Scienza dei materiali 2019/sciolla/Appunti... · 2019-02-02 · G. Sciolla – Scienza dei materiali dentali. Appunti La materia e i materiali Percorso base La materia L’universo

Anno scolastico 2017/2018

Scienza dei materialiAppunti per le classi 3a , 4a e 5a Odo

Giuseppe Sciolla

21/06/2018 11.00.59 a.m.

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G. Sciolla – Scienza dei materiali dentali. Appunti

Appunti scienza dei materiali

La materia e i materiali .............................................................................................................. 3 Le caratteristiche dei materiali ................................................................................................... 5 Le cere ...................................................................................................................................... 12 I materiali da impronta ............................................................................................................. 16 I materiali per lo sviluppo dell’impronta ................................................................................. 23 I metalli .................................................................................................................................... 28 Le leghe .................................................................................................................................... 30 I materiali refrattari da rivestimento ........................................................................................ 39 Le leghe nobili da colata .......................................................................................................... 43 Le leghe non nobili da colata ................................................................................................... 46 Il titanio .................................................................................................................................... 50 Le prove sui materiali .............................................................................................................. 53 La corrosione ............................................................................................................................ 64 I polimeri .................................................................................................................................. 69 Le ceramiche dentali ................................................................................................................ 79 Le leghe per metallo - ceramica ............................................................................................... 90 Compositi e metallo – resina .................................................................................................... 98 Schede di esercizi 3 a ............................................................................................................... 104 Schede di esercizi 4 a ............................................................................................................... 118 Schede di esercizi 5 a ............................................................................................................... 132 Testi seconde prove esame Scienza Materiali Dentali ........................................................... 146 Appendice 1 La conoscenza e la sua rappresentazione .......................................................... 150 Appendice 2 Le tecnologie della conoscenza scientifica. ...................................................... 154 Appendice 3 Approfondimenti leghe dentali ......................................................................... 157 Appendice 4 Prerequisiti di matematica: le potenze e la notazione scientifica ...................... 161

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La materia e i materiali

Percorso base

La materia

L’universo che ci circonda è costituito da oggetti e da eventi (cose che accadono aglioggetti). Gli oggetti sono porzioni di materia, ma che cos'è la materia?

La materia è tutto ciò che possiede una massa e che occupa un volume.

La massa di un oggetto è la quantità di materia che lo costituisce . L'unità di misuradella massa nel Sistema internazionale è il chilogrammo (kg). Esso viene definito nelseguente modo: il chilogrammo è una massa uguale a quella del chilogrammocampione.

Il volume è la porzione di spazio occupata da un oggetto. L’unità di misurafondamentale del volume nel Sistema internazionale è il metro cubo. Il metro cubo è ilvolume del cubo che ha lo spigolo lungo un metro.

Il volume dei liquidi e dei gas sono spesso espressi mediante le unità di misura dicapacità. La sua unità fondamentale è il litro. Il litro attualmente è definito uguale adun decimetro cubo. Esso non fa parte del Sistema Internazionale, ma è tollerato comesinonimo di un sottomultiplo del metro cubo: il decimetro cubo, appunto.

Caratteristiche della materia e sistemi.

La materia, oltre alle due caratteristiche fondamentali che la definiscono (massa evolume), possiede molte altre caratteristiche. Tra queste particolare importanza rivestonole grandezze intensive. Le caratteristiche intensive sono caratteristiche che nondipendono dalla quantità di materia presa in esame.

Un esempio di grandezza intensiva è la densità. Qualsiasi pezzo di ferro, ad esempio, ha lastessa densità, a prescindere dalla sua grandezza. Altri esempi di caratteristiche intensivesono la temperatura di fusione, la temperatura di ebollizione, il colore, la combustibilità.

Noi siamo immersi nell'universo che ci circonda, ma è impossibile osservare e prendere inconsiderazione tutti gli oggetti e tutti gli eventi di cui esso è costituito. Noi riusciamo acoglierne solo una piccola parte, ad esempio un certo oggetto. La parte dell'universo chein un certo momento prendiamo in considerazione, costituisce un sistema.

Sistema – una quantità di materia finita o una regione di spazio limitata, su cuiconcentriamo la nostra attenzione, prende il nome di sistema.

I sistemi possono essere studiati e classificati in base alle loro caratteristiche intensive,come la temperatura di fusione, la temperatura di ebollizione, la densità, il colore, l'odore,il sapore, la durezza, la combustibilità, l'acidità,…

In alcuni sistemi (come ad esempio un pennarello) le caratteristiche non sono ugualidappertutto (ad esempio il tappo del pennarello ha colore, durezza, temperatura di fusionediverse rispetto a quelle dell'involucro metallico): questi sistemi sono chiamati sistemieterogenei.

Sistema eterogeneo – un sistema è detto eterogeneo se non ha caratteristiche chimiche efisiche identiche in ogni suo punto

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Altri sistemi (come ad esempio l'acqua contenuta in una bottiglietta), presentano invececaratteristiche identiche in ogni loro punto: questi sistemi sono chiamati sistemiomogenei.

Sistema omogeneo – un sistema è detto omogeneo se ha caratteristiche chimiche e fisicheidentiche in ogni suo punto.

Molto utile nella discussione e classificazione dei sistemi è il concetto di fase.

Fase è una porzione di materia con caratteristiche chimiche e fisiche identiche inogni suo punto.

Pertanto, i sistemi omogenei ed eterogenei possono essere definiti anche nel seguentemodo:

• un sistema omogeneo è un sistema costituito da una sola fase;

• un sistema eterogeneo è un sistema costituito da due o più fasi.

I materiali.

Abbiamo visto che non tutte le porzioni di materia sono identiche: esistono tipi di materiadiversi che possono essere distinti tra loro in base alle grandezze intensive. Questi tipidiversi di materia li chiameremo materiali.

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Le caratteristiche dei materiali

Percorso base

Abbiamo visto che esistono diversi tipi di materia, che abbiamo indicato con il nome dimateriali, differenziabili in base alle loro caratteristiche intensive (che non dipendono cioèdalla quantità di materia).

Vediamo di seguito una mappa sulle principali di queste caratteristiche, quindi una lorodiscussione, riguardante in particolare la loro importanza in campo dentale.

1. Caratteristiche chimiche

Reattività

Le caratteristiche chimiche di una sostanze si manifestano durante le reazioni che,ricordiamo, sono fenomeni in cui le sostanze si trasformano: da una o più sostanzeiniziali che si consumano (reagenti), si formano una o più sostanze finali diverse(prodotti).

La reattività è la tendenza di una sostanza o di un materiale a trasformarsichimicamente, reagendo con le sostanze dell’ambiente in cui si trova.

Le sostanze poco reattive sono dette inerti o, in alcuni casi, nobili.

Esempi di sostanze inerti sono i metalli nobili (oro, platino, palladio, iridio, rutenio,osmio e rodio).

Un materiale dentale impiegato nella realizzazione di protesi deve essere poco reattivo,per mantenersi inalterato nel tempo e per non provocare effetti indesiderati con latrasformazione in altre sostanze.

I materiali dotati di maggiore reattività sono i materiali metallici (metalli e leghe),mentre i materiali plastici e, soprattutto, quelli ceramici, sono abbastanza inerti.

2. Caratteristiche biologiche

Rischio chimico dei materiali:

o Tossicità acuta e a lungo termine. – La tossicitàacuta è la caratteristica di un materiale di provocare dannigravi fino alla morte, anche per piccole esposizioni in una

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singola dose. La tossicità è solitamente espressa cone DL50 : essa indica la dose inmg per kg di peso corporeo che provoca la morte del 50% degli individui espostialla sostanza. La tossicità a lungo termine è la caratteristica di un materiale, nonmortale a piccole dosi e per singole assunzioni, di provocare gravi danni allasalute, come tumori, compresa la morte, per esposizione prolungata nel tempo(cronica)

o Materiali irritanti e nocivi. Sono materiali che , pur nonprovocando la morte, possono causare danni alla salute, come irritazioni e allergie.Le sostanze possono essere tossiche, irritanti e nocive per contatto, per inalazionee/o per ingestione.

Biocompatibilità – È la caratteristica di un biomateriale di non essere tossico, acutoo a lunga scadenza, irritante o nocivo, e di integrarsi in modo ottimalenell'organismo per svolgere la sua funzione. In particolare, un materiale biocompatibilenon deve provocare irritazioni, allergie, rigetto o avvelenamento. Tra i materiali dentali,quelli che presentano maggiori problemi di biocompatibilità, sono i metalli. Tra questi, ipiù rischiosi sono alcuni componenti delle leghe non nobili, in particolare nichel, cromo ecobalto. Infatti da statistiche sulla popolazione europea, il 6% delle persone è sensibile alcromo, il 9% al nichel, il 3% al cobalto1.

