Виды металлокерамики. Чем отличаются и почему

Чем отличаются и почему

На сегодняшний день существует несколько видов металлокерамики, применяемой в зубном протезировании. Попытаемся объяснить, чем отличается каждый вид металлокерамики от другого и какой рациональнее использовать в каждом конкретном случает. Начнем сначала с общих черт всех видов металлокерамики.

Металлокерамика эволюционировала постепенно, по мере появления новых материалов, технологий; и изменения представлений об эстетики, биосовместимости, разумности и целесообразности. Так постепенно появились многообразные виды металлокерамики. Но любой вид зубной металлокерамики покрыт керамикой. Которая обеспечивает великолепные эстетические и гигиенические требования. На сегодняшний день лучше, чем керамика, никакой другой вид материалов не дает такого прочного, естественного и долговременного результата воссоздания естества зубов.

Все виды металлокерамики имеют в своем составе не только керамику, но и внутренний каркас, который составляет основную прочность металлокерамики. Без него, прочность металлокерамики существенно меньше. Каркас не только повышает прочность конструкции, но и надежно герметизирует обработанный зуб от внешних воздействий.

Все виды металлокерамики в большей степени отличаются между собой своими внутренними каркасами, нежели поверхностным слоем керамики. Последняя тоже бывает разная, отличаясь прочностью, цветом, степенью прозрачности и естественности. Но именно разновидность каркасов обеспечивает самые существенные отличия между всеми видами металлокерамик.

Самый распространенный вид металлокерамики делается на металлическом каркасе. Металл для него используется специальный – стоматологический. Видов металлов для металлокерамик множество. Все они, конечно, не ржавеют и не окисляются. Идеальная ситуация – когда для определенного вида керамики используется специально предназначенный для нее металл. Это условие необходимо для получения максимальной прочности соединения металла и керамики. Из-за высокой прочности металлического каркаса, конструкция зубного протеза может быть любой протяженности с сохранением высокой прочности и надежности. Именно поэтому из всех видов металлокерамик, керамика на металле наиболее часто используемая в стоматологии.

На заре ее применения допускалось множество ошибок, из-за которых этот вид металлокерамики мог быть дискредитирован в глазах пациентов. Причин этого много: некорректная обработка зубов, неправильный выбранный вид конструкции, плохо подготовленные зубы, неточные слепки и тому подобное… Часто пациенты отмечали темный край коронки около десны. Но это врачебная ошибка – никак не связанная с самой металлокерамикой. Читать далее >>>

С развитием технологий появились другие виды металлокерамики – сначала на титане, потом на золоте и на оксиде циркона.

Титан – прочный и максимально биосовместимый металл. Но керамика на титане визуально выглядит так же, как и другие виды металлокерамики. Прочность титана выше других сплавов, но это не позволило делать каркасы более тонкими и меньшими по объему. Титан не отливается так же точно, как другие металлы. Поэтому, этот вид металлокерамики сейчас практически не применяется. Читать далее >>>

Другой вид металлокерамики – на золоте. Его преимущество в биосовместимости. Но прочность каркаса получается меньше, чем в других видах металлокерамики. Поэтому этот вид металлокерамики позволяет восстанавливать только небольшое количество отсутствующих зубов – один или два. Эстетически керамика на золоте выглядит так же, как и в других видах металлокерамик. Читать далее >>>

Следующий вид металлокерамики – на оксиде циркона. Точнее это совсем не металлокерамика, так как металла в ней нет. Но иногда ее все таки называют металлокерамикой. Скорее всего это происходит по инерции – слишком она похожа по технологии на другие виды металлокерамики – в ней есть и каркас и керамика. Оксид циркона – материал похожий на матовое стекло…

Металлокерамика — яд?

Береги зубы смолоду.

Металлокерамическая коронка состоит из двух частей — металлического каркаса и фарфоровой облицовки. Каркас обычно выполняется из сплава нескольких металлов: никеля, кобальта, хрома, молибдена, бериллия и галлия. В России из таких сплавов делается 90% всех коронок.

Марина Колесниченко, директор отделения лазерной стоматологии в Москве:

— Большая часть материалов, использующихся у нас в стране, — сплавы неблагородных металлов на основе никеля. А никель обладает общетоксическим действием на организм, кроме того, это мощный аллерген. Во рту этот металл подвергается коррозии и образует оксиды никеля и другие химические соединения, которые легко всасываются в организм через слизистую оболочку. Учеными доказано, что соединения никеля вызывают ряд неприятных явлений: снижение иммунитета (повышается восприимчивость к вирусным инфекциям), головные боли, заболевания печени и почек. А если у человека есть аллергия на никель, то возникает чувство дискомфорта во рту, боль, жжение, покраснение и припухлость десен.

Я считаю, что врачи просто обязаны предупреждать своих пациентов о возможных последствиях протезирования металлокерамикой. Тем более что эта процедура всегда платная и стоит немалых денег…

Как спастись от никеля?

Уже давно придуманы бионейтральные материалы, которые не проникают в организм и не вызывают аллергии. Это золотокерамика, титанокерамика, циркониевая керамика и стеклокерамика. У каждого из этих материалов тоже есть свои минусы. К примеру, стеклокерамика довольно хрупкая; из циркония получаются тяжеловатые коронки, они не годятся для зубов, ослабленных пародонтозом. А золото и и титан довольно дороги. Общий недостаток — то, что безопасные для здоровья коронки трудно найти на просторах Родины, повсюду засилье металлокерамики.

Если вы все-таки вынуждены поставить протезы из обычной металлокерамики, сначала отправляйтесь на прием к аллергологу — проверить реакцию организма на никель. Если она есть, остается еще один шанс — относительно недорогие коронки из сплава кобальта с хромом.

И уж в любом случае после установки коронок возьмите у стоматолога копию сертификата на медицинский сплав с указанием его состава. И последнее — если у вас уже есть металлические или металлокерамические коронки во рту, постарайтесь узнать, из каких металлов они сделаны. Иначе велик риск, что во рту у вас возникнет «гальваническая батарея» — прямой путь к дискомфорту и воспалительным явлениям.

КСТАТИ

80% судебных исков пациентов к врачам в России приходится на область стоматологии. Подавляющее большинство этих людей понесли ущерб именно от работы ортопедов.

40% населения страдает аллергией на никель. Если эта аллергия возникла у женщины детородного возраста, она передастся по наследству ее детям.

изготовление и установка на зуб

Найдена информация о 136 подходящих стоматологических клиниках. Как изготавливают металлокерамику? Плюсы и минусы металлокерамических коронок. Сроки службы металлокерамики и гарантии производителей.

Что такое металлокерамика и почему стоит знать, как ее делают

Металлокерамические мосты и коронки ― самые распространенные несъемные зубные протезы, в которых металлическая основа облицована керамикой. Их изготовление ― сложный, многоступенчатый процесс, в котором много тонкостей. Если их знать, проще выбрать качественную модель без переплаты.

На портале Stom-Firms.ru разбираем, из чего и как делают металлокерамические протезы, их достоинства и недостатки, сколько они служат и какую гарантию на изделия дают ортопеды.

Из чего изготавливают металлокерамику

Чтобы выдерживать жевательную нагрузку, каркас металлокерамического протеза должен быть достаточно прочным ― не менее 0,3-0,4 мм толщиной. Если делать тоньше, оно при жевании деформируется, а керамика потрескается. Для основы используют прочные сплавы:

• Неблагородные металлы: никель, хром и кобальт. Они надежны, не деформируются и стоят недорого. Но из-за постоянного контакта металла со слизистой, вокруг зуба появляется темно-синяя полоса и десна в этом месте быстро проседает, а иногда появляется аллергия и гальваноз. Черный цвет каркаса делает керамику молочной, не просвечивающей. В зоне улыбки искусственный зуб отличаются от собственных, поэтому больше подходит для бокового отдела челюсти.
• Благородные металлы. Золото, серебро, платина и палладий инертны, гипоаллергенны и обладают антибактериальным эффектом. Большую часть, до 90%, в них составляет золото, оно слегка просвечивает сквозь керамику, и весь металлокерамический протез смотрится естественно, поэтому их ставят во фронтальной зоне.
• Самый биосовместимый с организмом человека металл ― титан. Его тоже применяют в металлокерамике. Однако титан довольно капризен при горячей обработке: для него требуется специальная литейная установка и фрезы, определенная керамическая масса и навык работы специалиста.

Основу покрывают керамикой разных производителей. В ее состав входит кварц, каолин и полевой шпат в разных пропорциях. Некоторые фирмы разработали добавки, чтобы менять прозрачность и оттенки массы под натуральные зубы. Это позволяет стоматологам не обращать внимание на цвет каркаса.

Как изготавливают металлокерамические протезы

Чаще всего каркасы отливают. Литье ― традиционная горячая обработка металла. По слепкам делают рабочую модель челюсти, на которой формируют конструкцию из воска. Ее погружают в огнеупорный материал и отправляют в печь на обжиг. Воск плавится, а в образовавшиеся пустоты заливают расплавленный металл и он там твердеет. Когда конструкция остывает, ее очищают и подгоняют на рабочей модели. Так работают с соединениями золота и никеля с хромом.

Другой метод ― фрезерование, «холодное» вытачивание изделия на автоматизированном станке по технологии CAD/CAM. Специальная камера снимает ротовую полость изнутри или гипсовую модель, изготовленную на основе слепков, и посылает информацию в компьютерную программу. Смоделированную в 3D конструкцию станок без участия человека вытачивает из фабричных заготовок. Обычно они выполнены из титана и кобальто-хромового сплава.

Выполненный любым способом каркас покрывают несколькими слоями керамики, каждый из которых обжигают:

• Первый, опаковый, закрывает металл;
• Дентиновый формирует тело коронки и бороздки, благодаря которым зуб выглядит натуральным. Толщина и окраска слоя различается в середине, у десны и у режущего края;
• Эмалевый ― верхний. У натуральных резцов и клыков режущий край светопроницаем, поэтому у металлокерамического протеза его выполняют в основном из эмали.

Изделие примеряют во рту, если все нормально ― глазуруют, а затем фиксируют на цемент.

Чтобы неблагородные металлы не оказывали негативного влияния на десну и весь организм, протез из металлокерамики предлагают изготовить с плечевой массой. Для этого керамический слой словно «подворачивают» под металлический край, и коронка контактирует с ротовой полостью только фарфором. Трудоемкая методика значительно повышает стоимость металлокерамики, однако избавляет от аллергии, синей полоски под слизистой и явлений гальваноза.

Возможные дефекты металлокерамики

Иногда на последней примерке восстановленный зуб возвышается над всем рядом и стоматологу приходится его немного подшлифовать. Но если подпилить необходимо много, или коронка неплотно садится на культю и болтается на ней, это говорит о неверно снятых оттисках. Или о некачественной работе зуботехнической лаборатории, в которой не подгоняли систему несколько раз во время изготовления.

В этом случае лучше всего ― сделать коронку заново, так как можно спилить керамику вплоть до каркаса и привести в негодность всю конструкцию. Если же оставить дефектную коронку, она быстро расколется или испортит зуб-антагонист. А под неплотно прилегающую систему впоследствии попадают слюна и еда, которые начинают там гнить.

Ремонт металлокерамических протезов

Примерно у 10% людей в течение всей носки протезов из металлокерамики трескается или скалывается верхний слой. Это может случиться из-за того, что была нарушена технология обжига, врач не подогнал коронку перед последней примеркой или пациент любит грызть твердые продукты. Ремонтируют сколы металлокерамики прямо во рту на приеме.

Достоинства и недостатки металлокерамики

К минусам металлокерамических конструкций стоит отнести следующее:

• Может появиться аллергия;
• Возникает гальваноз ― микротоки между несколькими протезами из разнородных металлов. Вначале появляется постоянный привкус железа и жжение языка, в дальнейшем могут появиться новообразования;
• Необходимо значительно сошлифовывать зубные ткани под культю и депульпировать зуб. В результате он постепенно становится более хрупким и начинает разрушаться;
• Во фронтальной зоне система может выглядеть неестественно.

Однако положительных сторон в применении металлокерамики гораздо больше:

• Мосты прочны и выдерживают обычную жевательную нагрузку;
• Их эстетика не имеет решающего значения в жевательных отделах;
• Если свои зубы у пациента с низкой прозрачностью, металлокерамическую коронку вполне можно поставить и в зоне улыбки;
• Срок службы около 10 лет;
• Доступная стоимость;
• К новым зубам быстро привыкают, они не воспринимаются чужими.

Со временем металлокерамика не меняет цвет и не требует специфического ухода. Ее чистят как собственные зубы.

Срок службы и гарантия на металлокерамику

Гарантия, устанавливаемая клиниками на изготовленные металлокерамические протезы, обычно составляет год. За это время успевают проявиться все недостатки конструкции, поэтому рекомендуется до его окончания прийти на профилактический осмотр.

