1

/ 2 0 1 1

41

T E C H N I K A

D E N T Y S T Y C Z N A

Analiza połączenia

warstw ceramicznych

z podbudową metalową wykonaną ze stali chromowo-niklowej

Stal to nic innego jak plastycznie obro-
biony i obrabialny cieplnie stop żelaza
z węglem, o zawartości węgla nie prze-
kraczającej 2,11%. Otrzymywana jest z su-
rówki w procesie świeżenia, który polega
na wypaleniu zanieczyszczeń zawartych
w surówce, w dodatkowym utleniającym
procesie metalurgicznym pozwalającym
na uzyskanie wysokiej jakości stali. Stal,
obok żelaza i węgla, zawiera również inne
składniki. Zalicza się do nich głównie
metale (chrom, nikiel, mangan, wolfram,
miedź, molibden, tytan). Pierwiastki, ta-
kie jak tlen, azot, siarka, oraz wtrącenia
niemetaliczne, głównie tlenków siarki
i fosforu, zwane są zanieczyszczeniami.

Stale pod względem zastosowania dzie-

limy na konstrukcyjne, narzędziowe i spe-
cjalne. Stal nierdzewna należy do stali
konstrukcyjnych o specjalnych właściwo-
ściach fizykochemicznych, charakteryzu-
jących się wysoką odpornością na korozję.
Jest ona stopem żelaza, chromu, czasem
niklu i innych metali. Wyróżnia się czte-
ry główne rodzaje stali nierdzewnych: au-
stenityczna, martenzytyczna, ferrytyczna
i ferrytyczno-austenityczna (duplex). Każ-
dy z wymienionych rodzajów składa się
z kilku gatunków. Stale ferrytyczne są sta-
lami chromowymi używanymi do wytwa-
rzania instrumentów lub części urządzeń.
Zawartość procentowa chromu waha się
od 15% do 25%. Martenzytyczne również
są stalami chromowymi o jego zawarto-
ści w granicy od 12% do 18% i wykorzy-
stywane są głównie do wyrobu narzędzi
i elementów ortodontycznych. Natomiast
stal austenityczna jest najczęściej używa-
na w stomatologii. Po raz pierwszy poja-
wiła się w roku 1912, gdy Eduard Maurer

TITLE



The analysis of the connection

between ceramic layers with a metallic
foundation made from chrome-nickel
steel

SŁOWA KLUCZOWE



stal 18/8, metoda

Sharpa, badania strukturalne
metalograficzne, mikroanaliza
rentgenowska

STRESZCZENIE



Celem pracy było

przedstawienie analizy połączenia
warstw ceramicznych z podbudową
metalową, wykonaną ze stali chromowo-
niklowej 18/8 metodą ciągnioną
(Sharpa).

KEY WORDS



18/8 steel, the Sharp

method, metallographic structural
analysis, electron microprobe analysis

SUMMARY



The aim of the work

is to present the analysis of the
connection between ceramic layers
with a metallic foundation made from
chrome-nickel 18/8 steel by means
of the Sharp method.

prof. dr hab. n. med. Maciej Hajduga*, inż. tech. dent. Tadeusz Zdziech**

S

tal jest materiałem

wykorzystywanym

w stomatologii na szeroką

skalę. Wytwarza się z niej
m.in. narzędzia i elementy
ortodontyczne. Autorzy
artykułu postanowili

wgłębić się w tę tematykę

i przeprowadzili analizę
połączenia warstw ceramicz-
nych z podbudową metalową,

wykonaną właśnie ze stali.

i Friedrich Krupp opatentowali produkcję
stali nierdzewnej 18/8, czyli zawierającej
18% chromu i 8% niklu (2).

Austenityczne stale kwasoodporne
W technice dentystycznej znalazły one
zastosowanie dzięki odporności na ko-
rozję w środowisku jamy ustnej oraz
nieuleganiu działaniu kwasów i związ-
ków chemicznych powstających pod-
czas gnicia i fermentacji pokarmów. Stal
chromowo-niklowa stosowana do celów
dentystycznych składa się z: 70-74% żela-
za, 18-20% chromu, 8-10% niklu i poniżej
2% węgla. W celu modyfikacji właściwo-
ści gotowego produktu do stopu dodawa-
ne są w małych ilościach składniki stabi-
lizujące, takie jak: tytan, mangan, krzem,
molibden, niob i tantal. Stal ta jest stopem
jednorodnym, zbudowanym z kryształów
mieszanych w regularnym układzie prze-
strzenno-centrycznym. Głównymi skład-
nikami stopu przeciwdziałającymi korozji
są chrom i nikiel. Wprowadzony do stali
chrom w ilości większej niż 13% powodu-
je skokową zmianę potencjału elektroche-
micznego z -0,6 V do +0,2 V. Dodatni po-
tencjał stopów, podobnie jak w metalach
szlachetnych, wpływa na dobrą odpor-
nością korozyjną, głównie w ośrodkach
utleniających, lecz gorszą w ośrodkach
redukujących.