Anche i componenti delle leghe nobili, seppure meno frequentemente, possono creareproblemi ai pazienti. Il metallo nobile più problematico è il palladio. Nonostante gli studial riguardo non siano ancora sufficienti, questo metallo sembra essere responsabile diparecchi casi di allergie, in particolare in pazienti allergici al nichel. Si sconsiglia pertantol'uso di leghe contenenti palladio in pazienti a cui è stata diagnosticata la sensibilità alnichel.

Il metallo che dà le migliori garanzie è il titanio, anche se non esiste un materialemetallico sicuro al 100%. Infatti sono conosciuti casi di allergia a tutti i metalli, oroincluso (anche se la sensibilità riguarda una parte molto ridotta della popolazione)

Caratteristiche organolettiche

o colore e altre proprietà ottiche (importanza estetica) – queste caratteristichedipendono dal comportamento dei materiali quando sono colpiti dalla luce. Essipossono essere lucenti (come i metalli), oppure opachi, trasparenti, traslucidi,incolori, colorati, ... Inoltre questo loro aspetto può essere in molti casimodificabile con l’aggiunta di sostanze opacizzanti o coloranti. Le proprietàottiche hanno importanza estetica. Attualmente, da questo punto di vista, siconsiderano i materiali ceramici come i migliori, in quanto con essi è possibile larealizzazione di protesi di aspetto simile ai tessuti naturali.

o odore1 «La letteratura scientifica indica chiaramente questi metalli [nichel, cadmio, berillio, cromo, cobalto] come fonte primaria di allergie ed evidenzia la possibilità che si verifichino allergie meno probabili nei confronti di altri metalli. Vi preghiamo di prendere visione della composizione chimica della lega che potete trovare sulla presente scheda o sulla tabella delle leghe 8853. In particolare, per i pazienti allergici al nichel (nella maggioranza dei casi di sesso femminile), consigliamo l’uso di leghe ad alto titolo aureo poiché in questi soggetti sono a volte riscontrabili allergie nei confronti di altri metalli (come il palladio)». http://www.8853.it/storeimgs/V21(1).pdf

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http://www.8853.it/storeimgs/V21(1).pdf


o sapore (odore e sapore non devono essere presenti o quantomeno non esseresgradevoli)

L’odore e il sapore devono essere assenti se il materiale è impiegato per la realizzazionedi una protesi dentale. In caso contrario essa altererebbe il gusto dei cibi e delle bevande.

Invece, i materiali impiegati per il rilevamento delle impronte devono possibilmente avereun sapore, odore e aspetto gradevoli, per limitare al massimo il disagio del pazientedurante questa fastidiosa operazione.

3. Caratteristiche fisiche

Temperatura di fusione e di ebollizione – Le sostanze hanno una temperatura costantedi fusione, che è caratteristica e che è solitamente usate per il loro riconoscimento.Le soluzioni e i miscugli cristallini, invece, iniziano a fondere ad una temperatura detta diinizio fusione, man mano che passano dallo stato solido allo stato liquido la temperaturacresce lentamente, e finiscono di fondere alla temperatura detta di fine fusione. Letemperature comprese tra la temperatura di inizio e quella di fine fusione costituisconol'intervallo di fusione2, che dipende dal tipo di sostanze contenute nel miscuglio e dallaloro concentrazione. Anche il passaggio dei miscugli dallo stato liquido a quello gassosoè caratterizzato da un intervallo di temperature, detto intervallo di ebollizione. In campoodontotecnico, la lavorazione per colata dei materiali è tanto più semplice quanto piùbasse sono le temperature o gli intervalli di fusione.

I solidi amorfi, cioè privi di struttura cristallina (come i vetri, le ceramiche e la maggiorparte delle cere e delle materie plastiche) per riscaldamento rammollisconogradualmente, diventando pastosi e sempre meno viscosi. Passano poi gradatamente allostato liquido senza manifestare una temperatura di fusione ben definita Per questimateriali si indica un intervallo di rammollimento, cioè l'intervallo approssimativo ditemperature entro le quali si verifica questo fenomeno3.

Temperatura di ebollizione – Le sostanze hanno una temperatura costante diebollizione, che è caratteristica e che può essere usata, insieme alla temperatura difusione, per il loro riconoscimento.Il passaggio dei miscugli dallo stato liquido a quello gassoso è caratterizzato da unintervallo di temperature, detto intervallo di ebollizione.

Conducibilità termica – (thermal conductivity) I materiali ceramici e plastici sonoisolanti termici (hanno una conducibilità termica molto bassa), mentre i metalli sonoottimi conduttori del calore. L’elevata conducibilità termica è una caratteristica negativaper i materiali dentali (ad esempio: le leghe auree da colata hanno una conducibilitàtermica 25 volte maggiore dello smalto dentale e 40 volte superiore a quello delladentina. Durante la ingestione di cibi e bevande calde, i tessuti a contatto con le partimetalliche delle protesi, possono pertanto subire un forte riscaldamento, con fastidio odolore per la persona che la porta).

Conducibilità elettrica – (electrical conductivity) I materiali ceramici e plastici sonoisolanti elettrici (hanno una conducibilità elettrica molto bassa), mentre i metalli sonoottimi conduttori dell'elettricità. è una caratteristica negativa per i materiali dentali, essa èinfatti causa di corrosione elettrochimica

2Quindi l’intervallo di fusione è l’intervallo di temperatura, compreso tra le temperature di inizio e di fine fusione, in cui il miscuglio cristallino passa progressivamente dallo stato solido a quello liquido.3Quindi l’intervallo di rammollimento è l’intervallo approssimativo di temperature in cui un solido amorforammollisce gradualmente diventando sempre più fluido fino a passare completamente allo stato liquido.

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Densità – è il rapporto costante tra massa e volume di uno stesso materiale . (in

formule d=mV

)– La densità è una caratteristica importante per i materiali dentali,

infatti a parità di altre caratteristiche, sono preferibili materiali meno densi. Se ilmateriale è meno denso ne occorre una minor quantità in massa per realizzare la protesi,il che comporta i seguenti vantaggi:

o un minor costo, perché occorre una massa minore di materiale,

o una migliore ritenzione delle protesi relative al mascellare superiore, soprattutto separticolarmente ampie. Un materiale di densità minore risulta più adatto perché laprotesi sarà più leggera, migliore sarà la sua ritenzione e quindi più facilmente essasi manterrà in posizione;

o migliore tollerabilità da parte del paziente. Un materiale di densità inferioreconsente la realizzazione di protesi più leggere. Maggiore è la leggerezza dellaprotesi, migliore la tollerabilità da parte del paziente.

Dilatazione termica. – Abbiamo parlato della dilatazione termica come proprietàtermometrica. La dilatazione termica lineare, può essere utilizzata in luogo di quellavolumica, per valutare la compatibilità di diversi materiali, qualora essi debbano essereaccoppiati in un manufatto protesico (ad esempio protesi in metallo – ceramica). Questacompatibilità è di particolare importanza quando la lavorazione richieda l’impiego di altetemperature, con conseguente dilatazione termica di entità elevata dei materiali.

Il coefficiente di dilatazione termica lineare () è la variazione subita dall’unità dilunghezza del materiale, per ogni variazione di 1 °C della sua temperatura.

λ=L f − Li

Li⋅ΔT

4. Caratteristiche meccaniche

Le caratteristiche meccaniche si manifestano quando sul materiale agiscono dei carichi(forze)

Applicando ad un campione di materiale dei carichi crescenti esso dapprima si deformaelasticamente, poi plasticamente ed infine si rompe.

La rottura può essere provocata da

◦ carichi di trazione – che tendono ad allungare il campione◦ carichi di compressione – che tendono a schiacciarlo◦ carichi di flessione – che tendono a piegarlo.

Resistenza a trazione – la resistenza a trazione è il carico massimo, per ogni mm2 disezione, che il materiale è in grado di sopportare prima di rompersi, quando è sottoposto aforze che tendono ad allungarlo. Essa è espressa in N/mm2.

Resistenza a compressione – la resistenza a trazione è il carico massimo, per ogni mm2 disezione, che il materiale è in grado di sopportare prima di rompersi, quando è sottoposto aforze che tendono a schiacciarlo. Essa è espressa in N/mm2.

Resistenza a flessione – la resistenza a trazione è il carico massimo, per ogni mm2 disezione, che il materiale è in grado di sopportare prima di rompersi, quando è sottoposto aforze che tendono a piegarlo. Essa è espressa in N/mm2.

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Deformazioni – Quando un oggetto è sottoposto a sollecitazioni (cioè su di esso agisconodelle forze), esso si deforma (cambia di forma). Le deformazioni possono essere elasticheo plastiche.

Deformazione elastica – Una deformazione elastica è una deformazione temporanea,reversibile, che scompare riportando a zero il carico che l'ha provocata.

Deformazione plastica – Una deformazione plastica è una deformazione permanente,irreversibile, che persiste anche dopo aver riportato a zero il carico che l'ha provocata.

Elasticità – L'elasticità è la proprietà di un materiale di subire deformazioni elastichequando è sottoposto a sollecitazioni.

La caratteristica opposta alla elasticità è la rigidità.