Сколько протез простоит во рту, зависит от многих факторов: способа изготовления каркаса и вида сплава, бренда керамической массы, опыта ортопеда и зуботехника и ответственности самого пациента. В среднем, срок службы металлокерамики на неблагородных металлах составляет 8-10 лет, золоте ― около 12 лет и титане ― около 15 лет.

Полезные разделы по теме

Мы собрали для вас информацию, где вы найдет информацию об изготовлении металлокерамической коронки:

Литература, используемая для статьи:

1. Цветной атлас. Базисная техника изготовления металлокерамических зубных протезов. Введение в технологию металлокерамики / М. Ямамото. ― М.: Издательство «Квинтэссенция», 2010 г.
2. Металлокерамические протезы / Е.Н. Жулев. ― Н.Новгород: Издательство НГМА, 2005 г. 

Автор статьи:

Наталья Александровна Козлова

Копирайтер информационного портала Stom-Firms.ru.
Специализируется на медицинских и стоматологических текстах.

Металл и керамика – путь навстречу друг другу

Керамика и металл – два материала, чей союз был предопределен и неизбежен, но как это часто бывает в истории, для того чтобы он произошел и возникла металлокерамика, потребовались тысячелетия.

Примитивная керамика была известна человечеству уже в древнейшие времена. Одни из первых настоящих керамических изделий относятся к Трипольской культуре, существовавшей в Дунайско-Днепровском междуречье (территория нынешних Украины и Молдавии) в V-III тысячелетиях до нашей эры. Однако наивысший расцвет этого материала произошел в Китае в VI-VII веках н.э. с изобретением особого состава, позволявшего производить изделия «белые как снег, облака и лепестки хризантем» — фарфора.

Основу фарфора составляет особый вид глины – каолин, составляющий 50% его состава. Два других компонента фарфора – полевой шпат и кремнезем. Несмотря на относительно несложный состав, секрет производства фарфора долгое время оставался «тайной за семью печатями». Китайцы ревниво оберегали свое изобретение, и немудрено — ведь экспорт фарфоровых изделий приносил им огромные доходы. Однако нет ничего тайного, что рано или поздно не стало бы явным.

Европейские государства, а также Россия не раз засылали своих агентов в Поднебесную с целью выведать технологию производства фарфора. Наибольшего успеха в этом добился миссионер-иезуит Дэнтерколль (d’Entercolles) в 1717 году, однако и ему удалось разузнать лишь самые основы процесса, недостаточные для его воспроизведения.

В результате европейцам пришлось изобретать фарфор заново. Первое производство фарфора было налажено в Германии Мейсоном в 1708 году, однако до настоящего китайского качества ему было еще далеко и, несмотря на гордое название, он представлял собой скорее белую «каменную» керамику наподобие фаянса и майолики. Основными компонентами мейсонского фарфора были каолин, кремнезем и алебастр (вместо полевого шпата). Подобные изделия производились и ранее, например англичанином Джоном Двайтом из Фулхема, который в 1671 году получил патент от короля Карла II.
Главное отличие фарфора от керамики состояло в прочности, которая позволяла изготавливать изделия с такими тонкими стенками, что они казались полупрозрачными. Тем не менее, секрет настоящего фарфора был, наконец, разгадан – практически одновременно в Европе и России, где начало производства фарфора связано с именами Д.И. Виноградова и М.В. Ломоносова.

И уже в 1774 году француз Дюбуа де Шеман изобрел особый состав, открывший дорогу применению фарфора в стоматологии. Это говорит о колоссальной востребованности и актуальности этого материала, позволявшего достичь невиданного прежде эстетического эффекта. Если бы в то время существовала металлокерамика, цены на нее были бы фантастическими. Однако до ее изобретения оставалось без малого двести лет.

В отличие от фарфора, металл, в первую очередь золото, использовался в стоматологии и протезировании с самых давних времен – с Древнего Египта и античных Греции и Рима.

История применения этого материала продолжилась в Средние Века и в эпоху Возрождения. Так в 1460 году итальянский врач Джованни Дарколани в своем трактате «Practica copiosa in arte chirurgica» предложил заполнять вычищенную полость кариесного зуба золотой фольгой, изобретя тем самым пломбу.

Золотыми проволоками укрепляли зубы, а начиная с 1809 года золото стали использовать для изготовления зубных имплантов. Таким образом, уже к середине XIX века сложились объективные условия для того чтобы металлокерамика зубы, частично или полностью разрушенные, успешно восстанавливала – для этого нужно было лишь поставить металлическую коронку и облицевать ее фарфором. Казалось бы, все просто, но для того чтобы это стало возможным, потребовался более чем столетний путь и множество технологических открытий и изобретений. Лишь в середине следующего ХХ столетия, после окончания Второй мировой войны появились первые настоящие металлокерамические коронки.

Соединением свойств метала и керамики как чрезвычайно актуальной проблемой занимались в те годы не только стоматологи, но и военные. Так в США главными заказчиками и спонсорами исследований в этой области стали ВВС страны. Эти исследования проводились учеными университетов Огайо, Иллинойса и университета Ратджерса. Именно военные, а не стоматологи придумали и само слово «металлокерамика». Однако авиационную промышленность интересовали именно композитные материалы на основе оксида магния, оксида алюминия и оксида бериллия, в то время как стоматологи пошли другим путем – не химическим, а технологическим соединением двух материалов в единой конструкции. Впервые металлокерамика коронки была продемонстрирована на Международной стоматологической выставке 1962 года и произвела фурор. Стоматологи всего мира с энтузиазмом восприняли новинку и бросились применять ее на практике.

Первые металлокерамические коронки были трехслойными, и именно они называются сегодня металлокерамикой первого поколения, просуществовавшей до 1990 года и уступившей место металлокерамике второго поколения – четырехслойной. В наше время в ведущих стоматологических клиниках применяются металлокерамические конструкции третьего поколения, обладающие принципиально новыми свойствами – высокой устойчивостью к перепадам температур, прочностью, надежностью, устойчивостью к кислотной среде и великолепными эстетическими качествами.

Химический состав стоматологической керамики — подробное описание

Качество и ассортимент продуктов из керамики и различных керамических систем, представленных сейчас на рынке, значительно ушли вперед, по сравнению с теми материалами, из которых приходилось изготавливать неприглядные конструкции из керамики, цельнокерамические коронки и примитивные металлокерамические реставрации. Фактически, стоматологам и зубным техникам сегодня доступен широкий спектр эстетических материалов различного состава, подходящих для любого варианта применения. Частный пример использования рассматриваемых материалов — это абатменты из диоксида циркония, которые занимают ведущее место в современной стоматологической практике. В данном случае конструкционные материалы применяемые в ортопедической стоматологии полностью безопасны.

Но с этим широким спектром продуктов добавляется сложность понимания отличий между разными химическими веществами. В этом отношении порой сложно оценить роль все еще применяемых металлокерамических реставраций наряду с альтернативными технологиями, а именно, множеством различных цельнокерамических систем протезирования. Без сомнения, цельнокерамические реставрации становятся все более популярными в общей практике. 

Тем не менее, остается большое количество клинических ситуаций, когда хорошо выполненные металлокерамические реставрации продолжают обеспечивать достойный долгосрочный результат, и при этом не приходится жертвовать эстетикой (Рис. 2-1 и 2-2). Таким образом, в этой главе подробно изложены основные понятия, касающиеся стоматологических фарфоров, особенно полевошпатной керамики, используемой для изготовления металлокерамических реставраций. 

На этом основана Глава 10, которая иллюстрирует, как использовать технологию изготовления металлокерамики для достижения эстетических результатов, которые конкурируют со многими цельнокерамическими системами.

Терминология

Учитывая сложность данной темы, стоит начать с обзора некоторых ключевых терминов, используемых в речи, научных работах и описаниях продуктов, связанных, в частности, с керамикой и особенно с фарфоровыми массами. Термины, используемые для описания различных материалов, применяемых в конструкциях (металлических и безметалловых) и формованных реставрациях, могут включать: керамику, стекло, стеклокерамику, стоматологическую керамику, фарфор и стоматологический (полевошпатный) фарфор.

Керамика

Как упомянуто в главе 1, под керамикой может пониматься что угодно, от глиняной посуды и глазурованного фарфора до стоматологических реставраций. Согласно одному определению, слово «керамика» относят к «искусству или технологии изготовления объектов из глины и аналогичных материалов, обработанных путем обжига». С точки зрения стоматологии, этот термин применяется к неорганическим кристаллическим материалам, которые обжигаются при высокой температуре (т. е. спекаются). Изготовление коронки из металлокерамики требует предварительного анализа условий эксплуатации изделия.

Даже при использовании в стоматологии без указания области применения или конкретных примеров, слово «керамика», как правило, имеет широкое значение. Это связано с тем, что данное понятие слишком неспецифично, чтобы отождествляться с конкретным стоматологическим продуктом или даже категорией неметаллических материалов. 

Например, этот термин может использоваться по отношению к продуктам, используемым для облицовывания каркасов (то, что некоторые называют двухслойной реставрацией), а также к материалам, используемым для изготовления цельных (т.е. монолитных) безметалловых реставраций.

С точки зрения материаловедения, керамика также может быть определена как «соединения, которые содержат металлические и неметаллические элементы». В целом, керамика лучше всего описывается как группа хрупких, твердых, огнеупорных, инертных материалов, хороших изоляторов (электрических и термических), что продемонстрировано в следующих примерах

Ломкие — характеристика материалов, слабых по структуре и нуждающихся в защите или усилении, чтобы функционировать в качестве реставрационного материала в среде полости рта.

Твердые — материалы, которые противостоят износу и механическим воздействиям, но потенциально могут принести больше вреда, чем пользы по отношению к другим реставрационным материалам и структуре зуба.

Инертные — материалы, которые считаются биосовместимыми, так как не разрушаются (то есть не подвергаются растворению) в полости рта; такие продукты не выделяют никакие элементы в слюну, не мигрируют в ткани прилегающей десны и не проникают ни в какие в органы, как это может происходить при использовании некоторых стоматологических сплавов (см. Главу 3).

Изоляторы — материалы, которые не пропускают электрический ток или изменение температуры и помогают защитить чувствительные ткани пульпы и десны

Огнеупорные — материалы, которые выдерживают многократное воздействие высоких температур (в определенных пределах), не претерпевая структурных и пространственных изменений.

Рис. 2-1a. 

На левом втором премоляре видны типичные проблемы, связанные с некачественно изготовленными металлокерамическими коронками: неудовлетворительный цвет, повышенная яркость и обнаженный металлический край после рецессии десны. Цельнокерамическая коронка (IPS Empress, Ivoclar Vivadent) на соседнем первом премоляре хорошо сочетается с окружающими интактными естественными зубами.

Рис. 2-1б. 

Вид цельнокерамической коронки и металлокерамическии реставрации с окклюзионной поверхности.

Рис. 2-1с. 

Напротив, одиночная металлокерамическая коронка на правом втором премоляре нижней челюсти соответствует по внешнему виду нетронутому первому премоляру, что демонстрирует, что металлокерамические реставрации могут быть как эстетичными, так и функциональными.

Рис. 2-2 

Левый первый моляр нижней челюсти — медиальная опора мостовидного протеза из трех единиц. Нанесение красителя на окклюзионную и придесневую поверхность керамики (для характеризации), в сочетании с глазурированием и окончательной полировкой, позволяет реставрации хорошо сочетаться с соседним левым вторым премоляром. В сравнении с более дорогостоящими методами срок службы коронок из диоксида циркония больше.

Стекло

Стекло представляет собой аморфный (то есть некристаллический) неорганический материал, в котором атомы и молекулы не располагаются по принципу правильной решетчатой структуры, как это происходит с кристаллическими твердыми веществами. Большая часть стекла, используемого в стоматологии, относится к семейству силикатов и основаны на диоксиде кремния (SiO2), который встречается в природе в виде кварца.

Стеклокерамика

Как следует из названия, стеклокерамика — это материал, который сохраняет некристаллическую (или аморфную) фазу стекла, наряду с частично кристаллизованной (прошедшую расстеклование) керамической фазой. При этом формирование кристаллов и их рост в стеклянной матрице контролируются. Включение кристаллической керамики в стеклянную матрицу делает материал более прочным и жестким, по сравнению со стеклянной фазой самой по себе.

Керамическая вкладка — для чего они нужны, стоимость и плюсы Керамическая вкладка представляет собой вставку из материала, близкого по характеристикам к естественным компонентам ротовой полости. Создается очень точная модель, которая надежно фиксируется в образовавшейся полости вследствие травмы или возрастных изменений структуры.

