Формовочные материалы.

Технологической стадией, предваряющей литье металлических сплавов, является формовка.

♦ Формовка — это процесс получения формы для литья металлов, а формовочная масса служит материалом для этой формы.

Основными компонентами формовочных масс являются огнеупор­ный мелкодисперсный порошок и связующие вещества.

Формовочные материалы должны обладать следующими свой­ствами:

— обеспечивать точность литья, в том числе четкую поверхность отлитого изделия;

— легко отделяться от отливки, не «пригорая» к ней;

— затвердевать в пределах 7-10 мин;

— создавать газопроницаемую оболочку для поглощения газов,
образующихся при литье сплава металлов;

— достаточным для компенсации усадки затвердевающего метал­
ла коэффициентом термического расширения.

В создании расширяющейся литейной формы играют роль четы­ре механизма:

1) расширение при твердении формовочной массы. Возникает как
результат обычного роста кристаллов. Расширение, вероятно, увели­чивают частицы окиси кремния в формовочной массе, которые пре­пятствуют формированию кристаллической структуры гипсовых фор­мовочных материалов, вызывая их расширение кнаружи. Этот тип расширения в обычных условиях, как правило, составляет около 0.4%, но расширение частично ограничено металлическим кольцом опоки;

2) гигроскопическое расширение. Его можно использовать для уве­личения обычного расширения. Формовочной массе дают отвер­деть в присутствии воды, вызывая дополнительное расширение. Предполагается, что вода, в которую погружается формовочная мас­са, замещает воду, занятую в процессе гидратации. Это удерживает
пространство между растущими кристаллами, позволяя им непре­рывно расширяться наружу вместо их ограничения. Это расшире­ние варьируется от 1,2% до 2,2%, и его можно контролировать добав­лением определенного количества воды к твердеющей формовочной массе;

3) расширение восковой модели. Возникает в жидкой формовоч­ной массе, когда воск нагревается до температуры, при которой он моделировался. Тепло может выделяться от химической реакции вформовочной массе или от водяной бани, куда погружено кольцо.
Расширение восковой модели при нахождении формы в воде мень­ше, чем в случае застывания формовочной массы на воздухе;

4) термическое расширение. Расширение формовочной массы воз­никает при нагревании ее в муфельной печи. Нагревание формы по­могает также убрать восковую модель и избежать застывания спла­ва до полного заполнения формы. Метод высокотемпературного
выжигания в первую очередь основывается на термическом расши­рении формы. Формовочной массе вокруг восковой модели дают затвердеть на воздухе при комнатной температуре, а затем нагрева­ют приблизительно до 650° С. При этой температуре формовочная масса и металлическое кольцо опоки расширяются достаточно, что­ бы компенсировать усадку золотого сплава. В современном литейном производстве используют гипсовые, фос­фатные и силикатные формовочные материалы.

Гипсовый формовочный материал состоит из гипса (20-40 %) и окиси кремния. Гипс в этом случае является связующим. Окись кремния, выступающая в качестве наполнителя, придает массе необ­ходимую величину усадочной деформации и теплостойкость. Приго­товление формовочной массы сопровождается увеличением объема, что используется для компенсации усадки отливки. Так, например, усадка золотых сплавов, которая составляет 1,25-1,3% объема, пол­ностью компенсируется расширением формовочного материала.

В качестве регуляторов скорости затвердевания и коэффициента температурного расширения в смесь добавляется 2-3% хлорида на­трия или борной кислоты. Замешивается масса на воде при темпера­туре 18-20° С. Номинальная температура разогревания формы по­добного состава до заливки металла составляет 700-750° С. Эти формы непригодны для получения отливок из нержавеющей стали, температура плавления которой равна 1200-1600° С, из-за разруше­ния гипса, а потому их применяют для литья изделий из сплава зо­лота.

Типичным представителем материалов данной группы является Силаур, который предназначен для изготовления форм при литье мелких золотых конструкций (вкладок, искусственных зубов, кламмеров, дуг и пр.). Выпускается в виде тонкоизмельченной смеси гип­са и динасового порошка (кремнезема) в соотношении 3:1. Замеши­вание проводят водой, время схватывания составляет 10-30 мин. Для отливки деталей повышенной точности применяют массу Силаур-ЗБ, для получения более крупных деталей — Силаур-9.

Подобные свойства и назначение имеет СМ-10 Кристобалит про­изводства фирмы «С & М» и др.

В качестве примера гипсовых формовочных материалов следует отметить продукцию фирмы «Спофа Дентал» (Чехия).