Rigidità – è la proprietà di un materiale di resistere alla deformazione elastica. Unmateriale più rigido, a parità di forza applicata, si deforma elasticamente ma in modomeno marcato. In altre parole, un materiale rigido subisce deformazioni elastiche dipiccola entità, anche sotto carichi elevati.

Plasticità – (plasticity) La plasticità è la caratteristica di un materiale di subire fortideformazioni plastiche, prima di rompersi. La duttilità e la malleabilità sono aspetti dellaplasticità.

Duttilità (facilità di riduzione in fili)– (ductility) La duttilità è la plasticità (plasticity)di un materiale quando è sottoposto a sollecitazioni di trazione. Questa caratteristica èpositiva se il materiale deve essere utilizzato in fili. In caso contrario è negativa, per lascarsa resistenza che ne consegue.

Malleabilità (facilità di riduzione in lamine)– La malleabilità è la plasticità(plasticity) di un materiale quando è sottoposto a sollecitazioni di compressione.questa caratteristica è positiva se il materiale deve essere utilizzato per stampaggio. Incaso contrario , come già detto per la duttilità, è negativa, per la scarsa resistenza chene consegue.

La caratteristica opposta alla plasticità è la fragilità.

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Fragilità – La fragilità è la caratteristica di un materiale di rompersi senza subireapprezzabili deformazioni plastiche (avvicinando i frammenti del pezzo rotto si riottienela forma originaria).

Rottura duttile e rottura fragile – Si parla di rottura duttile quando un materiale si deformaplasticamente prima di rompersi, si parla di rottura fragile quando un materiale si rompesenza subire apprezzabili deformazioni plastiche (la rottura avviene al termine del trattoelastico).

Durezza - La durezza è la capacità di un materiale di resistere alla scalfittura, allapenetrazione e alle ammaccature.

Resistenza alla scalfittura (scala di Mohs) – La scala di Mohs ordina i materiali in basealla loro resistenza a scalfittura. Un materiale è più duro di un altro se lo riga e non neviene rigato. La scala di Mohs è costruita prendoendo 10 materiali (minerali) diriferimento, cui corrispondono i 10 gradi della scala (si va dal grado 1 per il materiale piùmorbido – talco – al grado 10 per il materiale più duro – il diamante).La durezza di unmateriale qualsiasi sarà determinata individuando i due materiali consecutivi dellascala che rispettivamente non rigano e rigano il materiale. Quindi un materiale avrà,per esempio, durezza compresa tra 3 e 4.

Resistenza alla penetrazione – Durezza Vickers (HV)

Per eseguire la prova si utilizza un penetratore con punta di diamante a forma di piramidea base quadrata. Si applica un carico (F) e si misura la superficie della impronta lasciatasul materiale (S). La durezza Vickers (HV) del materiale è data dal rapporto:

HV=FS

Il materiale di cui è costituita la punta garantisce una buona precisione della misura, inquanto il penetratore non si deforma durante la prova.

La prova Vickers è adatta per materiali molto duri e viene usata per prove dimicrodurezza, sfruttando le piccole dimensioni dell’impronta.

Resilienza – (resilience) É la proprietà di un materiale di resistere agli urti.

Resistenza allo scrorrimento viscoso (creep) – è la caratteristica di un materiale diresistere al fenomeno della prosecuzione della deformazione plastica quando è sottopostoper lunghi periodi di tempo ad un carico costante. Questa caratteristica dipendefortemente dalla temperatura: più è alta meno resistente è il materiale al creep.

Classificazione generale dei materiali4

Esistono tre categorie fondamentali di materiali:

• materiali metallici (metalli e leghe)

• materiali ceramici (porcellane, vetri, gessi, rivestimenti, ...)

• polimeri organici (plastomeri ed elastomeri)

Nella tabella seguente sono riportate e confrontate le caratteristiche fondamentali dei tretipi di materiali.

4http://dionisio.centropiaggio.unipi.it/arti/Shared%20Documents/PERFUSIONISTI/Biomateriali.pdf

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http://dionisio.centropiaggio.unipi.it/arti/Shared%20Documents/PERFUSIONISTI/Biomateriali.pdf


Polimeri Materiali ceramici Materiali metallici

Densità bassa medio/bassa alta

Conducibilità elettrica bassa bassa alta

Conducibilità termica bassa bassa alta

Durezza bassa alta media

Proprietà ottichetrasparentifacilmente modificabili

trasparentitraslucideopachefacilmentemodificabili

lucentezza

Resistenza meccanica bassaelevata a compressionebassa a trazione eflessione

alta

Biocompatibilità medio/alta alta media

Costo basso alto alto

Il pregio principale dei polimeri è il basso costo, il loro impiego è però limitato dal fattodi essere i materiali meno resistenti, non impiegabili per la realizzazione di protesi fisse;

I materiali ceramici sono i migliori per biocompatibilità ed estetica, ma la maggior partedi essi è poco resistente a trazione e flessione e il loro impiego è limitato a protesi fisseche devono sopportare carichi modesti.

I materiali metallici sono i migliori per resistenza meccanica e affidabilità: costituiscono lascelta obbligata per la realizzazione di protesi che devono sopportare carichi elevati, anchese, per le altre caratteristiche, sono nel complesso inferiori alle altre due classi di materiali.

Non sempre questi tre tipi fondamentali di materiali hanno i requisiti soddisfacenti peralcuni tipi di impiego. Quando possibile, si cerca di ovviare a questi limiti, utilizzandomateriali compositi, ottenuti mescolando due o più tipi di materiali appartenenti acategorie diversi.

Tra i tipi di materiali compositi utilizzati in odontotecnica, possiamo ricordare la metallo– ceramica e le resine composite.

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Le cere

Percorso base

1. Introduzione – Il termine cera (wax) indica un gruppo di materiali, di composizionechimica5 e di origine diverse, che hanno in comune caratteristiche simili alla cera d’api(bees wax), la prima cera conosciuta e impiegata dall’uomo.

Le cere sono materiali organici solidi, rigidi e fragili a temperatura ambiente che, con unmodesto riscaldamento rammolliscono diventando facilmente deformabili in modoplastico6. Il passaggio dallo stato rigido a quello plastico è reversibile e può avvenire unnumero indefinito di volte. Grazie a questa caratteristica, che prende il nome ditermoplasticità, le cere sono materiali particolarmente adatti per la modellazione. Infatti,dopo un leggero riscaldamento è possibile manipolarle per far loro assumere la formavoluta, e con il successivo raffreddamento far sì che questa forma sia mantenuta.

Le cere sono materiali con resistenza meccanica modesta e pertanto non sono adatti perrealizzare protesi dentali definitive: i modellati in cera devono essere trasformati, con letecniche appropriate, in protesi (o parti di esse) definitive in metallo, in resina o, piùraramente, in ceramica.

Le cere sono sostanze insolubili in acqua e solubili, in particolare a caldo, in solventiorganici. Queste caratteristiche di solubilità sono impiegate per la loro estrazione epurificazione.

2. Le cere naturali

Le cere sono materiali largamente presenti in natura e, a seconda della loro origine,possono essere classificate in animali, vegetali e minerali.

2.1. Cere animali – sono cere prodotte da animali o estratte da parti del loro corpo. Laprincipale è la cera d’api.

o Cera d’api – È la cera prodotta dalle api per la costruzione degli alveari. Perl’estrazione della cera i favi privati del miele sono trattati con acqua bollente. Lacera grezza viene schiumata e successivamente purificata per fusione mediantevapore. La cera viene mantenuta fusa per il tempo necessario (una decina di ore)perché le impurezze vadano a fondo raccogliendosi alla base del contenitore.Saranno poi raschiate dai pani ottenuti per raffreddamento. La cera così purificataha un intervallo di rammollimento sui 40 – 45 °C ed un intervallo di fusionecompreso tra i 62 -65 °C. È bianca, friabile a freddo e non molto dura atemperatura ambiente.

2.2. Cere vegetali – Tutte le parti esterne delle piante contengono sostanze cerose, chehanno lo scopo di mantenerne l’equilibrio idrico e di proteggerle da funghi e insetti.

5Chimicamente le cere sono definite come esteri solidi ad alto peso molecolare con alcoli monofunzionali ad alto peso molecolare. Tuttavia sia le cere naturali, sia le cere sintetiche, hanno solitamente una composizione chimica più complessa o addirittura diversa. (Cere, in Enciclopedia della chimica USES)6A questo riguardo bisogna ricordare che esistono due tipi fondamentali di deformazioni:

Deformazione elastica – Una deformazione elastica è una deformazione reversibile: il materiale riassumele dimensioni originarie riportando il carico a zero.

Deformazione plastica – Una deformazione plastica è una deformazione irreversibile: essa persiste anchedopo che si è riportato il carico a zero.

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La quantità di cere presenti varia però molto da pianta a pianta e solo alcune siprestano per la loro estrazione. Le cere vegetali più importanti sono:

o Cera carnauba – viene estratta dalle foglie di una palma che cresceprevalentemente in Brasile7. Le foglie tagliate sono essiccate: in questo modo lacera indurisce e diventa fragile e può essere staccata facilmente per via meccanica.Viene purificata mediante fusione in acqua bollente.