Стоматологическая керамика

Подобно тому, как термин «керамика» является всеобъемлющим, включающим в себя множество различных материалов, определение стоматологической керамики также достаточно неоднозначно, чтобы применяться ко всем типам керамических стоматологических продуктов. Этот термин был определен как неорганическое соединение металлических и неметаллических элементов, «созданное для изготовления всего протеза на керамической основе или его части». 

Все, от цельнокерамических реставраций до металлокерамических конструкций, может быть определено как стоматологическая керамика. Для ясности и сведения к минимуму возможного неправильного понимания, необходимо провести разграничения в устном и письменном общении (например, в наряде для зуботехнической лаборатории), чтобы сузить такое широкое определение до конкретного продукта или, по крайней мере, класса материалов.

Фарфор

Как правило, термин «фарфор» относится к керамическим материалам, первоначально полученным из комбинации каолина (т.е. глины), кварца и полевого шпата, которые обжигаются при высоких температурах (Рис. 2-3). Эти материалы иногда описываются как трехкомпонентный фарфор, который помимо обычной керамики и фаянса, также использовался в ранних стоматологических реставрациях (см. Рис. 2-3 слева).

Стоматологический фарфор

С точки зрения материаловедения, стоматологический фарфор состоит из некристаллической стеклянной матрицы и, по крайней мере, одной кристаллической фазы, а именно, лейцита (ключевой компонент, описанный ниже в этой главе). В начале и в середине 1800-х годов стоматологический фарфор не получил широкого распространения, частично из-за присутствия небольшого количества каолина, что приводило к неудовлетворительной эстетике (Таблица 2-1). Согласно некоторым сообщениям, керамические реставрации того времени были заметно матовыми и белыми.

Рис. 2-3 

Сравнение состава фаянса, керамики, фарфора и раннего стоматологического фарфора (слева), приведшего к появлению современных стоматологических фарфоровых масс (справа), в которых был удален каолин и добавлен глинозем.

Крупный прорыв произошел около 1838 года, когда Wildman разработал состав фарфора с небольшим количеством каолина или без него. Его стоматологический фарфор после обжига приближался к цвету и прозрачности естественных зубов. Очевидно, что была достигнута более приемлемая эстетика, когда содержание полевого шпата было увеличено с 25%- 30% (как в трехкомпонентных фарфорах) до целых 65%. Различные супраструктуры имплантов в случае с керамикой не будут проблемой.

Поскольку полевой шпат был основным компонентом, McLean утверждал, что было бы более уместно определить эти материалы как полевошпатный фарфор или полевошпатное стекло вместо того, чтобы называть их стоматологическими фарфорами. 

Yamamoto, в свою очередь, предпочитал описывать фарфоровые массы для металлокерамики как кристаллизованное стекло, учитывая тот факт, что современные стоматологические фарфоры состоят как из стеклянной матрицы, так и из сложной кристаллической фазы.

Современные стоматологические фарфоры содержат композитную структуру, состоящую из стекла, керамики и стеклокерамики. Кристаллокерамические и стеклокерамические компоненты добавляются для усиления и упрочнения стеклянной фазы и обеспечения совместимости облицовочных материалов с каркасом. Оксиды металлов необходимы для придания опаковости стеклокерамике и окрашивания керамических материалов.

Исторически, стоматологические фарфоры классифицировались в зависимости от температуры (диапазона) плавления на тугоплавкие, среднеплавкие и низкоплавкие. Но, поскольку эти три типа фарфора имеют совершенно разные химические составы и области применения в стоматологии, были необходимы методы классификации, помимо зависимости от температуры плавления.

Источник публикации: Random House. Ceramic. Dictionary.com Unabridged.

Металлокерамика — Стоматология в Подольске

Металлокерамика — искусственный материал, представляющий собой гетерогенную композицию металлов или сплавов с неметаллами (керамикой).
В стоматологии металлокерамикой называют несъемные зубные протезы (мостовидные протезы, коронки), представляющие собой прочный металлический каркас с нанесенной на него керамической массой.

Виды металлокерамики для зубов

Все виды металлокерамики имеют в своем составе не только керамику, но и внутренний каркас, который составляет основную прочность металлокерамики.

Разные виды металлокерамических протезов отличаются друг от друга прочностью, индивидуальной переносимостью, эстетическиими качествами и соответственно стоимостью. Качество изготовления и установки всех видов металлокерамики в нашей стоматологии на высшем уровне.

Материал	Преимущества	Недостатки
Коронки на основе хромо-никелевого сплава	Плюсом таких коронок является дешевизна, так как в качестве основы применяются неблагородные металлы: хром, никель или кобальт	Минусом этих коронок является возможность присутствия индивидуальной непереносимости (аллергических реакций)
Коронки на основе кобальт-хромового сплава
Коронки на основе золото-платинового (палладиевого) сплава	Плюсом таких коронок является лучшая прочность каркасного основания, за счет чего прекрасно переносятся жевательные нагрузки	Минусом этих коронок является значительно высокая стоимость
Коронки на основе титанового сплава

Выбор цвета для металлокерамических зубов

Для определения цвета используется шкала цветовых оттенков Vita. Эта шкала делит цвет зуба на четыре основных диапазона оттенков:

A (Красновато- коричневый цвет)
В (красновато- желтый)
С (серый)
D (красновато- серый)

Наш стоматолог вместе с вами выберет подходящую расцветку, внимательно проведя осмотр, подобрав цвет зубов при дневном освещении с помощью специальных светильников.

Изготовление металлокерамики и этапы работ по протезированию

Изготовление металлокерамики состоит из нескольких этапов. На первом (клиническом) этапе врач-стоматолог ортопед составляет план лечения и направляет Вас на первичную подготовку зубов к протезированию, которая заключается в полной санации полости рта и лечении корневых каналов опорных зубов. Далее следует препарирование — процесс «обточки» (подготовки) зубов, снятия слепка и фиксации временных коронок. На данном этапе очень важна квалификация стоматолога, т.к. допущенные ошибки впоследствии могут ухудшить состояние зубов.

На втором (лабораторном) этапе за дело берется зубной техник, который работает как ювелир. Сначала изготавливается каркас будущей работы. Он может быть отлит из разных сплавов – никель-хром, кобальт-хром, золото-палладий или титан. А далее на каркас наноситься специальное керамическое покрытие под цвет Ваших зубов. Сплав и керамика подбирается на персональной консультации с врачом в зависимости от Ваших потребностей, возможных аллергических реакций и состояния полости рта. Завершается установка несъёмного протеза фиксированием его на подготовленные зубы, с использованием специального цемента.

Примеры металлокерамических протезов — фото до и после

Фото 1 (восстановление одного верхнего переднего зуба): до и после установки металлокерамической коронки на имплантант.
Фото 2 (восстановление нижних жевательных зубов): до и после установки металлокерамического моста на имплантанты. 
Фото 3 (зубная вкладка под коронку): до и после установки металлокерамического моста на верхние зубы.

Уход и срок службы металлокерамических протезов

Металлокерамика и установленные мостовидные протезы не требует особенного ухода. Как и для своих зубов самое главное тщательная гигиена и профилактические осмотры у стоматолога.

Срок службы металлокерамических зубов 10 — 20 лет. Желательна регулярная (раз в год) пришлифовка жевательной поверхности металлокерамических коронок и мостов в соответствии с прикусом.

В нашей клинике предлагаются услуги по восстановлению металлокерамических зубов: исправление отколотой металлокерамики, устранение эффекта «синий десны» и т.д.

Цены на металлокерамические коронки

Стоимость коронок из металлокерамики вполне приемлема, учитывая гарантию качества в нашей стоматологии. Среднее время изготовления металлокерамики составляет от одной до двух недель. Есть возможность получить металлокерамику быстрее, но стоимость изменится.

10.7	Коронка металлокерамика	8 100,00р.
10.8	Коронка м/к с плечевой массой	8 950,00р.
10.9	Коронка м/к на винтовой имплантант	15 000,00р.
10.10	Коронка м/к на имплантант Astra Tech+ абатмент (цементная фиксация)	25 000,00р.
10.11	Коронка м/к на имплантант Astra Tech+ абатмент (винтовая фиксация)	20 000,00р.
→ перейти на прайс

Запись на бесплатную консультацию врача ортопеда

Обязательно ли вам устанавливать коронку? Или можно обойтись более щадящими методами восстановления зуба? Запишитесь на консультацию и узнайте.

Вопросы и отзывы о металлокерамике

Елена Юрьевна 15.10.2016 23:14
А у вас в стоматологии можно узнать, будет ли у меня аллергия на металлокерамику?

---

Ответ 15.10.2016 23:35

Уважаемая Елена Юрьевна, перед выбором металлокерамики врач ортопед предупреждает о возможности аллергической реакции на никель. Проверить есть ли у Вас аллергия может только врач аллерголог. Металлические протезы вызывают аллергию у малой части пациентов. В подобных случаях рекомендуется выбор цельнокерамической коронки.

Симптомами аллергии является жжение во рту, в области десен и языка, припухлость десны в области соприкосновения с коронкой и отечность.
Цитировать

---

Гость 14.12.2016 11:10

Попросите у стоматолога копию сертификата на сплав, из которого изготовлены коронки и его состав и аллерголог скажет есть ли реакция!

---

Иван Ю. 04.08.2020 13:01

Хорошая стоматология

---

Оставить свой вопрос или отзыв:

Минусы металлокерамики, которых нет у керамики

Обтачивание

Для установки металлокерамической коронки необходимо предварительное обтачивание здорового зуба на толщину будущей коронки, то есть на сумму слоёв металла и керамики, а это достаточно толстый слой, поэтому при обтачивании снимается большая часть коронковой части зуба и остаётся тонкая культя, которая обладает небольшой прочностью и подвержена риску перелома. Под безметалловую керамическую коронку производят минимальное обтачивание зуба, так как её можно сделать достаточно тонкостенной благодаря прочности современных видов керамики.

Депульпирование

В большинстве случаев по тем или иным показаниям производят депульпирование обтачиваемого зуба, то есть удаление нервов из его зубных каналов, что является дорогостоящей процедурой, и, если учесть стоимость депульпирования и стоимость металлокерамической коронки, то в сумме вы получите цифру, сравнимую с ценой безметаллового протезирования. Безметалловая керамика — это абсолютно неаллергенный и идеально совместимый с живыми тканями материал, поэтому он не будет негативно воздействовать на пульпу, следовательно, если протезируется живой, не депульпированный зуб, то его можно только обточить и не удалять нервы из его каналов, то есть оставить живым.

Эстетичность

Низкая эстетичность из-за того, что металлическая основа коронки не пропускает свет и протез выглядит непрозрачным и неестественным. Керамическая коронка является полупрозрачной, поэтому, когда она закрепляется на культю натурального зуба, то в целом протез и выглядит как натуральный зуб, что позволяет восстанавливать в том числе и передние зубы, которые должны удовлетворять абсолютной эстетике. Кроме того, современные керамические материалы для протезирования выпускаются в соответствии с базовыми цветами, идентичными натуральной зубной эмали, а специальные красители используются для придания коронкам индивидуальных оттенков и особенностей. Иными словами — современная керамическая коронка — это произведение искусства, она абсолютно неотличима от природных зубов.

Прочность

Несмотря на то, что керамическое покрытие коронки обладает повышенной прочностью, нередки случаи, когда при воздействии травмирующих факторов происходит его разрушение и скалывание, что влечет за собой ремонт или переустановку протеза. Керамические протезы достаточно редко разрушаются или откалываются благодаря тому, что вытачиваются целиком из блока керамики, который сам по себе является монолитным и очень прочным.

Аллергенность

На многих пациентов металл оказывает аллергическое и раздражающее воздействие, что особенно небезопасно в ротовой полости, так как ионы металла-аллергена, попадая в желудочно-кишечный тракт даже в незначительном количестве, вызывают там воспалительную реакцию, а непрерывность этого процесса переводит её в хроническую форму. Как уже было отмечено, безметалловая керамика — это абсолютно биологически совместимый с живыми тканями материал, который не вызывает аллергическую реакцию и не раздражает слизистую, поэтому такие протезы абсолютно безвредны для организма.

Десна

Строение металлокерамической коронки таково, что по краю её выступает тоненькая кромка металла, которая скрыта под десной. Пока десны здоровые, она не видна, но если происходит опускание или воспаление десны, то обнажившаяся металлическая кромка резко ухудшает эстетический вид зубного ряда и вызывает потемнение десны. Кроме этого, во рту присутсвует металлический привкус. Безметалловая керамическая коронка — это изделие, которое целиком состоит из керамики. Даже, если возникнут проблемы с деснами, то края таких коронок выглядят вполне эстетично и схожи с краями натуральных зубов.

Физические характеристики

Коэффициенты термического расширения зуба и металла различны, поэтому температурные колебания в полости рта могут вызывать неприятные ощущения и провоцировать сколы и трещины керамического покрытия. Структура и химический состав керамики обеспечивают максимальное сходство её физических параметров и природных зубов, а адгезивное крепление коронки с помощью специального цемента соединяет корень и коронку в одно целое. В результате получается зубной протез, который по своим свойствам настолько копирует природный зуб, что пациенты как по внешнему виду, так и по ощущениям могут не всегда с ходу его определить.

