)晶（Crystallize）：金屬凝固形成晶體的過程。晶核（Crystal Nucleus）：液態(tài)金屬中首先形成的極微小晶體。晶粒（ Crystal ）：由晶核長成的形狀不規(guī)則的晶體。晶界（Grain boundary）：晶粒與晶粒之間的界面。高溫低溫純金屬的純金屬的實際結(jié)晶溫度實際結(jié)晶溫度 Tn總是低于其總是低于其平衡結(jié)晶溫度平衡結(jié)晶溫度Tm的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。過冷（supercooling ）T = Tm Tn過冷度T金屬結(jié)晶的過冷現(xiàn)象從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔鄷r，熔融物結(jié)晶所放出的熱量。結(jié)晶潛熱（heat of crystallization ）平衡結(jié)晶溫度固態(tài)液態(tài)結(jié)晶六. 相圖的基本知識(basic knowledge of phase diagram)相圖 ( phase diagram) 、狀態(tài)平衡相圖（equilibrium phase diagram)用于表示材料的平衡相與成分和溫度之間的關(guān)系。相圖可以表示各種濃度的合金在各種溫度下的組織狀態(tài)?；镜亩秃辖鹣鄨D勻晶相圖共晶相圖包晶相圖合金合金合金二元合金的狀態(tài)平衡圖時間時間溫溫度度溫溫度度成分成分六. 相圖的基本知識(basic knowledge of phase diagram)相圖制作方法a二元合金相圖（binary alloy phase diagram）的基本形式勻晶相圖 （isomorphous phase diagram )共晶相圖 （eutectic phase diagram ）包晶相圖 （peritectic phase diagram ）（一）勻晶相圖（isomorphous phase diagram）勻晶系統(tǒng) （isomorphous system)組元在液態(tài)和固態(tài)均能無限固溶的合金系統(tǒng)。在非平衡結(jié)晶狀態(tài)下，固化后的合金成分來不及擴散，所以固溶體結(jié)晶內(nèi)的成分也是不平衡的。下曲線：液相線（liquidus）上曲線：固相線（solidus）TAg-Au, Ag-Pd, Cr-MoCu-Ni，F(xiàn)e-Ni（二）共晶相圖（ eutectic phase diagram ）共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變 （eutectic reaction）從液體中同時結(jié)晶出兩個或兩個以上固相的過程。TTcC C1 1C C2 2gAg-Cu, Sn-Pb, Pb-SbAcb: 液相線adeb: 固相線df: B在A中的溶解度曲線eg: A在B中的溶解度曲線水平線dce：共晶轉(zhuǎn)變線c點：共晶點（二）共晶相圖（ eutectic phase diagram ）共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變 （eutectic reaction）從液體中同時結(jié)晶出兩個或兩個以上固相的過程。C點為共晶點溫度低于c點，成分相當(dāng)于c點的液相同時結(jié)晶出成分與d點相對應(yīng)的a相，以及成分與e點相對應(yīng)的b相。兩個相的混合物。TTcC C1 1C C2 2gAg-Cu, Sn-Pb, Pb-Sb（二）共晶相圖（ eutectic phase diagram ）共晶產(chǎn)物C1: a + bTTcC C1 1C C2 2gC2: (a+b) + b + aIIC0: (a+b)（三）包晶相圖（peritectic phase diagram）包晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變 （peritectic reaction）液相與先析出的固相作用形成另一新固相的轉(zhuǎn)變。adb: 液相線aceb: 固相線cf: B在A中的溶解度曲線Eg: A在B中的溶解度曲線水平線dce：包晶轉(zhuǎn)變線c點：包晶點Fe-C, Cu-Zn, Cu-SiAl-Mn, Ag-Sn, Ag-PtTgB%C0C1C2（三）包晶相圖（peritectic phase diagram）包晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變 （peritectic reaction）液相與先析出的固相作用形成另一新固相的轉(zhuǎn)變。c點為包晶點溫度低于c點，液相和b相全部消失，只剩下新生成的a相。繼續(xù)冷卻，由于B組分在a相中的溶解度隨溫度下降而減小，將不斷地從a中析出次生相b 。