È una cera più dura e fragile rispetto alla cera d’api: ha un intervallo di fusionecompreso tra 83 – 91°C. Si impiega per aumentare l’intervallo di fusione e ladurezza delle altre cere.

o Cera candelilla – si estrae da una pianta erbacea della famiglia delle euforbiacee8,mediante trattamento della pianta con acqua bollente. Ha un intervallo di fusionecompreso tra 65 – 69°C. Ha caratteristiche simili alla cera carnauba, me è menodura e meno costosa e può essere usata in sua sostituzione. Si miscela solitamentealla paraffina per aumentarne la durezza e l’intervallo di fusione.

2.3. Cere minerali – Queste cere non sono materiali di origine minerale in senso stretto:sono infatti materiali fossili di origine vegetale o animale.

o Paraffina – si ottiene per raffinazione del residuo della distillazione frazionata delpetrolio (olio combustibile denso). È costituita da paraffine. Ha un intervallo difusione di 40 – 70°C. Per aumentarne durezza e intervallo di fusione possonoesserle addizionate altre cere minerali, come la ceresina e la montana.

o Ceresina (Ozokerite raffinata) – È una cera minerale fossile a base idrocarburica.Viene estratta da appositi giacimenti, in prevalenza nell’est europeo, si separa dalleimpurezze mediante trattamento con acqua bollente. È simile di aspetto ecomposizione alla paraffina, ma ha un intervallo di fusione compreso tra 60 – 70°Ced è caratterizzata da una struttura microcristallina che ne determina un ottimopotere legante.

o Montana – è costituita prevalentemente da esteri. Si estrae mediante solventeorganico da ligniti precedentemente essiccate. È dura e fragile con intervallo difusione di circa 80 – 90°C.

2.4. Cere sintetiche – sono presenti in percentuali piuttosto limitate nelle cere per usodentale, sono formate da composti organici complessi di varia composizione. Graziealla loro origine sintetica sono caratterizzate da proprietà controllate e da elevatogrado di purezza.

3. Caratteristiche delle cere dentali (dental waxes)

o Struttura allo stato solido – La maggior parte delle cere sono solidi amorfi,hanno cioè una struttura microscopica disordinata, tipica dello stato liquido. Perquesto motivo sono considerati liquidi ad elevata viscosità.

o Intervallo di rammollimento e intervallo di fusione – I materiali amorfi, come leporcellane dentali, le cere, i vetri, ecc., non hanno una temperatura e nemmeno unintervallo ben definito di fusione. Rammolliscono progressivamente all’aumentaredella temperatura, fino a diventare completamente liquidi. Solo alcune cere dotatedi una struttura microcristallina hanno un intervallo di fusione. Riassumendo: lesostanze pure hanno una struttura cristallina e una temperatura di fusione costante;le soluzioni o i miscugli con struttura cristallina hanno un intervallo di fusione chedipende dalla composizione oltre che dai componenti; i solidi amorfi hanno un

7http://www.britannica.com/EBchecked/topic/96279/carnauba-wax#ref135288 8http://www.britannica.com/EBchecked/topic/92383/candelilla-wax#ref261177

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http://www.britannica.com/EBchecked/topic/92383/candelilla-wax#ref261177

http://www.britannica.com/EBchecked/topic/96279/carnauba-wax#ref135288


intervallo di rammollimento ma non presentano né una temperatura né unintervallo di fusione.

La temperatura di rammollimento o di completo passaggio allo stato liquido sonoimportanti perché da essi dipende la lavorabilità delle cere e il tipo di impiego(vedi ad esempio cere da modellazione invernali/estive).

o Coefficiente di dilatazione termico lineare ()– Rappresenta l’allungamento diun campione di materiale di lunghezza unitaria, per ogni grado di aumento ditemperatura.

λ=L f− Li

Li⋅ΔTPer calcolare l’allungamento complessivo del campione bisogna pertantomoltiplicare il coefficiente di dilatazione termico lineare per la lunghezza delcampione e per l’incremento di temperatura. Minore è il coefficiente di dilatazionetermico lineare, più preciso risulterà il modello realizzato in cera.

Le cere sono il materiale dentale con il più elevato coefficiente di dilatazionetermico lineare.

o Resistenza allo scorrimento viscoso – La resistenza allo scorrimento viscoso èla capacità di un materiale di resistere, sotto carico costante, al fenomenodella prosecuzione della deformazione. La resistenza allo scorrimento viscosodipende fortemente dalla temperatura. Nel caso delle cere viene determinato nelmodo seguente: un campione cilindrico (diametro 10 mm, altezza 6 mm), vienesottoposto ad un carico di 2 kg per un tempo di 10 minuti. Lo scorrimento viscosoviene espresso come accorciamento percentuale del campione.

o Residuo al riscaldamento – Il residuo al riscaldamento è una caratteristica moltoimportanti per le cere da impiegare nei processi di fusione a cera persa. Il residuo a500°C deve essere inferiore allo 0,1%.

4. Composizione e impieghi delle cere dentali – Le cere dentali9 sono miscugli di cere diorigini diverse e di additivi, con caratteristiche idonee ad uno degli impieghi in campodentale. Il componente principale è solitamente la paraffina, solo in alcuni casi particolariè la cera d’api. Le altre cere sono aggiunte per modificare le proprietà in base al tipo diimpiego a cui sono destinate. Le cere dentali, in base ai loro impieghi , si possonosuddividere in:

o Cere per modellati:

o da riprodurre in resina, mediante formatura in muffola - Sonocostituite prevalentemente da ceresina (o paraffina), cera d’api, ceracarnauba, resine naturali e artificiali, cere sintetiche, oli e sostanzecoloranti. Le più importanti sono le

cere per placche base – per modellare le basi di protesi mobili

o da riprodurre in lega, mediante fusione a cera persa – per prepararemodelli da riprodurre in lega metallica (stelliti, leghe auree, …) mediante ilprocedimento di fusione a cera persa (lost wax technique). In base al tipodi protesi, le cere da fusione sono suddivise in :

cere per intarsi (dental inlay casting wax)- per modellazione diintarsi, corone e ponti.

9dental wax a mixture of two or more waxes with other additives, used in dentistry for casts, construction of nonmetallic denture bases, registering of jaw relations, and laboratory work. (http://medical-dictionary.thefreedictionary.com/dental+wax )

14

http://medical-dictionary.thefreedictionary.com/dental+wax


cere da fusione (casting wax) – per scheletrati (gli scheletrati nonsono modellati come le corone, essi si realizzano a partire da cerepreformate, da adattare al manufatto particolare che di volta in voltasi deve realizzare)

o Cere da lavorazione10 (processing wax) – Sono esempi di questo tipo di cere lecere collanti e le cere per sottosquadri.

o Cere da impronta – come le cere correttive e le cere da registrazione.

Bibliografia

Cere da laboratorio a confronto , Infodent 10/2005

Cere in Enciclopedia della Chimica, UTET, pp. 242-245

<

10 Ad esempio le cere adesive, utilizzate «per unire fra loro parti in cera, per posizionare spine e canali di fusione e per adattare elementi preformati» [Infodent, 10/2005 p.37]

Un altro uso di queste cere è per unire provvisoriamente parti metalliche da saldare.

15

http://www.infodent.it/download.php?doc=confronti&id=31&type=f3rec


I materiali da impronta

Percorso base

I materiali da impronta sono materiali adatti al rilevamento dell’impronta, sono quindiin grado di riprodurre in negativo le arcate dento-alveolari e le strutture orali diinteresse odontoiatrico.

1. Impronta e modello

Impronta - riproduzione fedele in negativo delle arcate dento – alveolari e delle struttureorali di interesse odontoiatrico, ottenuta con materiali appropriati, detti materiali daimpronta.

Modello – riproduzione fedele delle arcate dento – alveolari e delle strutture orali diinteresse odontoiatrico, ottenuto per sviluppo dell’impronta, con appositi materiali(materiali per lo sviluppo dell’impronta).

I materiali da impronta sono introdotti in bocca in uno stato pastoso (o in alcuni casi,plastico), in cui sono facilmente deformabili in modo permanente e possono riceverel’impronta. Subiscono quindi una trasformazione che li fa indurire e che ne rendepossibile l’estrazione dalla bocca, senza perdere l’impronta ricevuta.

Quindi la caratteristica fondamentale di un materiale da impronta e quella di poterpassare da uno stato plastico (in grado di ricevere l’impronta) ad uno stato rigido oelastico (in grado di mantenerla).