Мосты

Есть один относительный плюс металлокерамики — мосты из четырех и более единиц делаются только на металлической основе в силу гибкости металла. Но и это ограничение прекрасно преодолевается. При протезированиии больших промежутков без собственных зубов безметалловой керамикой в современной стоматологии используют протезирование на имплантах, что имеет дополнительное преимущество — не надо обтачивать те зубы, на которых бы держался металлический каркас моста.

Вес конструкции

Вес металлокерамической конструкции немного больше, чем безметалловой. Хотя это величина и незначительная, но если речь идет о большом количестве протезов, то разница вполне чувствительна.

Процесс изготовления

Изготовление металлокерамических коронок — достаточно длительный процесс, который включает в себя изготовление металлического каркаса и послойное нанесение на него керамики по соответствующим слепкам, затем следует обжиг в печи. Всё это занимает 2-3 недели. Безметалловые керамические коронки — это, на сегодняшний день, последнее слово в области зубного протезирования, поэтому в их производстве задействованы как новейшие, научно выверенные, материалы, так и современные цифровые и компьютерные технологии обработки исходных данных, моделирования и фрезерования. Из привычных всем процедур осталась только одна — снятие слепков зубных рядов пациента. Далее в лаборатории готовятся специальные оттиски, с них цифровой сканер считывает информацию и строит компьютерную модель зубов, затем техник программно моделирует будущие коронки, а фрезер по этой программе их вытачивает без участия человека, что обеспечивает высокую точность готовых протезов. В завершении надо придать коронкам индивидуальный рисунок и запечь в печи. Весь процесс изготовления нескольких единиц коронок можно, при необходимости, завершить за один день.

Стоимость

К абсолютным плюсам металлокерамики можно отнести только один — относительно невысокую стоимость, хотя это достаточно спорный вопрос. Если для металлокерамики использовать хороший безаллергенный металл, то её стоимость не будет низкой, а недорогие варианты из-за низкого качества обладают большим количеством недостатков и осложнений. А стоимость депульпирования живых зубов при необходимости приближает стоимость протезирования металлокерамикой к стоимости качественого безметаллового протезирования Стоимость керамических протезов на сегодняшний день относительно высока, но она вполне оправдана всеми их преимуществами.

Cermets — обзор | Темы ScienceDirect

1.4 Керметы

Керметы, микроструктуры которых представляют собой совокупность керамических частиц, связанных вместе небольшой долей металлической фазы, можно рассматривать как особый тип ГМК. Ключ к успеху металлокерамики в промышленном применении заключается в простоте их обработки. Обычно их получают смешиванием керамического и металлического порошков с последующим жидкофазным спеканием. Обычно керамические частицы имеют диаметр 1–10 мкм.Смешивание включает в себя операцию измельчения, при которой керамические частицы покрываются металлом. Обычно за этим следует холодное изостатическое прессование или литье под давлением для придания требуемой формы, а затем выдержка при подходящей температуре в вакууме, инертном газе или водороде. Во время жидкофазного спекания происходит перегруппировка частиц под действием капиллярных сил. Это может вызвать уплотнение в зависимости от степени смачивания. В некоторых случаях, особенно для керметов на оксидной основе, часто необходимо прикладывать одноосное или гидростатическое давление для устранения пористости.Это напоминает процессы инфильтрации расплава, используемые для формирования MMC, но очень высокое содержание керамики и мелкий масштаб структуры означают, что в отсутствие смачивания может потребоваться очень высокое давление, чтобы гарантировать, что жидкость течет во все полости.

Один из подходов к проблеме недостаточного смачивания заключается в намеренном стимулировании выбранных химических реакций во время спекания. Например, металлокерамика, такая как TiAl – TiB ₂ , может быть произведена с помощью процесса «XD» путем взаимодействия порошковых смесей, таких как алюминий, титан и бор.Более подробная информация о методах реактивной обработки приведена в Разделе 2.1 (d). Однако выраженная химическая реакция может вызвать трудности в виде неконтролируемых изменений объема, тепловыделения и образования нежелательной фазы. К счастью, соответствующие карбиды и нитриды (например, WC, TiC и т. Д.) В целом более стабильны, чем карбиды или нитриды связующих металлов (например, кобальта), поэтому существует несколько проблем, связанных с выраженным химическим воздействием во время спекания.

Может происходить некоторый ионный обмен металла, и в некоторых случаях наблюдается некоторая степень растворения керамики в металле и повторного осаждения при затвердевании.Такие процессы, вероятно, имеют эффект повышения прочности связи, но для большинства систем существует небольшая опасность образования толстых, хрупких межфазных реакционных зон во время спекания. Конечно, это в значительной степени связано с тем, что керметные системы были выбраны частично с учетом этой химической совместимости, поскольку нет тех же экономических ограничений и механических свойств матрицы, которые действуют при выборе компонентов для MMC. Матрицы на основе алюминия, титана и магния, обычно используемые для MMC, привлекательны в этом отношении, но очень реактивны в жидком состоянии, что часто приводит к проблемам во время этого типа обработки.

Время пришло для металлокерамики

Прошло некоторое время, но металлокерамические пластины, наконец, нашли свое место в качестве токарных инструментов в американских механических мастерских. Пользователи из США узнают, что для высокоскоростной чистовой обработки керметы работают лучше, чем твердосплавные пластины с покрытием, и их использование снижает затраты на обработку. Например, в одном заявлении производитель перешел с карбида с покрытием на пластины из кермета TNMG332 для токарной обработки стали 1043 и обнаружил, что количество деталей, обработанных на одну режущую кромку, увеличилось почти на 400% (рис. 1).Машинисты также находят постоянно расширяющееся количество областей применения, подходящих для металлокерамики. Достижения в разработке керметов расширили диапазон инструментальных материалов, а тенденция к производству почти чистой формы, требующему лишь небольшого удаления материала, увеличила количество применений, в которых можно получить выгоду от уникальных рабочих характеристик металлокерамики.

Керметы — гибридные материалы. Их название предполагает твердость, подобную керамике (часть названия «cer-«), с твердостью, подобную металлу (часть «-met»).Производители обычно используют карбид титана (TiC), нитрид титана (TiN) и карбонитрид титана (TiCN) для изготовления твердых изделий. Поскольку эти твердые изделия очень химически и термически стабильны, они придают металлокерамическому материалу высокую степень износостойкости. Состав кермета может также содержать вольфрам, тантал, никель, кобальт, алюминий, молибден и ванадий, а также другие материалы. Связующее обычно включает никель, кобальт и молибден. Прочность металлической связки придает кермету ударопрочность, превышающую ударопрочность исключительно керамического материала.Поскольку металлокерамика может противостоять ударам лучше, чем керамическая банка, металлокерамические инструменты имеют более широкий диапазон применения, чем керамические инструменты, и с меньшей вероятностью будут повреждены при точении с прерывистым резанием.

На рис. 2 сравниваются твердость и ударная вязкость металлокерамики на основе TiCN и других материалов для режущего инструмента. Как видно из его положения в центре группы материалов, металлокерамика обеспечивает баланс между твердостью и вязкостью. Его свойства помещают его в одну группу с карбидами и карбидами с покрытием, но он тверже, чем твердые сплавы.

Пользователи должны понимать, что металлокерамика не является универсальным режущим инструментом. Наиболее успешно они используются для чистовой и легкой черновой обработки. Керметы можно использовать для обработки большинства видов стали и нержавеющей стали. Керметы нельзя использовать для точения черновых копий. И, в зависимости от условий обработки и материала заготовки, следует избегать скорости подачи, превышающей 0,012 ipr, потому что более толстая стружка может повредить режущие кромки. Когда скорость подачи приближается к 0.010-0.012 ipr limit, скорость резки следует уменьшить.

Кермет Эволюшн

Присущая кермету

хрупкость всегда была проблемой для разработчиков, которые надеются, что сочетание твердых изделий и металлических связующих даст материал с желаемыми свойствами обоих. На протяжении многих лет производители металлокерамики смешивали ряд компонентов, пытаясь получить материал, который был бы прочным, устойчивым к окислению при высоких температурах и достаточно жестким, чтобы выдерживать удары.Производители режущего инструмента особенно интересовались поиском материала, который был бы достаточно твердым и достаточно твердым, чтобы выдерживать нагрузки и повышенные температуры, сопровождающие увеличение скорости и скорости подачи.

Рисунок 1: Один пользователь смог повернуть почти в четыре раза больше стальных валов на одну режущую кромку, когда он переключился с твердосплавных пластин с покрытием на металлокерамические пластины.

В 1956 году производители режущего инструмента возлагали большие надежды на новый металлокерамический сплав TiC / никель, содержащий молибден и углерод.Материал режущего инструмента мог хорошо работать при высоких скоростях и высоких температурах, но он не смог привлечь внимание пользователей, потому что металлокерамика не выдерживала прерывистого резания. Машинисты неизбежно сравнивали металлокерамические инструменты с более прочными инструментами из карбида вольфрама, которые были доступны тогда. Они увидели, что карбид вольфрама работает удовлетворительно, даже когда их работа связана со съемом тяжелых металлов, экзотическими материалами или более старыми и менее жесткими станками. Поскольку в этих же условиях металлокерамические инструменты были сколоты или расколоты, механики пришли к выводу, что карбид вольфрама является лучшим инструментальным материалом.В результате популярность металлокерамических режущих инструментов пошла на убыль.

Однако

японских пользователя придерживались иного мнения. Для них ограниченный ассортимент металлокерамики не был серьезной проблемой. В 1960 году, когда Mitsubishi, Sumitomo и Toshiba начали продавать металлокерамические вставки в Японии, инструменты быстро нашли свою нишу. Механическая обработка, близкая к сети, и новые, более жесткие станки были более распространены в Японии, а использование экзотических материалов для заготовок было гораздо реже. Принятие в Японии металлокерамических режущих инструментов побудило производителей в этой стране разрабатывать улучшенные пластины с добавлением карбида вольфрама и карбида тантала, чтобы сделать их более прочными.Однако они не смогли произвести металлокерамику, которая была бы такой же прочной, как карбид вольфрама, поэтому использование металлокерамических пластин по-прежнему ограничивалось легкой чистовой обработкой.

Еще один прорыв в свойствах металлокерамики произошел в 1973 году, когда японские производители начали добавлять TiN в твердые частицы пластины для создания металлокерамики с более тонкой микроструктурой. В результате этой модификации была получена пластина с повышенной жаропрочностью и стойкостью к окислению.

Высокоскоростной токарный инструмент

Все эти улучшения привели к созданию режущего инструмента для металлокерамики, который идеально подходит для пользователей, которые хотят увеличить скорость своих токарных станков при токарной обработке стали.При работе на высокой скорости трение между пластиной и заготовкой может повысить температуру режущей кромки до 1000 ° C. Такое тепло может быстро ухудшить механические свойства инструмента из карбида вольфрама. Но высокие температуры в меньшей степени влияют на твердость металлокерамики, прочность на разрыв в поперечном направлении и стойкость к окислению. В стали производительность металлокерамических инструментов будет даже выше, чем у инструментов из карбида вольфрама с покрытием.

Рис. 2: Как видно из этой таблицы, керметы на основе TiCN тверже, чем режущие инструменты из карбида вольфрама и HSS, и прочнее, чем алмазные и керамические инструменты.

Кермет

обязан своей высокой жаропрочностью благодаря основному компоненту твердых изделий — TiC. При повышенных температурах твердость соединения TiC сравнима с твердостью любого карбида, нитрида или оксида, используемого в режущих инструментах. Эта твердость повышает износостойкость металлокерамической пластины по задней поверхности. Высокая прочность металлокерамического инструмента на разрыв способствует его устойчивости к выкрашиванию или растрескиванию, но эти проблемы по-прежнему являются основными причинами выхода из строя металлокерамических пластин.

Благодаря более низкому значению образования свободной энергии металлокерамический инструмент лучше предотвращает кратерный износ, который вызывается термохимическими реакциями между стружкой и пластиной.Эти реакции происходят гораздо медленнее со вставками из металлокерамики. Это связано с тем, что твердые частицы материала сопротивляются диффузии на передней поверхности инструмента. Стабильность материала сводит к минимуму окисление и кратерный износ, делая инструмент химически стабильным при высоких температурах. Керметы также устойчивы к наростам на кромках, поскольку адгезия соответствует степени растворимости твердого материала в железе. Считается, что низкая растворимость затрудняет прилипание материала заготовки к режущей кромке инструмента.