TgB%C0C1C2（三）包晶相圖（peritectic phase diagram）包晶產(chǎn)物C1: a+bC2: a+b+a+bC0: a+bTgB%C0C1C2主要鑄造貴金屬合金第二節(jié)貴金屬鑄造合金（Noble metal casting alloys）主要貴金屬元素金（gold）、鉑（platinum）、鈀（palladium）、銥（iridium）銠（rhodium）、鋨（osmium）、釕（ruthenium）鑄造用金合金（gold casting alloy）鑄造用金銀鈀合金（gold-silver-palladium casting alloy）鑄造用銀合金（silver based casting alloy）鑄造用銀鈀合金（silver-palladium casting alloy）第二節(jié)貴金屬鑄造合金（Noble metal casting alloys）在干燥的空氣中有良好的金屬質(zhì)表面。 易與硫反應(yīng)，形成硫化物； 在加熱及鑄造、焊接的過程中不易發(fā)生氧化、失澤和腐蝕。貴金屬的特性AuAgCuPdPtZn其他金鉑合金65775161611120K83.55692018K75.049910616K67.79141416314K58.382712193625烤瓷金合金778813112818 41617In、Sn（wt%）一. 鑄造用金合金（gold casting alloy）（二）組成一. 鑄造用金合金（gold casting alloy）（三）各組分的影響組元組元熔點熔點()()作作用用金1064最好的化學(xué)穩(wěn)定性、延展性。隨其它元素添加顏色趨白，熔點提高，延展性下降。銀962對強度、硬度、延展性、熔點的影響小，降低銅紅色。銅1083使合金具有通過熱處理改變機械性能的性質(zhì)。使顏色發(fā)紅，硬度、強度增加，熔點降低。鉑鈀1755使合金的熔點上升，降低熱膨脹系數(shù)，使合金的顏色變白，鉑可提高合金的彈性模量。鋅420一般作為氧化劑使用?？山档腿埸c，增加流動性。一. 鑄造用金合金（gold casting alloy）（四）熱處理1. 軟化熱處理均勻加熱，使組織成為單項固溶體，急冷后使修復(fù)體軟化。 硬度、拉伸強度、比例極限下降，延伸率提高；處理方法：70010 加熱10分鐘后，水冷。2. 硬化熱處理合金中的結(jié)晶析出物阻礙晶格滑移，使合金硬化，強度提高。例：700-800 加熱10分鐘，300 -400 保溫15分鐘，爐內(nèi)冷卻。合金類型強度用途規(guī)定非比例拉伸強度（MPa）斷裂延伸率（%）低強度用于承受應(yīng)力很小的鑄件嵌體等修復(fù)體80 18中等強度用于承受中等應(yīng)力的鑄件嵌體、高嵌體全冠180 10高強度用于承受高應(yīng)力的鑄件高嵌體、橋、冠和鞍基270 5超高強度用于承受很高應(yīng)力和薄橫截面的鑄件鞍基、舌顎桿、卡環(huán)、套筒冠、鑄造單冠和活動義齒支架。360 3中華人民共和國醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YY 0620-2008 牙科學(xué) 鑄造金合金金含量60%貴金屬總量70%（五）鑄造用金合金的分類規(guī)定非比例延伸強度（MPa）斷裂延伸率（%）軟態(tài)硬態(tài)最小軟態(tài)最小硬態(tài)最小合金類型最小最大80180181802401224012300450103中華人民共和國醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YY 0626-2008貴金屬含量25%75%的牙科鑄造合金中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB 17168-2013牙科學(xué) 固定和活動修復(fù)用金屬材料合金類型軟硬程度用途屈服強度（MPa）延伸率（%）軟soft嵌體等修復(fù)體14018中medium嵌體及貼面14020018硬hard冠、短跨度固定局部義齒20134012極硬extra hard薄壁冠、長跨度固定局部義齒、可摘局部義齒34010四種型號金合金的性能(美國ANSI/ADA)二. 鑄造用金銀鈀合金（gold-silver-palladium casting alloy）金Au銀Ag鈀Pd銅Cu鋅Zn20485820101803成 分（wt%）拉伸強度（MPa）延伸率（%）硬度HB軟化狀態(tài)5105301520140165硬化狀態(tài)77086045250266性 能三. 鑄造用銀鈀合金（silver-palladium casting alloy）種 類組成（%）AgPdCuInZnAg-Pd-In4867102504162005Ag-Pd-Cu5558252981808銀鈀銦合金延伸率不足10%，用于制作嵌體和單冠。銀鈀銅合金的拉伸強度約為300580MPa，用于制作嵌體、橋體。質(zhì)量受鑄造技術(shù)影響較大。四. 鑄造用銀合金（silver casting alloy）銀鈀銦合金組成（%）AgPdInZnSn617901072401206銀錫鋅合金組成（%）AgZnSn6575920925銀銅合金組成（%）AgCu80901020第三節(jié)非貴金屬鑄造合金（Base metal casting alloys）一. 