Drugim, oprócz chromu, najważniej-

szym składnikiem stopowym stali odpor-
nych na korozję jest nikiel, który sprzyja
powstaniu budowy drobnoziarnistej
i podwyższa odporność stali na działanie
wielu środowisk korozyjnych, a zwłasz-
cza kwasu siarkowego i roztworów obo-
jętnych chlorków. W protetyce stal Vipla

P

RACA

RECENZOWANA

N

O W O C Z E S N Y

T

E C H N I K

D

E N T Y S T Y C Z N Y

42

T E C H N I K A

D E N T Y S T Y C Z N A

(od słów vie Platin – jak platyna) stoso-
wana była do wykonywania popularnych
przed laty koron ciągnionych i odlewów
stalowych. Obecnie znajduje zastoso-
wanie przy wyrobie drutu klamrowego,
łuków podjęzykowych i tłoczonych płyt
podniebiennych (3).

M

ATERIAŁY

PRZEZNACZONE

DO

BADAŃ

Badania makroskopowe przygotowano
na jednym stopie metalu pokrytym dwo-

ma materiałami ceramicznymi w grupie
badawczej przedstawionej w tab. 1.

Materiały ceramiczne
Badaniu poddano materiał ceramiczny
o nazwie Ceram Bond firmy Bredent.
Materiał ten jako warstwa pośrednia
został zastosowany w celu zwiększenia
przyczepności ceramiki do stopu poprzez
wyrównanie różnicy WRC (współczyn-
nik rozszerzalności cieplnej) pomiędzy
ceramiką a metalem (4).

Drugim materiałem poddanym ana-

lizie była ceramika Duceragold firmy
DeguDent, przeznaczona do napalania
na materiał metaliczny złota, którego
WRC wynosi 15,1 μm/m/°C (5).

Materiał metaliczny – stal CrNi
Badaniu poddano metaliczny chromo-
wo-niklowy materiał stalowy, zwany
w technice przemysłowej 18/8, z którego
produkowano metalowe gilzy. Służyły
one do wykonywania koron ciągnio-

1

Gilza stalowa

2

Gotowa

korona ciągniona

3

Wypia-

skowana korona ciągniona

4

Korona z naniesioną

warstwą Ceram Bondu

5

Analizowany fragment mikrostruktury na granicy metal – ceramika pow. 400x wraz z zaznaczonymi punktami 1-14

6

Analizowany fragment mikrostruktury na granicy

metal – ceramika pow. 400x, wraz z zaznaczonymi punktami 1-10

7

Analizowany fragment mikrostruktury na granicy metal – ceramika pow. 600x. Strona podniebien-

na korony

Wykres. 1. Widmo EDS z punktu 3 – metal, 20 μm od granicy
z metalem

Wykres. 3. Widmo EDS z punktu 14 – ceramika, 50 μm od gra-
nicy z metalem

Wykres. 2. Widmo EDS z punktu 11 – Ceram Bond,
10 μm od granicy z metalem

Wykres. 4. Widmo EDS z punktu 6 i 7 – ceramika, 3 μm od gra-
nicy rozwarstwienia

fot. autor

1

2

3

4

7

6

5

N

O W O C Z E S N Y

T

E C H N I K

D

E N T Y S T Y C Z N Y

44

T E C H N I K A

D E N T Y S T Y C Z N A

nych i elementów składowych mostów.
Tab. 2 i 3 przedstawiają skład chemiczny
i właściwości fizyczne stopu.

P

RZYGOTOWANIE

PRÓBKI

DO

BADAŃ

ANALIZY

POŁĄCZENIA

Podbudowę metalową (próbki do ba-
dań) wykonano metodą ciągnioną
z odpowiednio dobranej wielkościowo
gilzy stalowej, na pozytywie metalowe-
go słupka wykonanego z materiału ni-
skotopliwego – mellotu. Gilzę stalową
prezentuje fot. 1, zaś gotową podbudo-
wę metalową (koronę Sharpa) fot. 2.
Następnym etapem pracy było podda-
nie jej procesowi zdrowienia i rekry-
stalizacji w temperaturze 600°C przez
godzinę przy powolnym schłodzeniu.
Proces ten miał na celu zlikwidowanie
naprężeń w odkształconym plastycznie
materiale. Korona po wypiaskowaniu
piaskiem o gradacji 120 μm i przy ci-
śnieniu 4 barów została oczyszczona
przy pomocy urządzenia ciśnieniowo-
parowego i pokryta cienką warstwą
Ceram Bondu. Fot. 3 przedstawia wy-
piaskowaną koronę metalową, zaś fot. 4
koronę pokrytą Ceram Bondem (6).