2. Requisiti ideali per materiali da impronta11

a) Odore, sapore e aspetto gradevole – per ridurre al minimo la sensazione di disagio delpaziente durante la presa dell'impronta.

b) Biocompatibilità – una buona biocompatibilità è desiderabile, per ridurre al minimo i rischialla salute del paziente. Tuttavia, poiché i tempi di contatto con il materiale sonoestremamente ridotti, sono impiegabili anche materiali con caratteristiche non ottimali (vedipolieteri).

c) Facilità d'uso

d) Tempo di presa adeguato - la presa non deve essere troppo veloce, per consentirne lapreparazione, ma non troppo lunga per evitare disagi al paziente.

e) Eccellente memoria elastica12 (per superare le zone di sottosquadro)

f) Stabilità dimensionale – una volta indurito e presa l'impronta, il materiale deve mantenere lesue dimensioni, senza contrarsi o rigonfiare.

g) Resistenza alla distorsione e rottura

h) Precisione di riproduzione dei dettagli (anche microfini)

i) Idrofilia – in modo da poter aderire perfettamente alle superfici umide (in bocca lo sonosempre per la presenza di saliva) e di riprodurne fedelmente i dettagli.

j) Compatibilità con i materiali con cui si realizzano i modelli

k) Costo accettabile

3. Classificazione dei materiali da impronta 11http://www.amicidibrugg.it/rivista/200804/art5_1.asp 12Quando un elastomero viene deformato, al cessare della sollecitazione responsabile della deformazione esso non recupera completamente la forma originale. Infatti, rimane una lieve deformazione permanente residua. Con recupero elastico, quindi, si intende la percentuale di ritorno alla forma originale dopo che il materiale ha subito una deformazione

16

http://www.amicidibrugg.it/rivista/200804/art5_1.asp


In base alle loro caratteristiche chimiche e fisiche i materiali da impronta sono solitamenteclassificati in elastici e non-elastici.

non elastici– gessi da impronta, pasta all’ossido di zinco – eugenolo; pastetermoplastiche, cere per impronta;

elastici – idro-colloidi (agar – agar, alginati), elastomeri (polisolfuri, polieteri e vinil-polisilossani).

La differenza sostanziale tra le due categorie di materiali e che quelli elastici possonoessere deformati temporaneamente durante l’estrazione dell’impronta dalla bocca delpaziente, riacquistando successivamente la forma originaria (recupero elastico).

Questa caratteristica è fondamentale nelle impronte in cui sono presenti dei sotto –squadri: in tal caso i materiali non elastici, durante l’estrazione o si rompono o sideformano in modo permanente.

Un’altra importante classificazione dei materiali da impronta si basa reversibilità o menodel processo di indurimento (passaggio dallo stato pastoso allo stato rigido o elastico):

materiali da impronta reversibili (ad esempio: agar – agar, cere da impronta) – questimateriali, una volta induriti possono essere riportati allo stato pastoso;

materiali da impronta irreversibili (ad esempio: gessi, alginati, elastomeri) – questimateriali, una volta induriti non possono più tornare allo stato pastoso.

Inoltre, in base allo scorrimento viscoso e al loro comportamento quando sono a contattocon le strutture molli del cavo orale, si distinguono in:

materiali da impronta mucostatici – ad elevato scorrimento viscoso (fluidi), chedurante la presa dell’impronta non provocano la compressione delle mucose. Questacaratteristica è importante nel caso in cui sia necessario riprodurre con precisione idettagli dei tessuti molli, come nel caso di impronte per protesi rimovibili totali.

materiali da impronta mucocompressivi – a basso scorrimento viscoso (viscosi) chedurante la presa dell’impronta, provocano la compressione delle strutture molli delcavo orale.

4. Materiali da impronta di maggior impiego

I materiali da impronta utilizzati attualmente appartengono tutti alla categoria deimateriali da impronta elastici. Tra essi, i più usati in assoluto sono gli alginati, idonei perquasi tutti i tipi di impronta (la precisione dipende anche dalla perizia dell’operatore).

Nei casi in cui è richiesta una maggiore precisione, come nelle impronte per protesiparziali fisse, in particolare in corrispondenza dei monconi, si utilizzano gli elastomeri(polisolfuri, polieteri, siliconi).

5. Gli idro-colloidi

I materiali da impronta utilizzati attualmente appartengono tutti alla categoria deimateriali da impronta elastici. Tra essi, i più usati in assoluto sono gli alginati, idonei perquasi tutti i tipi di impronta (la precisione dipende anche dalla perizia dell’operatore).

5.1. Gli agar - agar

Gli agar, analogamente agli alginati, sono dei polisaccaridi estratti da particolari tipi dialghe, che in acqua danno origine ad un idro – colloide. Il passaggio dallo stato di sol aquello di gel si ottiene per raffreddamento ed il processo è reversibile. Sono materialimolto precisi, in grado di rilevare impronte adatte per la realizzazione di protesi fisse.Durante la presa dell’impronta non comprimono i tessuti molli: sono cioè mucostatici.

17


Pregi:

precisi (più degli alginati)

economici

riutilizzabili

Difetti:

sono difficili da usare. Sono confezionati sotto forma di gel che deve esseretrasformato in sol, in opportune vasche termostatate, prima dell’impiego. Ilpassaggio da sol a gel è provocato da un abbassamento di temperatura e il loroimpiego per impronte richiede un porta-impronte speciale, con raffreddamento adacqua;

analogamente agli alginati, hanno scarsa stabilità dimensionale. Tendono a perderefacilmente acqua e a contrarsi. È necessario pertanto sviluppare rapidamentel’impronta.

Impieghi attuali: sono impiegati per la duplicazione delle impronte. Nonostante siano statiquasi completamente soppiantati dagli elastomeri, alcuni operatori li impiegano ancora perimpronte finalizzate alla realizzazione di protesi fisse, grazie alla loro elevata precisione.

5.2. Gli alginati

Gli alginati sono degli idro-colloidi, in cui la fase dispersa è costituita da un sale solubiledell’acido alginico13, a sua volta estratto da alcuni tipi di alghe marine. L’alginato solubileè costituito da molecola complessa, quando è disperso in acqua queste molecole dannoluogo ad un liquido vischioso (SOL).

Per reazione con il calcio si forma un sale insolubile dell’acido alginico, l’alginato dicalcio, e l’idro-colloide si trasforma irreversibilmente dalla forma di SOL a quella di GEL.La massa gelatinosa ottenuta ha caratteristiche elastiche.

SOL GEL

Alginato di sodio o dipotassio solubili

+ calcio

(liberato dal gesso)

Alginato di calcio insolubile

materiale deformabileplasticamente per raccoglierel’impronta

materiale con elevatecaratteristiche elastiche

Gli alginati sono venduti sotto forma di polvere da miscelare con acqua distillata14. Lapolvere è costituita da:

13 L’acido alginico è un polisaccaride (polimero naturale) ottenibile per policondensazione dell’acido mannuronico

14In base alle norme ISO, gli alginati si suddividono in:

Tipo I (fast) – a indurimento rapido, tempo di indurimento massimo di tre minuti a 32°C

Tipo II (regular) – a indurimento normale; tempo di indurimento fra tre e cinque minuti a 32°C

18


%

15 – 20 Alginato solubile ( di sodio o di potassio)

10 -16 Sale di calcio solubile in acqua (solitamente solfato di calcio biidrato) ingrado di reagire con l’alginato solubile per formare un alginato insolubile.

2 – 5 Ritardante di presa (fosfato trisodico o carbonato di sodio)

60 – 70 Riempitivo (terra di diatomee) conferisce forza alla miscela

accelerante per la presa del gesso (utilizzato come materiale per lo sviluppodell’impronta), solitamente solfato di potassio.

Indicatori, aromatizzanti, ecc.

Vediamo di seguito i principali pregi e difetti degli alginati.

Gli alginati sono i materiali da impronta più utilizzati, in quanto:

sono di semplice utilizzo (sono facili da manipolare richiedono un’attrezzaturamolto semplice)

sono elastici

presentano una buona precisione

hanno un costo modesto

Gli inconvenienti degli alginati sono:

scarsa stabilità dimensionale. Tendono a perdere facilmente acqua e a contrarsi. ènecessario sviluppare rapidamente l’impronta.

meno precisi degli agar e degli elastomeri, che sono più adatti per rilevare idettagli necessari per le protesi parziali fisse.

l’impossibilità di eseguire la galvanoplastica delle impronte

6. Gli elastomeri

I materiali da impronta a base di elastomeri passano irreversibilmente dallo stato pastosoallo stato elastico grazie ad una reazione di polimerizzazione.

Gli elastomeri sono cioè dei polimeri, classificabili in base al tipo di polimerizzazione15

con cui sono ottenuti

polimeri per condensazione – la reazione di polimerizzazione avviene conliberazione di molecole di altre sostanze (alcol, acqua, …). Ciò comporta unamaggiore instabilità in volume del polimero ottenuto.

polimeri per addizione – la reazione di polimerizzazione avviene senza liberazione dialtre sostanze. Ciò assicura una discreta stabilità di volume.