Глория специалъ — формовочная масса на основе кварца и твер­дого гипса предназначена для литья сплавов металлов, точка плав­ления которых не превышает 1000° С. Материал имеет очень тон­кую зернистость. В качестве жидкости затворения используется вода. Продолжительность затвердевания составляет 20 мин. Кюве­ту следует нагревать до температуры 700° С. При длительных темпе­ратурах свыше 800° С возникает опасность изменения микрокрис­таллической структуры формовочной массы, а тем самым искажения формы.

• Экспадента — формовочная масса с высокими техническими параметрами для сплавов на основе благородных металлов. Сме­шанная с водой, превращается в течение 15 мин в твердую массу, которую можно уже спустя 1 ч постепенно нагревать. Состав пре­дусмотрен с таким расчетом, чтобы в критическом температурном интервале между 200-300° С не произошло внезапного изменения объема, что гарантирует компактность формы. Литье отличается высокой точностью.

Материалу присущи следующие физико-механические свойства: продолжительность затвердевания 15 мин, продолжительность пол­ного затвердевания 1-2 ч, прочность при сжатии за сутки — 6 МПа, расширение при затвердевании — 0,6 линейных %, расширение при нагреве до 300° С — 2,1 линейных %.

Фосфатные формовогные материалы состоят из порошка (цинкфосфатный цемент, кварц молотый, кристобалит, окись маг­ния, гидрат окиси алюминия и др.) и жидкости (фосфорная кислота, окись магния, вода, гидрат окиси алюминия).

Эти материалы компенсируют усадку при охлаждении нержа­веющих сталей, которые имеют температурный коэффициент объем­ного расширения примерно 0,027 "С"¹. Усадка золотых сплавов со­ставляет примерно 1,25%, и эту усадку компенсирует гипсовая форма. Схватывание фосфатных форм в зависимости от состава продолжа­ется 10-15 мин.

Силикан — универсальная формовочная масса на основе фосфат­ного вяжущего материала, кварца и кристобалита производства фир­мы «Спофа Дентал» (Чехия) применяется для литья высокоплавких (хромокобальтовых) сплавов. Для улучшения качества приготовле­ния массы целесообразно использование вибратора.

Силикан-F — фосфатная формовочная масса, содержит самые чис­тые сорта кварца и жаростойкого вяжущего материала. Зернистость формовочной массы выбрана с таким расчетом, чтобы продолжи­тельность затвердевания, прочность формы после обжига и измене­ния объема были оптимальными для применяемого лабораторного изготовления протезов из высокоплавких сплавов.

return false">ссылка скрыта

Для замешивания Силикона можно использовать воду (соотно­шение 1:1), но для предотвращения возможной деформации формы в этом случае необходимо применить бумажную манжету. Наиболее целесообразным для замешивания является использование золь-кремниевой кислоты (жидкость Силисан), так как литейная форма в этом случае компенсирует температурные изменения сплава.

Применение золя способствует также повышению прочности формы, что сказывается в повышенной устойчивости формы при нагревании. За 6-8 мин смесь застывает в твердую массу прочностью до 20 МПа.

Безуглеродистую тонкозернистую фосфатную формовочную массу Уолдвест (фирма «Уолд Эллайз», США), расфасованную в упаковки по 60 и 100 г в комплекте со специальной жидкостью, применяют для безопорочного литья сплавов металлов. При отливке каркасов протезов в металлической опоке следует использовать специальную бумажную прокладку (манжету).

Пауэр Кэст — это тонкозернистый, свободный от углерода формо­вочный материал, обеспечивающий быстрое выгорание и создающий безопочным методом литьевую форму, не имеющую трещин. Он вы­держивает быстрый подъем температуры, легко разбивается, позво­ляет получить точные отливки с высокой чистотой поверхности, очи­стка и обработка которой требует минимальных затрат времени.

Жидкость для замешивания придает форме высокий коэффици­ент расширения, необходимый для литья неблагородных сплавов. При использовании других сплавов жидкость может быть разбавле­на. Оптимальная концентрация жидкости для безопочного метода должна составлять не более 80%.

Пауэр Кэст Ринглесс Систем — комплект материалов, обеспе­чивающий полностью способ безкольцевого литья. Кроме порошка и жидкости, в комплект входят кольца четырех размеров специаль­ной конструкции для быстрого удаления матрицы. Наличие проч­ных и многократно используемых прозрачных пластиковых колец обеспечивает максимальное расширение отливки и исключает необ­ходимость применения гильзы кольца. Резервуары, образованные у литникового канала, предупреждают появление пор. Усилены и сде­ланы более долговечными основания направляющих шаблонов.

