Importancia del conocimiento de los materiales dentales en odontología
Que se debe tener en cuanta a la hora de escoger lo metales para las aleaciones?
En comparación con los metales puros, las aleaciones presentan algunas ventajas:
Que es un sistema de aleacion?
ALEACIONES METALICAS
- Las propiedades de una aleación se relacionan directamente con el porcentaje atómico en vez del porcentaje en peso de cada elemento presente.
FASES DE LAS ALEACIONES METALICAS EN ODONTOLOGIA
- Para especificar una aleación en particular es necesario enumerar el elemento contenido en la aleación y la cantidad de cada elemento. Dos sistemas comunes para definir la composición son: el porcentaje en peso (%peso) dado de cada elemento o la fracción atómica o porcentaje (%at)
- Un número de propiedades :incluyendo resistencia, dureza, módulo elástico, fases micro-estructurales, tamaño del grano, corrosión, coeficiente de expansión térmica, óxido y color.
- El factor más importante en dicha escogencia es la bioseguridad del paciente.
- Los metales son rutinariamente usados en odontología en gran variedad de aplicaciones incluyendo:
- La fabricación de prótesis,
- Coronas temporales y permanentes
- Bandas de ortodoncia
- Restauraciones directas de los dientes.
- Mayor dureza y resistencia a la tracción.
- Menor temperatura de fusión por lo menos de uno de sus componentes.
Pero son menores la ductilidad, la tenacidad y la conductividad térmica y eléctrica.
- Muchas aleaciones solidifican dentro de los límites térmicos en lugar de hacer a una sola temperatura, como ocurre con el metal puro. En este límite de temperatura existen dos fases: sólida y liquida.
- La presencia de más de un metal puede causar ciertas reacciones en el estado sólido que no ocurren con un metal puro y que afectan directamente las propiedades de la aleación.
- Los metales más usados son: oro, níquel, cobalto, cromo, estaño, aluminio, titanio, hierro, paladio, platino, cobre, plata, vanadio y mercurio.
- Los tipos de aleaciones para restauraciones protésicas se han incrementado notablemente en los últimos veinticinco años, haciendo que su selección sea muy difícil para una situación clínica dada.
- Las aleaciones metálicas están formadas por un agregado cristalino de dos o más metales o de metales con metaloides.
- Las aleaciones se obtienen fundiendo los diversos metales en un mismo crisol y dejando luego solidificar la solución líquida formando una estructura granular cristalina apreciable a simple vista o con el microscopio óptico.
CLASIFICACION DE LAS ALEACIONES.
Soluciones solidas
2. Sus principales elementos (oro, paladio, plata, níquel, cobalto o titanio)
3. Su nobleza (más noble, noble y predominantemente de base metálica)
5. El sistema de fase dominante (isomorfo, eutéctico, peritectico, intermetalico)
4. Sus tres elementos principales (oro, paladio, plata- paladio, plata, estaño- níquel, cromo, berilio- cobalto, cromo, molibdeno- titanio, aluminio ,vanadio o hierro, níquel, cromo)
Si dos elementos están presentes se forma una aleación binaria, si hay 3 o 4 elementos se forman aleaciones terciarias o cuaternarias y así sucesivamente.
- Desde el punto de vista metalúrgico, una fase es cualquier parte de un sistema físicamente distinto, homogéneo y mecánicamente separable. La materia se diferencia en tres estados físicos o fases: líquido, sólido y gas.
- Las aleaciones deben estar en equilibrio antes que pueda existir su fase verdadera. Los metales policristalinos y las aleaciones nunca alcanzan la verdadera condición de equilibrio en estado sólido pero la lenta difusión del estado sólido y otros factores
Las aleaciones pueden ser clasificadas de acuerdo a:
1. Su uso (como las incrustaciones de metal total, coronas y puentes, restauraciones de metal cerámica, prótesis parcial removible e implantes)
- La aleación más simple es aquella en la cual los átomos de dos metales se entremezclan al azar en una red espacial común. Bajo el microscopio, los granos de cada aleación pueden parecerse a metales puros.
- la estructura es homogénea porque solo se forma una fase durante la solidificación. Si los dos metales son solubles entre sí en estado sólido, las aleaciones se denominan soluciones sólidas.
Disposición atómica en las soluciones binarias:
CONDICIONES PARA LA SOLUBILIDAD DE SOLIDOS
Soluciones Liquidas
SOLUCIONES DE SOLIDOS
SOLUTOS Y DISOLVENTES
Al menos 4 factores determinan la solubilidad de los metales
Solución de solidos intersticial:
Los átomos del soluto se sitúan en posiciones aleatorias (intersticios) entre los átomos de la estructura cristalina del metal solvente.
En las soluciones de solidos sustitucionales de oro-cobre, los átomos del solvente y del soluto tienen cierta afinidad a ciertas temperaturas, por lo que la disposición aleatoria de los átomos de oro y cobre representa un estado de mayor energía que en los casos que los átomos se sitúan con el fin de tener al lado átomos similares.