Инструменты из карбида вольфрама имеют преимущество перед металлокерамикой в ​​одной области. Они обладают большей ударопрочностью. Ударопрочность зависит от прочности связи между твердыми деталями материала и связующим, причем связи карбида вольфрама являются более прочными. Однако производители металлокерамики значительно улучшили связующие в своих изделиях, и это привело к созданию режущих инструментов, которые обладают достаточной ударопрочностью, чтобы их можно было использовать как для фрезерования, так и для точения прерывистым резанием.

Однако

Speed ​​- не единственная причина, по которой пользователи обращаются к металлокерамике.Вставки также можно использовать для создания зеркальной отделки. Стойкость инструмента к окислению снижает образование зазубрин на режущей кромке при чистовой обработке и сводит к минимуму повреждение поверхности заготовки. Гладкость поверхности также повышается за счет способности пластин вращаться на высоких скоростях и сохранять острую режущую кромку.

Кермет ультрасовременного качества

До недавнего времени идея режущих инструментов из кермета с покрытием не рассматривалась. Предполагалось, что покрытие не приведет к значительному улучшению характеристик металлокерамики, поскольку материал режущего инструмента уже содержит компоненты, которые большинство производителей покрытий используют для создания твердой защитной оболочки вокруг инструментов из карбида вольфрама.Но недавние исследования керметов с покрытием показали, что они менее подвержены износу, чем керметы без покрытия при определенных операциях механической обработки (рис. 3).

Исследования также использовались для поиска оптимального метода нанесения покрытия на металлокерамический инструмент. В одной серии испытаний токарной и прерывистой токарной обработки сравнивались механические свойства и режущие характеристики керметов с покрытием TiN, покрытых с использованием процесса физического осаждения из паровой фазы (PVD) и процесса химического осаждения из паровой фазы (CVD). Керметы с покрытием также сравнивали с керметами без покрытия.

После нанесения покрытия были исследованы микроструктура, толщина, размер зерна, микротвердость, остаточное напряжение и адгезионная прочность покрытия TiN. Было обнаружено, что покрытия TiN, полученные методом PVD, имеют значительно более мелкую текстуру, чем покрытия, полученные методом CVD. Кроме того, твердость пленки, нанесенной методом CVD, была низкой по сравнению с твердостью пленки PVD. Это было связано с диффузией связующего металла из металлокерамики в пленку, а также с более крупным размером зерна. Адгезионная прочность пленки, осажденной методом CVD, также была низкой.

Прочность на поперечный разрыв инструментов с покрытием CVD и PVD была меньше, чем прочность на разрыв инструментов без покрытия, но этого следовало ожидать. Аналогичное снижение поперечной прочности на разрыв наблюдается в инструментах из карбида вольфрама с покрытием. Несмотря на это снижение важного свойства, покрытие металлокерамических инструментов действительно дало достаточное улучшение характеристик, чтобы оправдать использование металлокерамики с покрытием во многих ситуациях.

По крайней мере, одна металлокерамика с покрытием уже представлена ​​на рынке.Он предназначен для точения различных сталей на низких и средних скоростях резания с СОЖ или без нее. Эта пластина из кермета с покрытием особенно подходит для токарной обработки углеродистой стали. Прочная основа сплава обеспечивает прочность кромок и сопротивление тепловому удару, а слой титанового компаунда с PVD-покрытием обеспечивает более длительный срок службы инструмента и устойчивость к наростам на кромке.

Несмотря на то, что НИОКР позволили создать металлокерамический режущий инструмент, который намного превосходит инструменты, впервые представленные в 1950-х годах, они не представляют собой всего, что можно достичь.Производители металлокерамики, особенно в Японии, все еще довольно активно работают над дальнейшими улучшениями. Их работа гарантирует, что будущие металлокерамические режущие инструменты будут иметь еще более широкий диапазон характеристик обработки.

Рис. 3: В одном из сравнительных испытаний режущих инструментов из кермета с покрытием и без покрытия, кермет с покрытием показал значительно меньший износ по задней поверхности.

Об авторах

Рональд Бьяджотти — исполнительный вице-президент отдела современных сплавов и оборудования, маркетинговые и технические услуги, а Роберт Мацек — менеджер технических услуг Mitsubishi Materials USA Corp., Гарден Гроув, CA.

Сравнение механических свойств керметов силиката кальция со сплавами Ti-55Ni и Ti-6Al-4V для замены твердых тканей

В этом исследовании изучалось влияние содержания силиката кальция (CS) на состав, механические свойства при сжатии и твердость CS керметов со сплавами Ti-55Ni и Ti-6Al-4V, спеченными при 1200 ° C. Для получения металлокерамики использовался метод порошковой металлургии. В кермете Ti-55Ni с CS и в кермете Ti-6Al-4V появились новые фазы материалов Ni ₁₆ Ti ₆ Si ₇ , CaTiO ₃ и Ni ₃₁ Si ₁₂ . с CS — новые фазы Ti ₅ Si ₃ , Ti ₂ O и CaTiO ₃ , возникшие при спекании при различном содержании CS (мас.%).Минимальные усадка и плотность наблюдались в обеих группах керметов при содержании ХС 50 и 100 мас.% Соответственно. Керметы с 40 мас.% CS имели минимальный модуль упругости при сжатии. Минимальные значения прочности на сжатие и процента деформации при максимальной нагрузке выявлены в керметах с 50 и 40 мас.% CS с керметами Ti-55Ni и Ti-6Al-4V соответственно. Керметы с 80 и 90 мас.% CS показали большую пластичность, чем чистый CS. Сделан вывод о том, что состав и механические свойства спеченных керметов Ti-55Ni и Ti-6Al-4V с CS существенно зависят от содержания CS в сырых керметах.Таким образом, различные механические свойства металлокерамики могут быть использованы в качестве потенциальных материалов для замены различных твердых тканей.

1. Введение

Силикат кальция (CS, CaSiO ₃ ) и титан (Ti) и сплавы Ti широко используются в имплантатах, особенно для твердых костных тканей, благодаря их уникальным свойствам биологической активности и биосовместимости [1]. CS — высокобиоактивная керамика, при этом это хрупкий материал с низкой вязкостью разрушения [2–4].Поэтому во многих исследованиях пытались повысить несущую способность и ударную вязкость CS путем усиления его другими материалами, такими как оксид алюминия [5], углеродные нанотрубки [6], оксид графена [7], восстановленный оксид графена [8] и полимеры [ 9]. С другой стороны, Ti и сплавы Ti биосовместимы и обладают отличной коррозионной стойкостью [1]. Однако это биоинертные материалы, не обладающие биоактивностью для создания прочной связи с костью-хозяином в качестве имплантата [10]. В результате имплантаты из титановых сплавов, инкапсулированные фиброзной тканью, вызывают клиническую неудачу из-за изоляции от окружающей ткани после имплантации в живое тело [10, 11].В этом контексте монолитная керамика, особенно CS [2, 5] и синтетический или природный гидроксиапатит (HA) [12–15], известны как превосходные биосовместимые материалы. Поэтому металлические имплантаты были покрыты некоторыми биологически активными материалами, такими как HA и CS, чтобы обеспечить хорошее сцепление между имплантатом и костью хозяина [16–20]. Однако покрытие могло отслаиваться от металлической подложки из-за слабой связи между керамической и металлической фазами [21]. Кроме того, несколько наших теоретических исследований показали, что факторы интенсивности напряжений на внешней поверхности цементного слоя металлических имплантатов с цементным покрытием выше, что может быть основной причиной легкого отслаивания покрытий от металлических поверхностей [22, 23 ].Композиты из многих керамических материалов, включая ГА [13, 24], CS [14, 25] и оксид алюминия (Al ₂ O ₃ ) [5, 26], успешно используются в различных биомедицинских приложениях. Следовательно, для решения проблем, связанных с покрытием и хрупкостью чистой керамики, можно использовать композиты или керметы из сплавов Ti с керамикой CS или HA.

Композиционный материал из керамики и металлов называется керметом. По матрице и армирующим материалам композитные материалы подразделяются на композиты керамическая матрица-металл (CMMC) и композиты металлическая матрица-керамика (MMCC).Резкое изменение механических свойств керметов является результатом включения керамических или металлических частиц в металлическую или керамическую матрицу [27, 28]. Таким образом, из-за перекрывающейся прочности и слабости керамики и металлов CMMC и MMCC обладают превосходной жесткостью, разрушаемостью, усталостью, а также трибологическими и термическими свойствами по сравнению с монолитными керамическими и металлическими аналогами [29]. В соответствии с подходящими свойствами обычных и монолитных материалов, монолитная керамика и металлы быстро меняются с помощью этих композитов в различных инженерных приложениях, от биомедицины [24, 26] до аэрокосмической или автомобильной областей [30].

Несмотря на множество работ по Ti, сплавам Ti и CS в различных областях применения в соответствии с их индивидуальными важными свойствами, насколько нам известно, работ по композитам CS с Ti-55Ni (TN) или Ti-6Al- Об этом сообщил 4В (ТАВ). Таким образом, в настоящем исследовании мы впервые исследуем влияние содержания CS на механические свойства и микроструктурные поверхности изломов в керметах TN / CS и TAV / CS для замены твердых тканей в биомедицинских приложениях.

2.Материалы и методы

Процедура, использованная в настоящей работе для исследования керметов силиката кальция с Ti-55Ni и Ti-6Al-4V, представлена ​​в виде блок-схемы на рисунке 1.

2.1. Подготовка образца

Метод порошковой металлургии был использован для изготовления различных новых керметов TN и TAV с варьированием содержания CS в двух разных керметах в виде композитов керамическая / металлическая матрица и наоборот. Все химические вещества были приобретены у Sigma-Aldrich и использовались без какой-либо дополнительной очистки.Вкратце, сначала сырые порошки были смешаны в различных весовых соотношениях, представленных в таблице 1. Затем была проведена мельница с мокрым шаром в планетарной шаровой мельнице (PM 200, Retsch) для смешивания сырых порошков при массовом соотношении шариков к порошку, равном 5. : 1 в 75 мл этанольной среды при скорости 300 об / мин в течение 6 ч до получения гомогенной смеси. Смесь сушили в течение ночи в сушильном шкафу при температуре 110 ° C в течение 16 часов. После этого высушенные измельченные порошки прессовали под давлением 100 МПа с помощью ручного гидравлического пресса (GS15011, Graseby Specac) с образованием сырых образцов фиксированного диаметра 6.35 мм при средней компактной высоте 13 мм. После этого необработанные прессованные образцы помещали в машину холодного изостатического давления (CIP) (Reiken Seiki Japan) при комнатной температуре под давлением 250 МПа для достижения дальнейшего уплотнения и равномерного распределения давления прессования. Затем проводили спекание без давления на образцах при 1200 ° C в течение 3 часов в среде инертного газа аргона с использованием печи с вакуумной атмосферой (XY1600, Nanyang Xinyu Furnaces) для предотвращения окисления металлических фаз. Цикл спекания, использованный в этом исследовании, представлен на рисунке 2.Температуру постепенно повышали со скоростью 5 ° C / мин с 50 до 500 ° C. Затем температуру поддерживали при постоянной температуре выдержки 500 ° C в течение 2 ч для улучшения спекаемости в дополнение к удалению влаги и некоторых примесей из образцов. После этого температуру снова повышали со скоростью 3 ° C / мин до 1200 ° C и выдерживали в течение 3 часов. Скорость линейного изменения была уменьшена на втором этапе, чтобы предотвратить образование трещин в образцах из-за теплового удара, а также из-за разницы в коэффициентах теплового расширения фаз, присутствующих в керметах.Время выдержки 3 часа при 1200 ° C использовали для завершения процесса спекания всего образца. После этого температура была понижена до комнатной с двумя ступенями: 3 ° C / мин и 5 ° C / мин, соответственно, чтобы избежать образования трещин, а также теплового напряжения в образцах.

901 902 901 9 0145 Ti-55Ni / CaSiO 3 (TN / CS) металлокерамика Ti-6Al-4V / CaSiO 3 (TAV / CS) керметы TN Wt% CS Wt% TAV Wt% CS Wt% 100 0 100 0 90 10 90 10 80 20 80 9014 30 60 40 60 40 50 50 50 50 40 30151 607 40 607 70 30 70 20 80 20 80 10 90 10 90 0 100 0 100

2.2. Определение характеристик

Дифракцию рентгеновских лучей (XRD) проводили на спеченных образцах с использованием рентгеновского дифрактометра (Empyrean, PANalytical) для определения и анализа фазового состава. Плотность ( 90 , ​​г / см 3) была измерена с использованием принципа Архимеда, исследованного в другом месте [25], в соответствии с (1), а объемная усадка (%) спеченных образцов была рассчитана согласно (2). Предполагалось, что материалы являются совершенно твердыми и полностью нерастворимыми в воде при измеренных условиях.По крайней мере, пять идентичных образцов были взяты при 25 ° C, где плотность воды принималась равной 0,99704 г / мл, для вычисления среднего, а также стандартного отклонения (SD) для каждого спеченного образца: Испытание на сжатие, проведенное на образцах с использованием универсальной испытательной машины (4469, Instron) при постоянной скорости поперечины 1 мм / мин для определения модуля упругости при сжатии, прочности на сжатие и процента деформации при максимальной нагрузке, показано на рисунке 3. По крайней мере Было выполнено три идентичных образца для определения среднего и стандартного отклонения механических свойств.