При использовании металлической опоки внутри нее помещают керамическую или бумажную прокладку (манжету), не доходящую до краев на 6 мм. Прокладку закрепляют мягкой восковой проволо­кой. Опоку с прокладкой устанавливают в воду на 1 мин, а затем ее хорошо встряхивают (для получения дополнительного расширения опоку можно погрузить в Смутекс — специальную жидкость, которая обеспечивает дополнительное расширение материала). Для замеши­вания требуется использование следующих инструментов и обо­рудования: смеситель Вакумиксер, шпатель, мерный стакан, пластиковая опока и литниковая чаша, формовочный материал и жидкость для его замешивания.

Рекомендуемые соотношения порошка и жидкости: 60 г/14 мл; 90 г/21 мл; 100 г/23 мл. В емкость для замешивания необходимо налить отмеренное количество жидкости, добавить в нее порошок и в течение 20 с проводить ручное перемешивание.

Затем на 90 с перейти на механическое смешивание в условиях вакуума с низкой скоростью (350-450 об/мин). При этом вакуум­ный вибратор включается на 2-3 с, после чего смесь остается в ваку­уме, но без вибрации еще 5-10 с.

Для формования необходимо залить неподвижную опоку приго­товленной смесью при низкой скорости вибрации. При этом следует соблюдать осторожность, чтобы не допустить захвата воздушных пузырьков формовочной массой около восковой модели. При за­полнении опоки приготовленная смесь должна перекрывать воско­вую модель, как минимум, на 6 мм. Смесь затвердевает 45 мин. При использовании металлической опоки перед помещением формы в муфельную печь надо удалить основание литникового конуса, не­большую часть слоя с верхнего основания формы, а затем ополос­нуть форму водой.

Для быстрого выгорания воска Пауэр Кэст опоку можно сразу поместить в горячую печь при температуре 700-800° С, затем под­нять температуру до конечной величины и выдержать литьевую форму в печи в течение 40 мин. Экономия времени при таком спосо­бе составляет приблизительно 80 мин.

Если предписана более высокая температура, то литьевую форму следует поместить в печь при температуре 430° С, после чего произве­сти подъем температуры до нужной величины.

Форму можно поместить также в холодную печь для двухступен­чатого прокаливания. Скорость подъема температуры от комнатной до 430° С составляет 8° С/мин. При температуре 430° С форму нужно выдержать 30 мин, а затем поднять температуру до максимальной величины со скоростью нагрева 14° С/мин и выдержать еще 30 мин. Литье сплава проводится с помощью кислородно-пропановой го­релки или на индукционной машине в соответствии с инструкциями изготовителей.

При использовании центрифужной литейной машины число по­лагаемых циклов составляет 1-2 для отливки коронок и мостовидных протезов из золотого сплава, 2-3 для золотых каркасов комбиниро­ванных мостовидных протезов, 3 для высокопалладиевых и небла­городных сплавов.

Для удаления формовочного материала необходимо его разбить и освободить металлический каркас для последующей пескоструй­ной очистки оксидом алюминия (50-60 мкм) или в ультразвуковом очистителе.

Вест-Джи — фосфатный паковочный материал фирмы «ДжиСи» (Япония) применяется для любых сплавов. Уменьшенная прочность этого материала после литья обеспечивает легкое удаление отливки из формы. Расширение массы может быть увеличено до 3,26% за счет изменения количества жидкости при замешивании.

Фудживест и Фудживест Супер — не содержащий углерод фосфат­ный формовочный материал фирмы «ДжиСи» (Япония). Эти материа­лы специально разработаны для литья из всех видов сплавов. Фуд­живест может быть помещен прямо в нагретую печь при конечной температуре 800° С + 50^е С, что обеспечивает экономию времени до двух часов. Такой быстрый прогрев формы не оказывает влияния на расширение и качество поверхности материала. Стандартные мето­ды прогрева также могут быть использованы при работе с этим ма­териалом.

Альфакаст №2 (рис. 37) — фосфатносиликатная точная пако­вочная масса для литья золота. Состоит из порошка и жидкости. Металлические каркасы легко освобождаются от нее.

Керамикор — масса (порошок и жидкость) на основе фосфата производства фирмы «С & М» может быть использована для литья лю­бых сплавов металлов.

Силикатные формовочные материалы почти повсеместно вы­теснены фосфатными материалами. Они отличаются высокой термо­стойкостью и прочностью. Их внедрение вызвано применением КХС и нержавеющих сталей. Кроме гипса и фосфатов, в качестве связую­щих здесь используют кремниевые гели. Из органических соедине­ний кремния чаще применяется тетраэтилортосиликат [Si(OC₂H₅)J, который легко гидролизуется с образованием при прокаливании ко­нечных продуктов в виде двуокиси кремния.