- Si se congela una solución, los átomos de un metal, se distribuirán al azar en la estructura, el sistema no se convierte en mecánicamente separable, y solo se forma una fase sólida.
- No pueden no ser completamente solubles entre sí en todas las proporciones, pueden ser solo parcialmente solubles.
- En tal caso, la fase intermedia al parecer no es mutuamente soluble en estado sólido.
En toda solución de solidos sustituciones, la distancia media entre los átomos del solvente cambia según el tamaño de los átomos del soluto, por lo que toda estructura cristalina se puede expandir o contraer en algunos casos, de manera no uniforme.
1.El tamaño del átomo:
Si el tamaño de dos átomos metálicos, difiere en menos de un 15 % poseen un tamaño favorable para la solubilidad de sólidos. Si la diferencia supera el 15 %, se producen múltiples fases durante la solidificación.
Puede ser de varios tipos:
En la solución solida sustitucional:
Los átomos del soluto ocupan en la estructura cristalina las posiciones que normalmente ocupan los átomos del solvente en el metal puro.
- En el caso de una aleación plata-paladio, en la que el paladio es el metal solvente, los átomos, de plata reemplazan aleatoriamente los átomos de paladio en la estructura cristalina.
- Cuando dos metales son solubles mutuamente en estado sólido, el solvente es aquel metal cuya estructura cristalina persiste.
- En las aleaciones de paladio-plata, ambos metales son totalmente solubles y en el sistema de aleación se produce la misma estructura cristalina.
- El solvente se define cuyos átomos, ocupan la mayoría del número total de posiciones en la estructura cristalina.
PROPIEDADES FISICAS DE LAS SOLUCIONES DE SOLIDOS
DIAGRAMAS DE LA FASE DE CONSTITUCION O EQUILIBRIO
Cada vez que un átomo, de un soluto sustituye el átomo de un solvente en la estructura cristalina de un metal, la diferencia en el tamaño del átomo de soluto da lugar a una distorsión localizada, dificultando el movimiento de las dislocaciones.
Al explorar predicciones sobre la composición y las etapas de u diagrama de fase, que representa la relación de equilibrio de una aleación dental de colado en la que se produce la solidificación y enfriamiento a temperatura ambiente en condiciones de no equilibrio.
El endurecimiento de la solución de solido de una aleación aumenta cuando hay mayor concentración de los átomos del soluto, y al aumentar los tamaños disimiles de los átomos del solvente y del soluto, siempre que no se supere el límite de solubilidad de los sólidos.
2.Valencia:
Los metales del mismo tamaño y con la misma valencia tienen más probabilidades de formar soluciones de solidos que los metales con valencias distintas, la diferencia de valencia, entre los átomos del solvente y del soluto determinan la proporción electron-atomo, de la aleación.
La resistencia, el limite proporcional aumentan y en general la ductilidad disminuye, por tanto la aleación de soluciones de sólidos, puede ser una manera muy eficaz de endurecer el metal. Los efectos generales de este endurecimiento de la solución de sólidos, son los mismos que los que se obtienen, con la deformación mecánica ejercida por el trabajo en frio.
3.Afinidad química:
Cuando dos metales muestran gran afinidad química, al solidificar tienden a formar un compuesto intermetalico en vez de una solución de sólidos. Tal y como ocurre con el oro y el cobre, los metales, con cierta afinidad pueden formar estructuras ordenadas a temperaturas más bajas.
4.Estructura cristalina:
Tan solo los metales con el mismo tipo de estructura cristalina, pueden formar una serie completa de soluciones de sólidos. Por ejemplo los sistemas más importantes de aleaciones de oro-cobre, y paladio- plata, empleados en prótesis de metales nobles, forman series continuas de soluciones de sólidos, en las que todas las aleaciones tienen estructuras cubicas centradas en las caras.
INTERPRETACIÓN DEL DIAGRAMA DE FASES
Formacion de dendritas en las aleaciones
NUCLEACIÓN
HOMOGENEIZACIÓN
- Las dendritas son claras y con micro estructuras relativamente amplias con mayor composición de fusión en una aleación para colado cobre plata.
- Las zonas inter dendríticas son la matriz son los elementos más oscuros y estrechos, y temperaturas de fusión bajas.
- Se somete a la aleación a una temperatura próxima a su estado sólido para alcanzar la mayor cantidad de difusión sin fundirse, cuando una aleación recibe este tipo de tratamiento con calor, aparecen muy pocos granos que se inmovilizan durante las fases.
- El núcleo consta de dendritas formadas por la composición de mayores temperaturas de sólidos y la matriz es la porción de micro estructura entre las dendritas que contienen las composiciones con menor temperatura de sólidos.
A medida que disminuye la temperatura de la solución de sal, a concentraciones de sal inferiores a 23,3% el agua casi pura se congela en la solución, para formar la mezcla de hielo salmuera, la solución con 23,3% de sal se congela directamente a -21ºC, para producir la mezcla hilo—sal, sin pasar por una región bifásica.