Испытание на твердость по Виккерсу проводилось на полированных поверхностях спеченных образцов с использованием микротвердомера по Виккерсу (AVK-C200, Mitutoyo), как показано на рисунке 4. Алмазный индентор в форме пирамиды использовался при постоянной нагрузке 5 Н для 10 секунд, чтобы сделать не менее 5 отпечатков с каждого образца.

Наконец, микроструктура спеченных образцов была исследована с помощью сканирующего электронного микроскопа (TM3030, Hitachi), как показано на рисунке 5.

3.Результаты и обсуждение

3.1. Описание структуры

На рисунках 6 и 7 показаны рентгенограммы различных керметов TN / CS и TAV / CS после спекания при 1200 ° C, соответственно. В процессе спекания три новые фазы никель-кремний-титан (Ni ₁₆ Ti ₆ Si ₇ ), оксид кальция-титана или титанат кальция (CaTiO ₃ ) и никель-кремний (Ni ₃₁ Si ₁₂ ) появляются на дифрактограммах керметов TN / CS (см. Рисунок 6).Эти фазы были результатом реакции между соединениями TN и CS. Объемная доля новых фаз в спеченных керметах зависела от мас.% CS. С увеличением содержания CS в керметах TN / CS кристаллические пики Ni ₁₆ Ti ₆ Si ₇ отчетливо проявлялись в керметах от 10 до 80 мас.% CS, а фаза CaTiO ₃ — с 20 до 80 мас.%, а фаза Ni ₃₁ Si ₁₂ была обнаружена в основном от 40 до 80 мас.% CS на рентгенограммах на Фигуре 6.

С другой стороны, три новые фазы кремния титана (Ti ₅ Si ₃ ), оксида титана (Ti ₂ O) и CaTiO ₃ были также разработаны в другом спеченном кермете. (TAV / CS) включает TAV и CS, как показано на рисунке 7. Также было обнаружено, что некоторые из пиков XRD в чистом TAV (т.е. 0,0 мас.% CS) также соответствуют оксиду титана (Ti ₃ O, ICSD справочный код: 01-072-1806). Это следовое количество Ti ₃ O образуется из-за окисления небольшой части поверхности.Фаза Ti ₅ Si ₃ обнаружена во всех металлокерамических группах ТАВ с содержанием CS от 10 до 90 мас.%. CaTiO ₃ был обнаружен в спеченных керметах с более чем 30 мас.% CS, за исключением группы с 40 мас.% CS, которая показала только фазу Ti ₅ Si ₃ . С другой стороны, только Ti ₂ O был обнаружен в группах ТАВ с 10 мас.% И 20 мас.% CS. Различные дополнительные фазы, образующиеся в обоих керметах, в основном отвечают за механические свойства, такие как прочность на сжатие и микротвердость, а также плотность или усадку спеченных керметов.

3.2. Физические характеристики

На рисунках 8 (a) и 8 (b) показаны усадка и плотность различных керметов TN и TAV с CS после процесса спекания. Изменение усадки в зависимости от мас.% CS показывает вогнутый график с максимальным значением усадки в чистой металлической и керамической фазах и минимальным значением примерно при 50 мас.% CS в обеих группах керметов (см. Рисунок 8 (a )). Процент усадки почти постоянен при содержании CS от 40 до 60 мас.% Для обоих керметов, в то время как резкое увеличение усадки было обнаружено ниже 40 мас.% CS, а для керметов с содержанием CS выше 60 мас.% Наблюдается постепенное увеличение.С другой стороны, увеличение содержания CS в керметах приводит к постепенному снижению плотности спеченных образцов керметов.

(a) Массовый процент силиката кальция
(b) Массовый процент силиката кальция
(a) Массовый процент силиката кальция
(b) Массовый процент силиката кальция

Таким образом, чистая металлическая фаза показала максимум плотность и чистая керамическая фаза показали минимальную плотность (рис. 8 (б)). Напротив, снижение плотности с увеличением содержания CS согласуется с исследованием Chenglin et al.[21] для материалов с функциональным градиентом Ti-HA. Кроме того, плотность чистого CS, используемого в данном исследовании, находится в диапазоне плотностей, указанных Liu et al. [31].

3.3. Механические характеристики

Чтобы исследовать взаимосвязь между содержанием CS и механическими свойствами спеченных образцов, были измерены характеристики сжатия, и результаты были представлены как функция содержания CS (мас.%) На рисунке 9. Рисунок 9 (a) изображает изменение модуля Юнга в разных металлокерамических группах TN / CS и TAV / CS.Модуль упругости металлокерамических материалов в обеих группах постепенно снижался с увеличением содержания CS до 40 мас.%, А затем следовал тенденции увеличения до чистого CS (100 мас.% CS). Группа керметов TN / CS показала более высокий модуль упругости, чем керметы TAV / CS при любом содержании CS. Отмечен незначительный эффект изменения модуля Юнга за счет увеличения содержания CS в керметах TN / CS более 70 мас.%. Основываясь на рентгенограммах (рис. 6), причину ограниченного изменения модуля упругости в группе керметов TN / CS с содержанием CS более 70 мас.% Можно объяснить преобладанием непрореагировавшего CS над другими фазами.На рисунке 9 (b) сравнивается предел прочности при сжатии (UCS) различных групп металлокерамики TN / CS и TAV / CS. UCS продемонстрировал аналогичную тенденцию в отношении модуля упругости по отношению к содержанию CS. Металлические фазы выдерживают большую сжимающую нагрузку, чем другие керметы. Кроме того, металлокерамические группы TN / CS работают лучше при сжимающей нагрузке, чем группы керметов TAV / CS. Процент деформации при максимальной нагрузке показан на рисунке 9 (c). Тенденция изменения процента деформации как функции увеличения содержания CS (мас.%) Была аналогична вышеупомянутым свойствам.Деформация керметов постепенно снижалась с увеличением содержания CS до 30 мас.%. Впоследствии было обнаружено резкое снижение деформации при 40 мас.% CS, а затем она увеличивалась с небольшим наклоном до 70 мас.% CS. При 80 мас.% И 90 мас.% CS был выявлен больший процент деформации при максимальной нагрузке, чем чистый CS (100 мас.% CS). Это свидетельствует о большей пластичности в группах 80 мас.% И 90 мас.% ХС для обоих керметов по сравнению с их монолитной керамической фазой. Керметы с 60 мас.% Металлической фазы и 40 мас.% CS показали минимальный предел прочности при сжатии (UCS), в то время как оба кермета с 70 мас.% Металлической фазы и 30 мас.% CS показали высокий UCS, отличный модуль упругости и максимальную деформацию при UCS. .В этом исследовании было обнаружено, что основными фазами, ответственными за повышение механических свойств в случае керметов TN / CS и TAV / CS, являются Ni ₁₆ Ti ₆ Si ₇ и Ti ₅ Si ₃ соответственно. В особом случае кермета TAV / CS при 30 мас.% CS, UCS значительно ниже по сравнению с 30 мас.% TN / CS, что является результатом разработки большего количества новой фазы CaTiO ₃ . Степень повышения механических свойств керметов CS выше 50 мас.% Ниже, чем у керметов ниже 50 мас.% CS.Результат испытания на твердость по микровиккерсу, изображенный на рисунке 9 (d), также показал аналогичную картину, обнаруженную для свойств сжатия. Результаты испытания твердости по Виккерсу показали, что чистые металлические фазы каждой группы керметов имели максимальную твердость и постепенно она уменьшалась с содержанием CS до 60 мас.% В TN / CS и 50 мас.% В TAV / CS, после чего твердость обоих керметов была обнаружено увеличение до 100 мас.% CS. Поведение твердости в исследовании согласуется с трендом твердости функционально градиентного материала Ti-HA в работах, проведенных Watari et al.[32] и Chenglin et al. [21]. Твердость по Виккерсу 100 мас.% CS сравнима с твердостью чистого CS, полученной Liu et al. [31]. Поскольку две новые фазы, такие как Ni ₁₆ Ti ₆ Si ₇ и Ti ₅ Si ₃ , были обнаружены на поверхности как для керметов TN / CS, так и для TAV / CS с массой от 40 до 60 мас. % CS, соответственно, на рентгенограммах было обнаружено, что общие механические свойства этих керметов значительно ухудшаются.

3.4. Сканирующий электронный микроскоп

СЭМ был проведен на образцах после испытания на сжатие, и некоторые важные образцы были выбраны для исследования поверхностей излома на Рисунке 10. Изображения СЭМ показали равномерное распределение CS в керметах. Спеченные образцы TN / CS показали меньшую пористость, чем образцы TAV. Частицы второй фазы и поры на поверхности разрушения материалов обозначены черными и белыми стрелками, соответственно, на изображениях, полученных с помощью SEM, на рисунке 10.Поверхности излома становились более шероховатыми с увеличением содержания CS до 50 мас.% CS в обеих группах керметов, а затем шероховатость изломанных поверхностей постепенно снижалась с дальнейшим увеличением содержания CS. Гладкая поверхность для изломанных поверхностей показывает хрупкий излом, больше связей рядом с чистыми фазами керметов по сравнению с керметами, близкими к 50 мас.% CS.

4. Заключение

В процессе спекания при 1200 ° C, в зависимости от массового соотношения сырых порошков, в конечном продукте в процессе спекания образовывались различные новые фазы.Максимальная усадка была выявлена ​​в чистых металлических фазах (TN и TAV) и керамической фазе (CS), а минимальная усадка была выявлена ​​при 50 мас.% CS в различных керметах TN / CS и TAV / CS. С другой стороны, плотность металлокерамики снизилась при увеличении массового процента CS, и 100 мас.% CS показали минимальную плотность. Новые фазы Ni ₁₆ Ti ₆ Si ₇ , CaTiO ₃ и Ni ₃₁ Si ₁₂ появились в керметах TN / CS и Ti ₅ Si ₃ , Ti ₂ O и CaTiO ₃ в керметах TAV / CS в основном отвечают за их механические свойства.Механические свойства при сжатии и твердость уменьшались при содержании CS до 50 мас.%, А затем следовало увеличение до 90 мас.% CS. Степень увеличения общих механических свойств керметов CS выше 50 мас.% Была ниже, чем у керметов ниже 50 мас.% CS. TN / CS продемонстрировал лучшие характеристики сжатия, чем TAV / CS. Кроме того, процент деформации при максимальной нагрузке для керметов с 80 мас.% И 90 мас.% CS был больше, чем у чистой керамической фазы CS. Поскольку механические свойства вышеупомянутых керметов значительно выше, чем у натуральных костей [25, 33], различные механические свойства вышеупомянутых керметов, следовательно, могут использоваться в зависимости от желаемой прочности различных твердых тканей в биомедицинских приложениях [ 8, 33].

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Выражение признательности

Это исследование было поддержано Университетом Малайи / Министерством высшего образования / Исследованием с высокой степенью воздействия (UM / MOHE / HIR), проект №. D000010-16001.

Карбиды вольфрама с инновационными связующими, не содержащими кобальта, для повышения летальности

ОБЛАСТЬ ТЕХНОЛОГИИ: Материалы

ЦЕЛЬ: Разработать технологию производства керметов из карбида вольфрама (WC) с использованием нового связующего материала, который улучшит баллистические характеристики и решит экологические / промышленные проблемы, связанные с обычными кобальтсодержащими керметами WC.

ОПИСАНИЕ: Повышение летальности солдатского оружия было давней целью армии США. Технология, используемая в бронебойных снарядах, не претерпела значительных изменений с 1950-х годов. Этот технологический пробел в настоящее время совпадает с Приоритетом модернизации Министра армии (SOA), сосредоточенным на летальности солдат. Альтернативный связующий материал, улучшающий механические свойства и, таким образом, проницаемость, мог бы обеспечить революционный скачок в летальности солдат, к которому стремится армия.Компания ARL разработала альтернативную систему связующего, состоящую из оксидно-дисперсионного упрочненного тройного сплава железа, никеля и циркония, цель которого — обеспечить улучшенные свойства / характеристики в качестве связующего для керметов WC с меньшими экологическими проблемами. В центре внимания этого проекта — исследование и разработка производственного процесса, подходящего для увеличения масштабов использования инновационных связующих и технологий уплотнения для систем карбида вольфрама, которые могут улучшить баллистические характеристики материала, а также снизить воздействие на окружающую среду и промышленность.