Вяжущая жидкость силикатной формовочной массы состоит из смеси этилового спирта, воды и концентрированной соляной кисло­ты, куда постепенно (по каплям) введен этилсиликат. В качестве огнеупорной составляющей (порошка) чаще применяются кварц, маршаллит, корунд, кристобалит и другие вещества.

Силикатные формовочные массы отличаются большим коэффи­циентом термического расширения. Для обеспечения точности ли­тья необходимо соблюдать правильное соотношение между порош­ком и жидкостью (вяжущим раствором). Оптимальное соотношение, обеспечивающее компенсацию усадки формы, составляет 30 г жид­кости и 70 г порошка. Время схватывания материала равняется 10-30 мин.

Формолит служит для отливки зубов и деталей протезов из нержа­веющей стали. Представляет собой набор материалов — молотого пылевидного кварца, предназначенного для получения огнеупорных покрытий (оболочек) на восковых моделях, песка формовочного и борной кислоты, используемых как наполнитель.

курит — масса формовочная огнеупорная для литья из сплавов золота — обладает необходимой прочностью и чистотой поверхности. Представляет собой смесь кристобалита с техническим гипсом. Тер­мическое расширение при 700° С составляет не менее 0,8%. Массу замешивают на воде в соотношении 100 г порошка и 35-40 мл воды. Для более качественного смешения рекомендуется проводить эту опе­рацию на вибростолике. Время схватывания обмазки равно 10-15 мин.

Смесь формовочная Сиолит предназначена для получения огне­упорной литейной формы при литье каркасов съемных и несъемных протезов из высокотемпературных сплавов. Сиолит состоит из по­рошка и жидкости. Порошок представляет собой смесь кварцевого песка, фосфатов и периклаза. Жидкостью является силиказоль. Ха­рактеризуется высокими компенсационными и прочностными свой­ствами.

Порошок замешивается с жидкостью в соотношении 100 :18-20. Замешивание смеси проводится в резиновой чашке на вибростолике в течение 30-40 с. Затем на вибростолике устанавливают металли­ческую опоку с восковой заготовкой и проводят заполнение опоки формовочной смесью.

Затвердевание начинается через 10-15 мин и заканчивается че­рез 30 мин после замешивания. Через 2 ч керамическая форма уста­навливается в холодную муфельную печь. В интервале от 20° С до 400° С и от 600° С до 800° С подъем температуры можно проводить с любой скоростью (от 30 до 60 мин). В интервале от 400° С до 600° С скорость нагрева должна быть не менее 1 ч. При конечной температуре 800° С литейную форму необходимо выдержать 40-60 мин. Затем проводится литье металла в готовую форму, а через 1 ч после этого готовая деталь извлекается из опоки.

Известна также паковочная масса Вировест. Она поставляется в двух вариантах: для замешивания с использованием воды (твердость140 Н/мм²) или с использованием прилагаемой к ней жидкости (твер­дость 180 Н/мм²). Более твердой (190 Н/мм²) является масса Виро-плюс. Применяется также наполненная графитом формовочная масса фирмы «Бего» (Германия) Бегостал (расширение 2,45%), предназ­наченная для литья сплавов благородных металлов, а кроме того, замешиваемые на дистиллированной воде Ауровест Софт и Дегу-вест Софт (расширение — 2,15%) и безграфитная Ауровест Б (рас­ширение — 2,45%).

Дегувест HFG — фосфатосодержащая точная формовочная масса фирмы «Дегусса» (Германия) для литья из благородных сплавов. Разводится специальной жидкостью, от концентрации которой за­висит степень расширения. Благодаря редуцирующим добавкам об­разуется гладкая поверхность отливок. Соотношение порошка и жид­кости при замешивании составляет 100 :14. Время схватывания равно 12 мин, общее расширение колеблется от 1,2 до 2,0%. Две последние массы предназначены для литья каркасов металлокерамических про­тезов из благородных сплавов металлов.

Формовочная масса Сегакэст фирмы «Гафнер» является фосфат­ной и может применяться со всеми сплавами. За счет изменения кон­центрации жидкости для замешивания можно регулировать расши­рение материала.

Следует указать на наличие еще одного материала, который широ­ко применяется в зуботехническом производстве. Им является Моль-дин — плотная однородная пластичная масса, в состав которой вхо­дят каолин, глицерин, гидрат окиси натрия (или калия). Материал применяют при штамповке коронок в аппарате Паркера.