15 La reazione di polimerizzazione è una reazione in cui un numero anche molto elevato di molecole di monomero, si uniscono a formare una macromolecola di polimero.«Polimerizzazione Processo di sintesi di un polimero a partire dai monomeri costituenti. Esistono essenzialmentedue tipi di polimerizzazione, diversi a seconda della struttura chimica dei monomeri di partenza: la poliaddizionee la policondensazione. La prima è una reazione a catena molto rapida; comporta l’unione di specie chimiche contenenti doppi o tripli legami e avviene senza l’eliminazione di prodotti secondari. La seconda è una reazione chimica più lenta, che invece avviene con eliminazione di prodotti secondari, principalmente acqua. Esempi di polimeri ottenuti per poliaddizione sono polietilene e polipropilene; i poliesteri, le poliammidi e i poliuretani sono esempi di polimeri ottenuti per policondensazione.»

19

http://it.encarta.msn.com/encyclopedia_981534659/Poliammidi.html

http://it.encarta.msn.com/encyclopedia_761588481/Poliestere.html

http://it.encarta.msn.com/encyclopedia_1041505541/PP.html

http://it.encarta.msn.com/encyclopedia_1041505540/PE.html

http://it.encarta.msn.com/encyclopedia_761563675/Legame_chimico.html

http://it.encarta.msn.com/encyclopedia_761579577/Monomero.html

http://it.encarta.msn.com/encyclopedia_761564484/Polimero.html


Gli elastomeri per condensazione danno maggiori problemi, in quanto dotati di minorstabilità di volume e per la possibilità di formazione di bolle all’interno della massa,causati dalla liberazione di sostanze durante la polimerizzazione stessa.

Gli elastomeri, in base al loro grado di fluidità (viscosità), ottenuto dosando i riempitivi,sono classificati in quattro categorie:

Tipo 0 – viscosità molto alta (putty)

Tipo 1 - alta viscosità (heavy)

Tipo 2 - media viscosità (regular)

Tipo 3 bassa viscosità (light body)

Gli elastomeri da impronta sono destinati a specifici impieghi in base alla viscosità che essipresentano dopo la miscelazione dei componenti.

I materiali a bassa viscosità vengono impiegati mediante siringa iniettandoli attorno ai dentipreparati, o generalmente come materiali correttivi sfruttando il supporto offertogli da un’improntacon un materiale a viscosità più elevata (impronta singola con formulato doppio16 oppureimpronta doppia con formulato doppio17).

I materiali a media e ad alta viscosità possono essere impiegati da soli per rilevare improntecomplete tramite appositi portaimpronta individuali (impronta singola con formulato singolo), ocome si è detto in combinazione con materiali a bassa viscosità (impronta singola con formulatodoppio).

I materiali a viscosità molto alta vengono impiegati per rilevare impronte preliminari, chefungeranno quindi da portaimpronta individuali per rilevare le impronte finali con materiali aviscosità più bassa (impronta doppia con formulato doppio).

Gli elastomeri da impronta possono essere considerati dei materiali da impronta di tipo universale,in grado cioè di rilevare svariati tipi di impronte nel cavo orale dei pazienti. In genere, laprincipale limitazione al loro impiego risiede nel loro costo elevato, e pertanto non vengonogeneralmente impiegati in quei casi nei quali siano richieste elevate quantità di materiale e siapossibile utilizzare materiali aventi un costo più contenuto e in grado di fornire ugualmente deirisultati soddisfacenti Essi, pertanto, vengono principalmente ed estesamente impiegati per ilrilevamento di impronte per la costruzione di protesi fisse, mentre per gli altri tipi di impronta sipreferiscono i più economici alginati.

Attualmente sono tre i tipi di elastomeri maggiormente utilizzati: polisolfuri (polimeri per condensazione): tre gradi (bassa/media/alta viscosità)

polieteri (polimeri per addizione): due gradi (bassa/media)

polivinilsilossani o siliconi per addizione (polimeri per addizione): quattro gradi(bassa/media/alta/molto alta).

6.1. Polisolfuri

Sono ottenuti per polimerizzazione per condensazione, di formano cioè prodotti secondari(tra i quali l'acqua), con conseguente ritiro dell'impronta, che si protrae per parecchie oredopo la sua estrazione dalla bocca del paziente.

16Nell'impronta singola con formulato doppio, il materiale a bassa viscosità viene applicato direttamente sui denti, dove è richiesta una maggiore precisione, mediante siringa. Nel porta-impronte viene inserito il materiale aviscosità più alta. Durante la presa dell'impronta i due materiali si saldano.17Nell'impronta doppia con formulato doppio, viene dapprima eseguita un'impronta preliminare con un materiale a viscosità molto alta. L'impronta ottenuta viene utilizzata come porta-impronte individuale per una seconda impronta in cui si utilizza un materiale a viscosità bassa, in particolare nelle zone dove è richiesta la massima precisione.

20


hanno comunque una buona stabilità in volume se si usano con portaimpronteforato.

sono i più economici tra gli elastomeri

I principali difetti dei polisolfuri sono:

scarsa memoria elastica

idrofobia

odore e sapore sgradevoli (appartengono alla categoria dei mercaptani: lesostanze che impartiscono il caratteristico odore alle uova marce)

6.2. Polieteri

Sono un materiale da impronta idrofilo che polimerizza per addizione. Superiore aimateriali precedenti (idro-colloidi, polisolfuri) sia per le proprietà meccaniche sia perl’assenza quasi totale di contrazione.

Pregi:

precisione nella riproduzione dei dettagli grazie alla idrofilia e alla stabilitàdimensionale.

ottima rigidità.

Difetti:

effetto ventosa che rende difficile il distacco

biocompatibilità non eccellente (cito-tossicità per alcuni dei suoi componenti)

6.3. Polivinilsilossani (siliconi per addizione)

Sono polimeri per addizione (agli inizi degli anni cinquanta erano stati introdotti deisiliconi per condensazione: siliconi tipo C).

Pregi:

stabilità dimensionale

ottima biocompatibilità

buona rigidità.

Difetti:

idrofobo, ma ne esistono addizionati di tensioattivi per migliorarne la bagnabilità

sono costosi

7. I migliori materiali da impronta disponibili

Fra i tanti materiali disponibili gli unici due che possiedono un alto numero dellecaratteristiche ideali specificamente richieste per gli impianti sono i siliconi per addizioneo polivinilsilossani e i polieteri.

Nei primi la polimerizzazione avviene per unione diretta delle macromolecole siliconiche,che formano un reticolo tridimensionale, senza liberazione di sostanze secondarie, la qualeavviene invece nei siliconi per condensazione (per cui è possibile la formazione di bolle ol'incompletezza della reazione di presa).

8. La disinfezione delle impronte

21


Le impronte devono essere disinfettate per minimizzare i pericoli di trasmissione dimalattie infettive dal paziente al dentista e agli odontotecnici.

Tutte le impronte, appena estratte dalla bocca, devono essere risciacquate accuratamente,quindi disinfettate.

I disinfettanti e i processi di disinfezione non devono danneggiare l'impronta e, pertanto,dipendono dal tipo di materiale impiegato.

9. I materiali da duplicazione

Quando si rende necessaria la duplicazione del modello, si adoperano i materiali daduplicazione. I principali sono:

Idrocolloidi

I materiali più utilizzati per la duplicazione dell’impronta sono idrocolloidi reversibili abase di agar - agar

Elastomeri

Si utilizzano prevalentemente polivinilsilossani e polieteri

Gel organici termoplastici a base di policloruro di vinile (PVC)

Bibliografia

F.Simionato, Scienza dei materiali dentali, Piccin 1996. pp. 861 - 926

Infodent 6-7/2006, Polieteri e polisolfuri

Infodent 5/2005 – Siliconi per addizione

http://www.amicidibrugg.it/default.asp

http://www.iss.it/binary/publ/publi/0133.1125667558.pdf

<

22


http://www.amicidibrugg.it/default.asp




I materiali per lo sviluppo dell’impronta

Percorso base

1. I materiali per lo sviluppo dell’impronta sono i materiali con cui si realizza il modello, apartire dall’impronta.

I principali materiali per lo sviluppo dell’impronta sono:

gessi

materiali metallici

resine18

refrattari19,20

2. I gessi

Il gesso è di gran lunga il materiale più utilizzato per lo sviluppo dell’impronta e per larealizzazione del modello.

tipo formula chimica densità (g/cm3) Solubilità (g/100g di soluzione)

Gesso naturale CaSO4·2H2O 2,31 0,21

Gesso semi-idrato

CaSO4·1/2H2O 2,75 0,67

CaSO4·1/2H2O 2,63 0,88

Anidrite III CaSO4 2,58 si converte in semi-idrato

Anidrite II CaSO4 2,97 0,27

Tabella 1 - Caratteristiche principali tipi di gesso

2.1. La cottura del gesso

La materia prima da cui si parte è la pietra da gesso (gesso naturale, costituito dasolfato di calcio bi-idrato CaSO4·2H2O). Il tipo di prodotto che si ottiene dipendedalle condizioni in cui avviene la cottura, principalmente la temperatura.