ФАЗА I: Разработать и продемонстрировать осуществимость метода производства металлокерамических материалов из карбида вольфрама с не содержащей кобальта, неопасной связующей системой посредством традиционных (например, горячее прессование, спекание-HIP и т. Д.) Или инновационных (например, в полевых условиях) спекание, аддитивное производство и др.) Состав связующего, а также общий состав металлокерамической системы должны быть адаптированы для получения материала, который соответствует или превосходит все следующие требуемые эталонные свойства: (1) Полностью плотный (> 97% от теоретической плотности) (2) Однородная микроструктура, однородная по поперечному сечению образца. (3) Твердость по Кнупу (ASTM C1326; нагрузка вдавливания 2 кг): 15 ГПа. (4) Вязкость разрушения (ISO 28079 и / или ASTM C1421): 11 МПа-м1 / 2. (5) Прочность на изгиб (ASTM C1684): 3 ГПа. Последние три вышеупомянутых свойства обеспечивают улучшение примерно на 20% по сравнению с обычными материалами.Вязкость разрушения может быть измерена с использованием метода Палмквиста для твердых металлов (ISO 28079) или метода предварительно растрескавшейся балки (PB), описанного в ASTM C1421. ARL готова предоставить победителю до 100 г базового порошка связующего Fe-Ni-Zr, чтобы гарантировать, что основное внимание будет уделяться консолидации металлокерамики с оптимальной микроструктурой и свойствами. Тем не менее, призер может продолжить использование экологически чистой связующей композиции, альтернативной эталонным свойствам. Чтобы связующее считалось экологически чистым, оно должно содержать не более 15% никеля, 0.1% кобальта и 5% хрома по весу. Конечными результатами этого этапа будет демонстрация осуществимости производства образцов, которые находятся в пределах 15%, соответствуют или превышают каждое из пяти эталонных свойств, перечисленных выше, с сопровождающим окончательным техническим отчетом, содержащим полную информацию о составе, методологии обработки, включая параметры обработки. , методику тестирования и полные наборы данных. ASTM — Американское общество испытаний и материалов ISO — Международная организация по стандартизации

ФАЗА II: Используя технологию производства, разработанную на Фазе I, дальнейшие разработки будут сосредоточены на усилиях по изготовлению сердечников снарядов почти чистой и конечной формы из состава на основе WC.Эти сердечники снарядов должны быть в геометрическом соответствии с малокалиберными сердечниками с геометрией, приемлемой для баллистических испытаний. Чертеж указанной геометрии должен быть предоставлен победителю ARL в начале Фазы II. На Этапе II ожидается, что оферент произведет и расширит производство связующего материала любым методом по своему выбору. Следует продемонстрировать дальнейшее расширение масштабов и оптимизацию технологии производства для производства композиции на основе WC. Оптимизация состава материала на основе WC также может быть проведена для максимизации свойств / характеристик.Во второй половине года 2 будет проведено исследование потенциальных приложений двойного использования для этого материала с возможной демонстрацией компонентов прототипа и / или соответствующими испытаниями. Результатами этого этапа будут 100 ядер снарядов к концу первого года вместе с одним сводным отчетом за год с подробным описанием всей информации о составе, методологиях обработки и испытаний и полными наборами данных, а также 1000 ядер снарядов к концу второго года вместе с окончательный технический отчет, который будет включать анализ прогнозов затрат на производство снарядов для системы M993 или M995 в дополнение ко всей информации о составе, методологиях обработки и испытаний и полных наборах данных, собранных с момента завершения первого годового отчета фазы II.Результаты на конец второго года должны быть произведены единственной партией или с использованием полунепрерывных методов обработки в форме нетто (т.е.не требующей доработки или пост-обработки, например, удаления заусенцев) и соответствовать эталонным свойствам, перечисленным выше. Кроме того, по завершении второго года должен быть представлен отчет с описанием оценки приложения (приложений) двойного назначения, состоящий из технического обзора заявки, обработки, предварительных результатов и анализа прогнозов затрат.

ФАЗА III: Опытные ядра снарядов, разработанные на Фазе II, будут интегрированы в полную систему малокалиберных боеприпасов M993 / M995. Эта интеграция может потребовать дальнейшей оптимизации конструкции для конкретного боеприпаса. Эта технология будет передана производителю боеприпасов и / или определенному производителю приложений двойного назначения (например, режущих инструментов). Дальнейшее развитие возможностей двойного использования данной технологии будет осуществляться с возможностью передачи ее коммерческому производителю.

ССЫЛКИ:

1: J. Pittari III, J. Swab, K. Darling, B. Hornbuckle, H. Murdoch, S. Kilczewski и J. Wright, «Исследование спекания» зеленых «тел карбида вольфрама с связующее на основе железа «Инт. J. Refract. Встретились. Х., Отправлено (2017 г.).

2: Дж. Питтари III, С. Кильчевски, Дж. Сваб, К. Дарлинг, Б. Хорнбакл, Х. Мердок и Р. Даудинг, «Высокопрочный и вязкий цементированный карбид, содержащий карбид вольфрама (WC) с мелко- Связующее из гранулированного железа (Fe), «Ведомство США по патентам и товарным знакам», патент 15/807604 (2017).

3: Дж. Питтари III, Дж. Сваб, К. Дарлинг, Б. Хорнбакл, Х. Мердок и С. Кильчевски, «Исследование спекания новых« зеленых »тел карбида вольфрама,« Достижения в порошковой металлургии и твердых частицах ». Материалы-2016, стр. 532-538

4: Kotan, Hasan, et al. «Термическая стабильность и механические свойства нанокристаллических сплавов Fe – Ni – Zr, полученных методом механического легирования». Журнал материаловедения 48.24 (2013): 8402-8411.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: карбид вольфрама, оксидно-дисперсионные сплавы, бронебойные снаряды, экологические альтернативы, режущие инструменты

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с вашим системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

% PDF-1.4 % 214 0 объект > эндобдж xref 214 39 0000000017 00000 н. 0000001718 00000 н. 0000001776 00000 н. 0000002281 00000 н. 0000002478 00000 н. 0000002645 00000 н. 0000002795 00000 н. 0000002988 00000 н. 0000003706 00000 н. 0000003931 00000 н. 0000004409 00000 н. 0000004946 00000 н. 0000005149 00000 п. 0000005616 00000 н. 0000006168 00000 п. 0000006210 00000 н. 0000006652 00000 п. 0000007124 00000 н. 0000007614 00000 н. 0000008468 00000 н. 0000008984 00000 п. 0000009808 00000 н. 0000010088 00000 п. 3,» _ «B ‘: 3O`Jcp = | ooX.(K; qmG ~ W +>% od⍻Rnu: c / _ + _ ~ τUaSMI & mXu [s?, \ XҜ?% Ժ = ͟ Kc? BsIN_MbwT / OsMGc & J-sl конечный поток эндобдж 217 0 объект > / XObject> >> / Тип / Страница >> эндобдж 218 0 объект > эндобдж 219 0 объект > эндобдж 220 0 объект > / Граница [0 0 0] / C [0 0 1] / Rect [55 796,84 228,45 805,94] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 221 0 объект > транслировать xTMo @ R% @@ C + dkK4DUɥ? ou8V ݝ} S ܑ H ‘, Q ׶6 hcӟnpǾ = ~ W

Базовая электроника — углеродный состав, керамический состав, углеродная пленка, металлическая пленка, металлооксидная пленка и резисторы из металлокерамики

В предыдущей статье мы узнали о различных показателях производительности, связанных с резисторами.Теперь давайте узнаем о различных типах резисторов и о том, как они оцениваются по различным показателям производительности. Эта оценка поможет определить пригодность и уместность различных типов резисторов для конкретных электронных приложений. Различают следующие типы резисторов:

1. Резисторы с фиксированным значением
   • Состав
   • Пленка или металлокерамика
   • проволочная обмотка
   • Фольга
   • Полупроводник
2. Резисторы переменные
   • Потенциометр
   • Цифровой потенциометр
   • Реостат
   • Тримп
3. Резисторы зависимые
   • Легкая зависимая
   • Зависимость от напряжения
   • Термисторы
   • Магнитная зависимая
   • Тензодатчики
4. Резисторы силовые
   • проволочная
   • Сетка
   • SMD
   • Вода
   • Жидкость

Резисторы с фиксированным значением Предполагается, что резисторы с фиксированным значением

обеспечивают фиксированное сопротивление в цепи.Их сопротивление никак нельзя изменить. Это двухконтактные компоненты, которые могут быть подключены последовательно или параллельно по отношению к другому электронному компоненту в схеме. Доступны следующие типы резисторов с фиксированным номиналом:

1) Составные резисторы — Эти резисторы изготовлены из смеси проводящих и непроводящих материалов. Составные резисторы бывают двух типов:

• Резисторы из углеродного состава
• Керамические композиционные резисторы

Резисторы из углеродного состава
Резисторы из углеродного состава являются самым старым типом резисторов.Эти резисторы являются наиболее часто используемыми резисторами, поскольку они просты в конструкции, недороги и подходят для большинства «обычных» приложений. Эти резисторы состоят из смеси угольной пыли и керамического наполнителя. Смесь формуют в корпус осевого резистора, окруженный изолирующим покрытием с проводами или выводами, прикрепленными к двум оконечным концам корпуса. Отношение углерода к керамическому материалу и расстояние между выводами определяют сопротивление резистора.Чем больше доля углерода в смеси, тем меньше ее удельное сопротивление. Керамический наполнитель, используемый в смеси, в основном фенольный, похожий на пластик. Эти резисторы поставляются в аксиальном корпусе с цветовой кодировкой для обозначения номинала резистора и допуска. Т

Резисторы из углеродного состава имеют следующие KPI:
Номинальное значение — Резисторы из углеродного состава могут иметь очень низкое сопротивление (1 Ом) до чрезвычайно высокого сопротивления (22 МОм). Их стойкость варьируется, варьируя состав углеродного и керамического наполнителя в смеси.Номинал этих резисторов обозначен цветовой кодировкой.
Номинальная мощность — Номинальная мощность этих резисторов зависит от физических размеров резистора. Чем больше физический размер, тем больше номинальная мощность. Эти резисторы обычно доступны в сериях 1/4 и 1/2 Вт. Также доступны серии 1/8 Вт для маломощных миниатюрных схем. Для силовых электронных устройств также доступны серии 1 Вт и 2 Вт, хотя корпуса серий 1 Вт и 2 Вт довольно большие по размеру.
Допуск — Эти резисторы имеют широкий диапазон допусков от 5% до 20%. Из-за больших допусков эти резисторы не подходят для прецизионных приложений.
Номинальное напряжение — Номинальное напряжение связано с номинальной мощностью этих резисторов. Как правило, чем выше номинальная мощность, тем выше номинальное напряжение. Как и у углеродных композитных резисторов 1/4 Вт, 1/2 Вт и 1 WC обычно максимальное номинальное напряжение 250 В, 350 В и 500 В соответственно. Максимальное напряжение перегрузки для углеродных композитных резисторов 1/4 Вт, 1/2 Вт и 1 Вт составляет 400 В, 700 В и 1000 В соответственно.
Температурный диапазон — Диапазон рабочих температур резисторов из углеродного состава обычно составляет от -55 ° C до 125 ° C. Максимальная температура при полной нагрузке обычно зависит от номинальной мощности серии резисторов и может варьироваться в зависимости от производителя. Чем выше номинальная мощность, тем выше максимальная температура при полной нагрузке. Номинальная температура обычно указывается в виде кривой номинальной температуры для различных серий номинальной мощности от производителя.
Стабильность импульса — Резисторы из углеродного состава известны своей высокой стабильностью импульсов.Таким образом, эти резисторы вполне подходят для приложений, которые связаны с импульсами высокого напряжения и частыми колебаниями напряжения.
Частотная характеристика, шум и стабильность — Резисторы из углеродного состава обладают довольно чистым сопротивлением и почти незначительной индуктивностью или емкостью. Таким образом, они обычно имеют хорошую частотную характеристику, низкий уровень шума и приемлемую стабильность. Это делает эти резисторы подходящими для высокочастотных приложений, а также для схем с низким энергопотреблением. Однако в условиях перегрузки они страдают от шума и плохой стабильности из-за чрезмерного рассеивания тепла.
Размер — Эти резисторы от среднего до большого размера в зависимости от их номинальной мощности. Эти резисторы обычно доступны в аксиальном корпусе, хотя также доступны корпуса SMD / SMT.
Надежность — Эти резисторы имеют отличную надежность при условии, что они используются в подходящих приложениях. Благодаря высокой надежности, невысокой стоимости и доступности эти резисторы наиболее распространены в использовании.