Po pokryciu korony warstwą opakera

i wypaleniu jej zgodnie z zaleceniami
producenta napalone zostały kolejne
warstwy ceramiki Duceragold. Powsta-
je podbudowa metalowa z nałożonym
opakerem, następnie gotowa korona
ceramiczna na podbudowie stalowej
(7), która została zainkludowana w ży-

wicy epoksydowej. Na wyciętych prób-
kach w kształcie walców przygotowano
do obserwacji powierzchnie – szlify
(zgłady metalurgiczne).

W

YNIKI

BADAŃ

METALOGRAFICZNYCH

MIKROSTRUKTURY

Rozkład powierzchniowy poszcze-
gólnych pierwiastków występujących
w warstwie metal-ceramika (prób-
ka 1) zobrazowano na fot. 5 i 6 – stro-
na policzkowa zęba. Analizowany
punkt 3 znajduje się w części metalicz-
nej, punkt 11 w części Ceram Bondu,
punkt 14 w warstwie opakerowej, zaś
punkty 6 i 7 na stronie podniebiennej
korony, w warstwie ceramicznej na gra-
nicy ich mikrorozszczelnienia.

Analizę widma energodyspersyjnego

(EDS) z punktów 3, 11 i 14 strony po-
liczkowej korony zamieszczono na wy-
kresach 1-3, zaś strony podniebiennej
na wykresie 4.

Na fot. 7 przedstawiono defekty struk-

tury warstw metal-ceramika. Widoczne
mikropory i rozwarstwienia od strony
podniebiennej korony.

Wnioski
Na podstawie analizy wyników badań
można sformułować, co następuje:
– granica pomiędzy warstwą metalicz-

ną a Ceram Bondem jest ostra i świad-
czy o bardzo dobrej zwilżalności
podłoża,

– mikroanaliza rentgenowska połącze-

nia badanych materiałów wykazała
stopniową zmianę stężenia pier-
wiastków na granicy ceramika-metal;
świadczy to o wystąpieniu zjawiska
dyfuzji w badanych mikroobszarach,

– mikrorozwarstwienia w warstwie

ceramiki spowodowane były nieod-
powiednio dobranym WRC ceramiki
do stopu,

– mikropory w strukturze Ceram Bondu

świadczą o zanieczyszczeniach, które
dyfundowały ze stali do pierwszej
warstwy ceramiki – Ceram Bondu. 

*Akademia Techniczno-Humanistyczna

w Bielsku-Białej.

Wyższa Szkoła Inżynierii Dentystycznej

w Ustroniu.

**Wyższa Szkoła Inżynierii Dentystycznej

w Ustroniu.

Piśmiennictwo
1. Cebula D., Wideoman J.: Badania metalur-

giczne. Preparatyka i metody obserwacji.
Warszawa 1999.

2. Wesołowski K.: Materiałoznawstwo i obróbka

cieplna. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne,
Warszawa 1974.

3. Majewski S.: Protetyka stałych uzupełnień

zębowych. SZ-W, Kraków 1998.

4. Brezent – Ceram Bond – charakterystyka pro-

duktu.

5. DeguDent – Duceragold Kiss – charakterysty-

ka produktu.

6. Włosiński W.: Połączenia ceramiczno-metalo-

we. PWN, Warszawa 1984.

7. Craig R.G.: Materiały stomatologiczne, Urban

& Partner, 2006.

Analizowany

pierwiastek

Analizowane punkty

3

11

14

6 - 7

Zawartość wg [%]

O

0,00

61,71

60,85

59,89

Na

0,00

4,87

4,10

6,03

Al

0,00

4,26

4,74

5,98

Si

0,90

6,32

19,00

22,49

Ca

0,00

0,03

0,00

0,15

K

0,00

3,07

5,47

5,43

Ti

0,00

17,44

4,35

0,03

Zr

0,00

0,37

0,31

0,00

Cr

21,64

64,95

0,00

0,00

Ni

8,23

0,17

0,00

0,00

Zn

0,00

0,41

0,00

0,00

Mo

0,48

0,08

0,00

0,00

Fe

68,76

0,31

0,08

0,00

Sn

0,00

0,97

0,00

0,00

Ce

0,00

0,00

0,80

0,00

Tab. 4. Procentowa zawartość analizowanych pierwiastków próbki w warstwie
metalicznej i ceramicznej

Gilza metalowa

Korona uformowana metodą ciągnioną

Piaskowanie

Warstwa Ceram Bondu

Warstwy ceramiki

Analiza

Tab. 1. Etapy przygotowania materiału do badań

Fe

Cr

Ni

C

Mo

Co

Cu

74,0

18,0-20,0

8,0-10,0

< 0,07

1,0

<1,0

<1,0

Tab. 2. Skład chemiczny stali Vipla (%) wagowy

kolor

metaliczny biały

ciężar właściwy (g/cm

3

)

7,25

temperatura topienia (°C)

1400

WRC 25-500 (x10

-6

/°C)

17,5-18,5

twardość w skali Vickersa

270

Tab. 3. Właściwości fizyczne stali Vipla