La cottura della pietra da gesso a temperature comprese tra 110°C e 130°C,all’aperto, porta alla formazione del solfato di calcio semi-idrato nella forma :

CaSO4∘2 H 2O →t=120 °all ' aperto

βCaSO4∘1/2 H 2O

La cottura della pietra da gesso alla stessa temperatura, ma in autoclave, porta allaformazione di cristalli di maggiori dimensioni di solfato di calcio semi-idrato.Benché non vi sia nessuna differenza strutturale (al di là della dimensione deicristalli), questo prodotto è indicato come forma

18Le resine impiegabili per la realizzazione di modelli sono resine epossidiche. Il loro impiego a questo scopo è abbastanza raro.19 Per corone a giacca in ceramica integrale. Dopo la cottura della porcellana il moncone in refrattario viene eliminato con sabbiatura.20Anche i modelli per gli scheletrati sono realizzati in refrattario: essi vanno inseriti insieme al modellato in cera all'interno dell'apposito cilindro e inglobato nel materiale da rivestimento. Il modellato dello scheletrato è troppo grande e si deformerebbe se fosse staccato dal modello per il posizionamento all'interno del cilindro.

23


CaSO4∘2 H 2O →t=120° autoclave

αCaSO4∘1/2 H 2O

La cottura in recipiente chiuso (autoclave), ma in presenza di una soluzione al 30%di cloruro di calcio, consente di ottenere un solfato di calcio semi-idrato alfa moltopiù denso e compatto, detto modificato Per cotture a temperature superiori siottengono gessi idraulici di impiego non dentale21.

2.2. Presa e indurimento del gesso

Il gesso semi-idrato nelle forme , e modificato è un materiale idraulico. Essocioè, macinato e impastato con acqua fa presa e indurisce22. Durante la presa el’indurimento esso si ritrasforma in solfato di calcio biidrato (cioè lo stesso compostoche costituisce la pietra da gesso).

I solfati di sodio e di potassio accelerano il processo di presa (anche la presenza diCaSO4·2H2O che funge da nucleo di accrescimento dei cristalli, accelera la presa).Invece l’amido, la colla di pesce, ecc., fungono da ritardanti della presa.

La resistenza meccanica del manufatto ottenuto dipende dalla microstruttura delsolido. Quest’ultima, a sua volta è influenzata dalla quantità di acqua di impastoutilizzata: una notevole quantità di acqua libera che può evaporare, infatti,diminuisce notevolmente le proprietà meccaniche (vedi tabella).

Rapporto in massa

acqua/semi-idrato

tipo di semi – idrato Resistenza a compressione

(N/mm2)

0,186 23 CaSO4·1/2H2O 31,9

0,186 24 CaSO4·1/2H2O 30,4

0,450 CaSO4·1/2H2O 18,1

0,600 CaSO4·1/2H2O 16,4

0,800 CaSO4·1/2H2O 11,3

Tabella 2 - Resistenza del gesso in funzione della quantità di acqua di impasto

2.3. La classificazione dei gessi dentali per tipologia di impiego

21La cottura a temperature superiori a 180°C porta ad ulteriore perdita di acqua di cristallizzazione, conformazione di solfato di calcio anidro (anidrite III). L’anidrite ha proprietà idrauliche, ma il suo tempo di presa ènotevolmente più lento rispetto al solfato di calcio semi-idrato. L’anidrite III è solitamente usato per i gessi daintonaco.

CaSO4∘2 H 2O →t⩾180°

CaSO4(Anidrite III)

La temperatura non deve superare i 300°C; in caso contrario si forma una anidrite di diversa struttura cristallina(anidrite II), più compatta, che non è più in grado di far presa con l’acqua (gesso bruciato)

22Il gesso semi-idrato, sia nella forma sia nella forma , è molto più solubile del solfato di calcio bi-idrato(vedi tabella).

Quando lo si impasta con acqua si forma una soluzione satura rispetto al CaSO4·1/2H2O, ma soprasatura rispettoal CaSO4·2H2O. Di conseguenza, precipita il solfato di calcio bi-idrato, sotto forma di cristalli aghiformiintrecciati che danno consistenza e resistenza al manufatto.

La soluzione è mantenuta satura dal solfato di calcio semi-idrato che continua a sciogliersi. 23 Questa è la quantità stechiometrica, cioè la quantità minima indispensabile per la reazione di idratazione da semi-idrato a bi-idrato.

24


I gessi impiegati come materiali dentali sono stati classificati dalla ADA (e dalla ISO,norma n° 6873) in quattro categorie24,25

Tipo 1 – gesso tenero per impronte – Questi gessi sono utilizzati per eseguireimpronte nel cavo orale del paziente. Sono gessi che richiedono la maggiorequantità di acqua per la loro miscelazione e pertanto dopo la presa sono i menoresistenti.

Tipo 2 – gesso tenero per modelli – Questi gessi sono impiegati principalmenteper la costruzione di modelli di studio. Essi sono impiegati anche per ilmontaggio dei modelli in articolatore, e mescolati con gesso duro, per lapreparazione delle forme nelle muffole per la formatura delle resine per protesitotali e per protesi parziali rimovibili; per questi scopi, comunque, sonodisponibili anche gessi appositi. Richiedono una quantità di acqua minore deiprecedenti e, pertanto, dopo la presa sono più resistenti.

Tipo 3 – gesso duro – Questi gessi sono impiegati principalmente per lacostruzione di modelli utilizzati per realizzare protesi totali e protesi parzialirimovibili in resina, apparecchi ortodontici, placche-base ecc. Richiedono unaquantità di acqua notevolmente minore dei precedenti e dopo la presa sonopertanto più resistenti.

Tipo 4 – gesso extra – duro – Questi gessi sono impiegati principalmente per lacostruzione di modelli utilizzati per la realizzazione di protesi fisse, di protesicombinate, e di protesi parziali rimovibili. Sono i gessi che richiedono la minorequantità di acqua di tutti e risultano pertanto i più resistenti dopo la presa.

Tipo Denominazione Tipo di semi-idrato Impiego

I Impression plaster CaSO4·1/2H2O Impronta

II Plaster CaSO4·1/2H2O Modelli (di studio)

III Stone CaSO4·1/2H2O Modelli (per protesi mobile in resina – apparecchi ortodontici)

IV Extra - stone CaSO4·1/2H2O

(modificato)

Modelli (per protesi fisse, combinate, parziali rimovibili)

Tabella 3 - Caratteristiche principali dei gessi dentali

2.4. Tempo di lavorabilità e tempo di presa

Nel processo di presa ed indurimento del gesso si distinguono un tempo dilavorabilità ed un tempo di presa. Il tempo di lavorabilità è il tempo entro cui il gessopuò essere lavorato, a partire dal momento in cui viene miscelato. Il tempo dilavorabilità è una frazione del tempo iniziale di presa (vedi esempio riportato negliapprofondimenti)

tempo di presa iniziale – è il limite di lavorabilità della miscela; la massaassume un grado di consistenza tale da non poter essere più manipolato. Entroquesto tempo il gesso per modelli deve essere lavorato e colato.

24 Infodent 11/2007 p.38 (miscelatori_gesso.pdf )25 L’opuscolo Gessi dentali (file: gessi.pdf) dell’industria Zingardi, facendo riferimento alla normativa ISO/FDIS(E) 6873: 1997, riporta anche un:Tipo 5 – gesso extra – duro con elevata espansione – per monconi, ma con una espansione più elevata.

25


tempo di presa finale – è il tempo necessario affinché il gesso induriscacompletamente. Trascorso questo tempo, il manufatto può essere utilizzato per lelavorazioni previste. Il tempo finale di presa per i gessi da modello è di circa 10minuti. Tuttavia, in genere è opportuno attendere 40 – 60 minuti prima diprocedere alla separazione del modello dall’impronta.

Le norme ISO stabiliscono un tempo di presa finale di 4 minuti per i gessi daimpronta e di 10 minuti per i gessi per lo sviluppo dell’impronta.

2.5. Determinazione del tempo di presa.

Il tempo di presa è il tempo che trascorre tra l’inizio della miscelazione e l’istante incui un ago non penetra più all’interno dell’impasto.

In base al diametro dell’ago utilizzato ed al carico ad esso applicato, possiamodistinguere tre prove:

Misura Diametro ago (mm) Carico (g)

tempo iniziale (Gillmore) 2,1 113,4

tempo finale (Gillmore) 1,05 453,6

tempo finale (Vicat) 1 300

2.6. Controllo del tempo di presa

Per regolare il tempo di presa, i produttori di gessi possono agire sui seguenti fattori:

grado di finezza del gesso – il tempo di presa diminuisce all’aumentare dellafinezza;

rapporto acqua/gesso – il tempo di presa aumenta al diminuire della percentualedi acqua impiegata.

metodo di miscelazione –

temperatura dell’acqua – fino a 37°C il tempo di presa diminuisce (la presa è piùveloce), dai 37°C ai 100°C la presa rallenta progressivamente (il tempo di presaaumenta).

uso di additivi:

o acceleranti – (es. K2SO4, CaSO4·2H2O)26

o ritardanti – (es. H3BO3), colloidi (ad esempio agar e alginati).