Пример резистора из углеродного состава (Источник: Ohmite)

У резисторов

из углеродного состава есть следующие плюсы и минусы:
Плюсы — широкий диапазон сопротивлений, чисто резистивный, высоконадежный, импульсная стабильность
Минусы — широкий допуск, физические размеры, ограниченная рабочая температура, доступны только для малых номинальных мощностей

Следовательно, , c арбоновые композиционные резисторы предназначены для обычных электронных устройств, где напряжение постоянного или среднеквадратичного значения остается ниже 250 В, а рабочая температура должна составлять от -55 ° C до 125 ° C, в приложениях с низким энергопотреблением и в высокочастотных цепях, предназначенных для обработки низких силовые сигналы, такие как радиоприемники.Однако они не предназначены для прецизионных применений, цепей большой мощности, цепей для развертывания в экстремальных условиях окружающей среды или цепей малой мощности, которые должны быть очень компактными.

2) Резисторы из керамической композиции
Резисторы из керамической композиции похожи на резисторы из углеродной композиции, за исключением того, что они изготовлены из твердой керамической массы. Это улучшает их импульсную стабильность и диапазон рабочих температур. Керамические резисторы могут работать при температуре окружающей среды до 250 ° C.Обычно они доступны в сериях на 1/2 Вт, 1 Вт и 2 Вт со значениями сопротивления от 3,3 Ом до 1 МОм. Существуют резисторы из керамического состава с номинальной мощностью до 1000 Вт. Керамические резисторы обладают преимуществами резисторов из углеродного состава (чистое сопротивление, стабильность, надежность и стабильность импульсов) в силовых электронных устройствах, хотя они также имеют низкие уровни допусков (обычно 10%). Эти резисторы доступны во многих типах корпусов, таких как аксиальные, трубчатые, плоские, дисковые и шайбовые, герметизированные, нагрузочные блоки, с водяным охлаждением и различные индивидуальные пакеты.

Пример резистора из керамической композиции (Источник: Token)

Резисторы пленочного типа

Резисторы этого типа изготавливаются путем нанесения пленки из чистых металлов или оксидов металлов на керамическую подложку. Осажденная пленка разрезается лазером на длинный спиральный резистивный путь. Пленочные резисторы бывают четырех типов:

• Углеродная пленка
• Металлическая пленка
• Оксид металла
• Кермет резисторы (толстая и тонкая пленка)

Углеродные пленочные резисторы
Углеродные пленочные резисторы изготавливаются путем нанесения углеродной пленки на цилиндрическую керамическую подложку или стержень.На углеродной пленке сделаны спиральные надрезы, чтобы создать длинный спиральный резистивный путь между двумя выводами резистора. Углеродные пленочные резисторы имеют следующие KPI:

.

Номинальное значение — Спиральный резистивный путь углеродных пленочных резисторов помогает в достижении более широкого диапазона сопротивлений. Эти резисторы могут иметь сопротивление в диапазоне от нескольких миллиом до 100 МОм. Их сопротивление зависит от толщины и длины спирального пути. Дорогостоящие углеродные пленочные резисторы имеют тонкую пленку и более длинный резистивный путь.Номинал этих резисторов обозначен цветовой кодировкой.
Номинальная мощность — Углеродные пленочные резисторы имеют номинальную мощность от 1/4 Вт до 3 Вт. В дорогостоящих резисторах с углеродной пленкой резистивный путь может обрываться из-за чрезмерного нагрева углеродной пленки. Итак, углеродные пленочные резисторы предназначены только для маломощных приложений (до 3 Вт).
Допуск — Из-за длинного резистивного пути эти резисторы имеют лучший допуск, чем резисторы из углеродистой композиции.Обычно они имеют допуск от 1% до 5%.
Номинальное напряжение — И снова номинальное напряжение этих резисторов зависит от их номинальной мощности. Максимальное номинальное напряжение углеродных пленочных резисторов составляет от 200 до 500 В, а максимальное напряжение перегрузки — от 400 до 1000 В. Чем выше номинальная мощность, тем выше номинальное напряжение этих резисторов.
Температурный диапазон — Диапазон рабочих температур углеродных пленочных резисторов аналогичен резисторам из углеродного состава.Обычно она варьируется от -55 ° C до 155 ° C. При высоких температурах окружающей среды дорогостоящие углеродные пленочные резисторы остаются подверженными риску разрушения из-за тонкого углеродного слоя. Эти резисторы обычно имеют отрицательный температурный коэффициент.
Стабильность импульса — Эти резисторы демонстрируют хорошую стабильность импульсов, как и резисторы из углеродного состава.
Частотная характеристика, шум и стабильность — Из-за спирального резистивного пути эти резисторы развивают некоторую емкость или индуктивность.Таким образом, они не предлагают чистого сопротивления из-за характера их конструкции. Видно, что емкость этих резисторов превышает номинальное сопротивление, когда значение сопротивления меньше 100 Ом, а подаваемый сигнал имеет частоту более 250 МГц. Из-за реактивного характера эти резисторы страдают от шума и могут не подходить для сигналов малой мощности. Эти резисторы показывают стабильную работу при номинальном сопротивлении от среднего до высокого при условии, что схема работает на частоте ниже 250 МГц в ограниченном температурном диапазоне.
Размер — Как и резисторы из углеродного состава, эти резисторы также обычно доступны в аксиальной упаковке. Из-за длинного резистивного пути они немного меньше типичных резисторов из углеродного состава.
Надежность — Эти резисторы можно считать надежными для средних значений сопротивлений при условии, что схема работает в ограниченном температурном диапазоне, при средней мощности и ограниченной частоте сигнала (ниже 250 МГц).

Углеродные пленочные резисторы

имеют следующие плюсы и минусы:
Плюсы — низкий уровень допуска, немного меньший размер, надежный и стабильный
Минусы — реактивный характер, ограниченный диапазон температур, ограниченный диапазон частот

Следовательно, резисторы с углеродной пленкой предназначены для «обычных» цепей, где предпочтительнее среднее значение сопротивления с низким допуском.Они не подходят для энергоемких приложений, включающих большое сопротивление, цепей, включающих сигналы малой мощности или высокочастотные сигналы, или приложений, чувствительных к температуре.

Металлопленочные резисторы
Металлопленочные резисторы изготавливаются путем нанесения металлической пленки (нихрома или нитрида тантала) на цилиндрическую керамическую подложку или стержень. Как и у углеродных пленочных резисторов, покрытие разрезается лазером по длинной спиральной резистивной траектории. Углеродные пленочные резисторы имеют следующие KPI:

.

Номинальное значение — Эти резисторы доступны для широкого диапазона сопротивлений от нескольких миллиомов до 68 МОм.Величина сопротивления зависит от толщины и длины резистивного пути. Чем меньше толщина и больше длина резистивного пути, тем выше значение сопротивления. Номинал этих резисторов указан на этикетках вместо цветовой маркировки.
Номинальная мощность — Металлопленочные резисторы доступны в широком диапазоне номинальных мощностей от 1/20 Вт до 20 Вт. В отличие от углеродных пленочных резисторов, металлопленочные резисторы обладают лучшей температурной стабильностью.
Допуск — Эти резисторы обычно имеют допуск около 1 или 2 процентов.Существуют также прецизионные металлопленочные резисторы с допуском всего 0,01%. Однако металлопленочные резисторы с точным допуском часто имеют более низкую номинальную мощность.
Номинальное напряжение — Номинальное напряжение металлопленочных резисторов находится в диапазоне от 100 В до 10 кВ в зависимости от номинальной мощности серии резисторов.
Температурный диапазон — Диапазон рабочих температур металлопленочных резисторов составляет от -65 ° C до 250 ° C. У них более низкий температурный коэффициент по сравнению с резисторами из углеродного состава и углеродной пленкой, что обеспечивает лучшую температурную стабильность.Важно то, что эти резисторы имеют положительный температурный коэффициент.
Стабильность импульса — Эти резисторы обладают такой же стабильностью импульсов, что и углеродные пленочные резисторы.
Частотная характеристика, шум и стабильность — В отличие от углеродных пленочных резисторов, металлопленочные резисторы могут использоваться для высокочастотных или радиочастотных цепей. Они действительно показывают некоторое реактивное сопротивление, но оно намного меньше по сравнению с типами углеродных пленок. Эти резисторы имеют более низкий уровень шума и лучшую стабильность.
Размер — Размер металлопленочных резисторов зависит от их номинальной мощности.Они обычно доступны в аксиальных упаковках, хотя на них есть ярлыки вместо цветовых кодов.
Надежность — Металлопленочные резисторы более надежны, чем углеродные пленочные резисторы, и могут уверенно использоваться как в силовых, так и в высокочастотных приложениях.

Пример металлопленочного резистора (Источник: KOA Speer)

Металлопленочные резисторы

имеют следующие плюсы и минусы:
Плюсы — Лучшая температурная стабильность, низкий уровень шума, лучшая устойчивость, доступны для широкого диапазона номинальных мощностей
Минусы — реактивный характер, несмотря на преимущества, все же не лучший для высокой мощности приложения

Таким образом, металлопленочные резисторы подходят для «обычных» сигнальных приложений с низким энергопотреблением, где требуются точный допуск, низкотемпературный коэффициент и широкий диапазон номинальной мощности без температурных ограничений.Они не предназначены для типичных силовых приложений и цепей с импульсами высокого напряжения.

Металлооксидные пленочные резисторы
Металлооксидные пленочные резисторы аналогичны металлическим пленочным резисторам, за исключением того, что резистивный материал в них представляет собой оксид металла (например, оксид олова), а не металл. Эти резисторы имеют более высокий диапазон рабочих температур (до 450 ° C), более низкий температурный коэффициент (обычно 300 ppm) и высокую стабильность импульсов. Эти резисторы более надежны и стабильны по сравнению с металлопленочными резисторами.Эти резисторы негорючие и устойчивы к воздействию тепла и влажности окружающей среды. Эти резисторы обычно доступны с номинальной мощностью от 1/4 Вт до 140 Вт с допуском от 0,5% до 20%. Эти резисторы доступны с номинальным напряжением до 37,5 кВ. Эти резисторы наиболее подходят для применения в импульсных источниках питания.

Пример металлооксидного пленочного резистора (Источник: Ohmite)

Резисторы из кермета
Резисторы из кермета изготавливаются путем нанесения проводящей пасты из керамики и металла на керамическую подложку из оксида алюминия.Резистивный путь нарисован зигзагообразными линиями между выводами резистора. Существуют два типа металлокерамических резисторов: толстопленочные резисторы с резистивным трактом шириной около 20 микрометров и тонкопленочные резисторы с резистивным контуром шириной всего несколько микрометров. Эти резисторы аналогичны по свойствам металлопленочным резисторам. Однако они более стабильны, энергоэффективны, компактны, обладают низким уровнем шума и лучшей температурной стабильностью. Эти резисторы доступны как в корпусах для сквозного монтажа, так и в корпусах для поверхностного монтажа.Эти резисторы обычно используются в корпусах микросхем для поверхностного монтажа или резисторных цепях для высокочастотных приложений. Однако их импульсная стабильность не вызывает нареканий. По сравнению с резисторами с металлической или оксидной пленкой, их сопротивление может достигать 42,9 МОм (тонкопленочный SMD), 22 МОм (сквозное отверстие для тонкой пленки), 50 ГОм (толстопленочный SMD) и 10 ТОм (сквозное отверстие для толстой пленки).

Пример металлокерамического резистора (Источник: TE Connectivity)

В следующей статье мы продолжим обсуждение постоянных резисторов.Перед этим для вас есть два занятия своими руками.

Activity 1
В предыдущей статье «Распространенные ошибки, допускаемые новичками в электронике» мы упоминали, что таблицы данных — лучшие друзья инженера-электронщика. Попытайтесь развить привычку изучать таблицы с этого момента. Ниже приведены некоторые спецификации резисторов, случайно выбранных из Интернета:

Резисторы из углеродного состава — Multicomp
Резисторы из углеродного состава — Token Electronics
Резисторы из керамического состава — Tyco Electronics
Углеродистые пленочные резисторы — Panasonic
Углеродные пленочные резисторы — Kamaya Ohm
Углеродные пленочные резисторы — RGA
Металлопленочные резисторы — NTE Electronics

Изучите приведенные выше таблицы данных и проверьте свойства различных типов резисторов.Поищите различные технические характеристики и графики, такие как кривая снижения номинальных характеристик, кривая температурных характеристик и т. Д. Попытайтесь выяснить, какое значение R-value в таблице «Номинальные характеристики и размеры» в таблице данных — «Резисторы из углеродного состава — Multicomp»; почему график «Импульсное сопротивление» явно указан в техническом описании для керамического композитного резистора; и сравнить кривые снижения характеристик углеродного состава и углеродных пленочных резисторов.

Activity 2
Ознакомьтесь с различными типами постоянных резисторов, доступных в Mouser, Element14 и Digi-Key.Ищите различные фильтры, доступные на этих онлайн-рынках, для выбора желаемого резистора.

.

No related posts.