- Se dan por superenfriamiento de durante la solidificación de una aleación de solución de sólidos, a medida que la aleación se congela hay una diferencia en la concentración de átomos del soluto en el líquido adyacente a superficie de solido en la comparación con el líquido total.
ALEACIONES METALICAS
Una vez se ha alcanzado el equilibrio las composiciones y las cantidades de las fases liquidas y sólida presentes son estables.
Ejemplo de aleaciones eutecticas:
ALEACIONES PERITÉCTICAS
ALEACIONES EUTÉCTICAS
PROPIEDADES FÍSICAS
Una característica de esta grafica es que existe un punto donde se cruzan los sólidos y los líquidos llamado punto E donde hay una composición de 72% Ag y 28% Cu este punto lo conocemos como composición eutéctica y dicho punto tiene ciertas características:
•La temperatura a la que se funde la composición eutéctica es menor que el punto de fusión de Ag y Cu por separado (779°C) y es la temperatura más baja a la que una aleación Ag-Cu es totalmente líquida.
•Por lo anterior este tipo de aleaciones se utilizan cuando se requieren puntos de fusión más bajos como en las soldaduras, pero esto disminuye ciertas propiedades de las soluciones de sólidos.
- La reacción eutéctica se suele describir de la siguiente forma:
- Liquido solución de solido alfa + solución de solido beta y es llama da transformación invariable ya que ocurre a una temperatura y composición especifica
Al igual que las aleaciones eutécticas las aleaciones peritecticas ocurren en circunstancias específicas y se da por la insolubilidad de solidos su fórmula es
Liquido +solución de solido alfa solución de solido beta
- Como ejemplo tenemos el sistema plata cobre el cual puede ser representado en un diagrama de fase en el cual se muestran tres fases, fase liquida, fase de solución solida sustitucional rica en plata con algunos átomos de cobre y una fase solida sustitucional rica en cobre con algunos átomos de plata y por ubicarse ambas en extremos derecho e izquierdo de la gráfica se suelen llamar soluciones solidas terminales.
- presenta completa solubilidad en estado líquido, pero solubilidad sólida limitada, lo que significa que cuando una aleación eutéctica solidifica, los átomos de los metales componentes se segregan para formar regiones de los metales originales casi puros.
- Es de anotar que todos los metales poseen cierto grado de solubilidad entre ellos en estado sólido pero uno más que otros.
Las soluciones de solidos varían casi de manera lineal al cambiar de temperatura en cuanto a sus propiedades mecánicas diferente a lo que pasa con las aleaciones eutécticas, cuando hay menor composición a la de los eutécticos se conoce como aleación hipoeutectica y por el contrario cuan hay una mayor composición se denomina hipereutectica, este tipo de aleaciones son muy frágiles ya que poseen en se estructura solo o soluciones de solido alfa o beta , a diferencia de las aleaciones eutécticas que son dúctiles ya que su microestructura laminillar inhibe las dislocaciones y deformaciones plásticas.
REACCIONES EN ESTADO SOLIDO
ESTRUCTURA CUBICA CENTRADA EN LAS CARAS
SISTEMA ORO-COBRE:
MICROFOTOGRAFÍA
SISTEMA PLATA-COBRE:
- Aleaciones 92.5% plata y 7.5% cobre.
- Incrustaciones en dientes primarios.
- Platería fina y monedas de plata.
OTROS SIS.BINARIOS
PRECIPITADO:
Cuando una sustancia insoluble se forma en la disolución, que ha sido sobresaturada.
Un compuesto que no acepta mas soluto.
Al no ser disuelto, dicho soluto forma un precipitado.
Forman precipitados que llevan al endurecimiento con el tiempo
ALEACIONES DE ORO(SOLVENTE)
SOLUTO
- Mecanismo importante que puede emplearse para endurecer algunas aleaciones dentales.
ALEACION PLATINO-ORO
ALEACION PALADIO- COBRE
ALEACION PLATINO- COBRE
NO FASES DE EQUILIBRIO
Fe Pt3
PALADIO
Debido a la micro segregación elemental que se produce durante la solificacion y enfriamiento rápidos.
Excelentes propiedades metálicas y buena adherencia a la porcelana dental.
Pd Ga Muy estables durante la
Pd Cu Ga cocción de la porcelana
- Es un elemento intermetalico, eficaz para el endurecimiento por la edad.
- Útil en las prótesis metal- cerámicas.
- Platino: aumenta el intervalo de fusión y disminuye el coeficiente de expansión térmica de la aleación.
Con pequeñas cantidades de:
SISTEMAS TERNARIOS O DE TERCER ORDEN
A menor temperatura a la del solidus, se forma una región bifásica mayor, similar a la estructura eutéctica.
Transformaciones de superenrejados:
Contiene al menos 2 fases intermedias:
A (+ B en disolución) Precipitado B Zona empobrecida en A
- Forman soluciones de solidos de fase unica
- Pueden reforzarse o endurecerse con calor
- Se han encontrado mecanismos de endurecieminto con el tiempo.
GRACIAS!