鎳鉻鑄造合金（Ni-Cr base metal casting alloy）合金以鎳為主要成分（35%86%），另含有鉻、銅、錳、硅等。鉻含量小于30%可以形成固溶體。鉻含量35%以上可以形成共晶。合金中的鉻含量為7%19%。鎳鉻合金屬于高熔合金。通過合金化，使熔點下降至12301330。（一） 組成一. 鎳鉻鑄造合金（Ni-Cr base metal casting alloy）編 號NiCrCuMnSiA71.5818.885.07B51.5615.3810.0721.041.95C78.2312.390.870.470.32D86.2110.902.89E76.607.9811.082.212.13F35.417.0123.8327.52(wt%)編 號硬度（Hv）屈服強度（MPa）拉伸強度（MPa）延伸率（%）A3165597321.0B2373484162.4C2083304166.4D2113345544.1E1442453437.9F2822100.3（二） 性能鑄造用鎳鉻合金的性能鑄造用鎳鉻合金的組成（一） 組成一. 鎳鉻鑄造合金（Ni-Cr base metal casting alloy）（三） 鑄造與打磨鑄造收縮率較高，可達(dá)1.82.3% （金合金1.7%），宜使用磷酸鹽包埋材料。流動性較差，易導(dǎo)致與包埋材料燒結(jié)、表面粗糙、鑄道不暢等缺陷。在惰性氣體保護(hù)下鑄造，防止合金元素氧化。鑄件打磨比較容易，應(yīng)精心依次打磨拋光，避免表面發(fā)生腐蝕、變色。二. 鈷鉻鑄造合金（Cobalt-Chromium base metal casting alloy）（一） 組成添加鎳元素，增加延展性，降低硬度。加入鉬元素，防止晶間腐蝕。添加錳、鋁、硅等脫氧劑。鈷cobalt4085鉻chromium1028鎳nickel328錳manganese07鉬molybdenum09鈦titanium09(%)鈷鉻合金的主要成分二. 鈷鉻鑄造合金（Cobalt-Chromium base metal casting alloy）（二）性能合 金屈服強度（MPa）拉伸強度（MPa）延伸率（%）密度（g/cm3）硬度（Hv）彈性模量（MPa）Co-Cr460640 5208206157.57.6330465 145220金合金（極硬）340（最?。?22101919590100Ni-Cr5597321.0144316合金最小的 延伸率（values for elongation）屈服強度（yield strength）彈性模量（elastic modulus）要求產(chǎn)品說明書中載明：（三） 鑄造與打磨鑄造溫度達(dá)13001400，加熱時避免碳含量增加。鑄造收縮率較高，1.82.3%，多采用磷酸鹽包埋材料，除利用固化膨脹、熱膨脹外，輔以吸水膨脹。鑄造溫度高，可提高合金的延伸率。但溫度過高，會因包埋材料燒結(jié)，導(dǎo)致鑄件表面粗糙。鈷鉻合金的打磨拋光比鎳鉻合金困難。二. 鈷鉻鑄造合金（Cobalt-Chromium base metal casting alloy）（一） 純鈦（pure titanium）表面可形成厚度小于1nm的穩(wěn)定氧化層。被破壞后可在幾納秒內(nèi)恢復(fù)。鈦具有良好的耐腐蝕性和生物相容性。鑄造特性較差，需使用含氧化鎂的包埋材料和惰性氣體保護(hù)。純鈦拉伸強度較低（250500MPa）。三. 鑄造鈦及鈦合金（Ti base metal casting alloy and Tialloy）密度（g/cm3）熔點（）拉伸強度（MPa）屈服強度（MPa）延伸率（%）純鈦4.5167725050044120Co-Cr合金7.57.61400520820460640615主要性能（二） 鈦合金（ titanium base alloy）口腔材料中使用的鈦合金 Ti-6Al-4V,牌號 TC4。鋁提高合金的耐熱性；釩改善材料的加工性，提高強度，保持良好的塑性。三. 鑄造鈦及鈦合金（Ti base metal casting alloy and Tialloy）（三） 鈦及鈦合金材料的主要優(yōu)點生物相容性好，不發(fā)生過敏等不良反應(yīng)。比強度高，在相同使用強度的條件下，可以是最輕的；彈性模量低，受力時可吸收較多的能量，減少對硬組織的破壞。600以下表面形成致密的氧化膜，與基體結(jié)合緊密，有較高耐腐蝕性。第一節(jié)金屬材料基礎(chǔ)（Basic theory of metal）第二節(jié)貴金屬鑄造合金（Noble metal casting alloys）第三節(jié)非貴金屬鑄造合金（Base metal casting alloys）第八章 鑄造合金一. 金屬的一般性質(zhì)（general character of metal）二. 金屬鍵（metallic bond）三三. 結(jié)結(jié) 晶晶 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)( Crystal structure)四. 合金(alloy)五. 熔融與凝固(fusing and concretion)六. 相圖的基本知識(basic knowledge of phase diagram)鑄造合金結(jié)束2014年11月27日