2.7. Resistenza a compressione dei gessi

La prova principale eseguita sui gessi per valutarne le caratteristiche meccaniche è laprova a compressione. Alla resistenza a compressione sono infatti legate anche ladurezza e la resistenza all’abrasione.

La resistenza a compressione viene misurata sia ad umido (a fine tempo di presa), siaa secco (quando il materiale è completamente asciugato, dopo 24 – 48 ore )

26 «La presenza di una certa quantità di bi-idrato, (che può essere aggiunta o può essere già presenta a causa di cottura incompleta) produce una notevole azione di accelerazione. Il bi-idrato già presente si comporta infatti da germi di cristallizzazione, rendendo più veloce il processo di nucleazione»[gesso, in Enciclopedia delle Chimica, USES, p.114]

26


Tabella 4 - Resistenza a umido e a secco dei gessi

Tipo di gesso

Resistenza acompressione (N/mm2)

a umido a secco

tenero CaSO4·1/2H2O 14,4 23,1

duro CaSO4·1/2H2O 25 63,1

extra duro CaSO4·1/2H2O modificato 44,5 88,1

Come si può notare, la resistenza a compressione a secco è notevolmente superiore aquella a umido.

Approfondimento: Esempio di una scheda tecnica di gesso tipo IV27

Gesso extra duro tipo IV, conforme alle norme ISO 6873, addizionato con resine sintetiche

Caratteristiche tecniche:

Colori disponibili: avorio, albicocca, grigio

Rapporto di miscelazione: 20 ml. di H2O x 100 g. di polvere

Tempo di miscelazione: manuale 60 sec miscelatore 30 sec

Tempo di lavorazione: 7-8 min

Tempo di presa iniziale: 8-9 min

Tempo di presa finale: 10-12 min (Vicat)

Espansione di presa (2 h.): 0,06%

Resistenza alla compressione a secco: 49 - 50 Mpa

Bibliografia

Gesso, in Enciclopedia della chimica, USES, pp. 112 – 114

Infodent 11/2007 – Una miscelazione perfetta. Miscelatori per gesso a confronto

ZETA Industria Zingardi, Gessi dentali (file gessi.pdf) http://www.zingardi.com/catalogo/index.htm

<

27 http://www.zingardi.com/catalogo/gessi/prodotti/resingyps.htm

27

http://www.zingardi.com/catalogo/index.htm


http://www.zingardi.com/catalogo/gessi/prodotti/resingyps.htm


I metalli

Percorso base

1. Le caratteristiche metalliche

I metalli sono elementi distinguibili dagli altri per le seguenti caratteristiche(caratteristiche metalliche ):

o Duttilità (ductility) (facilità di riduzione in fili)28;

o Malleabilità (facilità di riduzione in lamine);

o Lucentezza metallica;

o Sonorità metallica;

o Elevata conducibilità termica (high thermal conductivity);

o Elevata conducibilità elettrica (high electrical conductivity).

2. Classificazione dei metalli in base alla loro reattività

In base alla loro reattività, i metalli possono essere classificati in nobili e non nobili:

o i metalli nobili (noble metals) sono scarsamente reattivi, in particolare nonreagiscono con l'ossigeno, con le sostanze normalmente presenti nei cibi e con itessuti e i liquidi fisiologici della bocca. A causa della loro scarsa reattività èpossibile trovarli come tali in natura. I metalli nobili di maggior impiego in campoodontotecnico sono oro (Au), platino (Pt), palladio (Pd) e, come microalleganti29,iridio (Ir) e rutenio (Ru);

o i metalli non - nobili (detti anche comuni o vili) sono metalli che reagiscono conl’ossigeno, con alcune sostanze presenti nei cibi e nei tessuti e liquidi fisiologicidella bocca. A causa della loro reattività, non esistono come tali in natura, madevono essere estratti dai loro minerali con un processo metallurgico. I metalli nonnobili di maggior impiego in campo odontotecnico sono cobalto (Co), nichel (Ni),cromo (Cr), titanio (Ti), argento (Ag) e rame (Cu). I metalli non nobili, in base allecaratteristiche dell'ossido che si forma sulla loro superficie, possono esseresuddivisi in:

o metalli che si passivano, come il cromo, l'alluminio, il titanio, ...

o metalli che non si passivano, come il cobalto, il nichel, il rame, il ferro, ...

La passivazione consiste nella formazione di uno strato superficiale sottile e coerente(compatto) di ossido che protegge il metallo (o la lega) sottostante dalla ulterioreossidazione.

Questo strato di ossido è più resistente del metallo stesso all'attacco di altre sostanze.L'effetto della passivazione è quindi quello di rendere il metallo più inerte.

28La duttilità e la malleabilità, aspetti della plasticità, sono importanti perché consentono la realizzazione di manufatti mediante deformazione plastica del metallo. I lingotti di metallo (o della lega), ottenuti dal minerale mediante il processo metallurgico, possono essere deformati plasticamente, a caldo o a freddo, per produrre semilavorati: lamiere o fili. Le lamiere e i fili possono essere poi lavorati ulteriormente, per deformazione plastica, per ottenere i manufatti finiti (per esempio: ganci e fili ortodontici, in campo dentale).29I microalleganti sono detti anche affinatori di grano o agenti nucleanti.

28


3. Scala di reattività dei metalli (potenziali di riduzione)

I metalli, quando reagiscono, si trasformano nei corrispondenti ioni positivi (processo diossidazione): la loro reattività è quindi misurata dai rispettivi potenziali di riduzione(processo inverso alla ossidazione): i metalli con il potenziale di riduzione più alto sono ipiù nobili (meno reattivi), quelli con il potenziale di riduzione più basso sono i menonobili (più reattivi).

4. La struttura microscopica

I metalli allo stato solido hanno una struttura cristallina, in cui le posizioni reticolari sonooccupate dagli ioni positivi del metallo, tenuti insieme dal legame metallico30,31.

Il legame metallico: il legame metallico è la forza attrattiva di natura elettrica la nubeelettronica, costituita dagli elettroni di valenza, e gli ioni positivi del metallo.

I solidi metallici sono caratterizzati da una struttura policristallina, con i singoli cristalliorientati, di norma, a caso, senza una direzione preferenziale.

La dimensione dei grani dipende, tra gli altri fattori, dalla velocità di cristallizzazione dallafase liquida.

Bibliografia

Wikipedia - Metallo

<

30 Il legame metallico è un tipo particolare di legame chimico. Il legame chimico: il legame chimico è una forzaattrattiva di natura elettrica che tiene uniti gli atomi o gli ioni, in una molecola o in un cristallo31 Metalli: strutture compatte di ioni metallici sono avvolte a una nuvola di elettroni delocalizzati che li tiene legati insieme. [Cotton, Wilkinson – p.49]

Illustrazione 1: Struttura policristallina (Stefano Troncia – 4C Odo 2013-14)

29

http://it.wikipedia.org/wiki/Metallo

http://it.wikipedia.org/wiki/Metallo


Le leghe

Percorso base

1. Le leghe (alloys)

Le leghe32 sono miscugli solidi con caratteristiche metalliche. Il componente piùimportante è un metallo (metallo base), gli altri componenti (alleganti) possono essere siametalli sia non metalli. Il carbonio negli acciai è un esempio di non metallo utilizzatocome allegante.

2. Materiali metallici e loro caratteristiche fondamentali

I metalli e le leghe nel loro complesso costituiscono i materiali metallici: essi sono,insieme ai materiali plastici (polimeri) e ai materiali ceramici, una delle tre categoriefondamentali di materiali. Le loro caratteristiche principali sono le seguenti:

• densità (2,50 – 22,00 g/cm3) – la densità è alta, superiore a quella degli altri tipi dimateriali. Ciò costituisce un difetto, perché le protesi sono pesanti e possono crearefastidi al paziente e problemi di stabilità se inserite nell’arcata superiore;

• conducibilità termica – elevata: ciò costituisce un difetto, perché espone i tessutisottostanti a sbalzi termici in caso di assunzione di cibi e bevande molto freddi omolto caldi, con sensazioni di fastidio o dolore;

• conducibilità elettrica – alta; quindi questi materiali sono soggetti a corrosioneelettrochimica, in caso di presenza di materiali di tipo o concentrazione diversa;

• proprietà ottiche – i materiali metallici sono lucenti, caratteristica che non può esseremodificata. Ciò non consente di adeguare l’aspetto a quello del tessuto naturalesostituito, quindi le proprietà estetiche sono molto ridotte o nulle;

• proprietà chimiche – i materiali metallici possono essere poco reattivi (nobili) oreattivi (non nobili); questi ultimi a loro volta, possono essere classificati in passivabilio non passivabili. Solo i materiali metallici nobili o quelli passivabili, per la lororidotta reattività, possono essere impiegati come materiali per protesi. In ogni caso imateriali metallici sono la categoria di materiali più reattiva: questo costituisce undifetto per le possibili alterazioni e per la cessione di ioni metallici che sono alla basedi problemi riguardanti la biocompatibilità.

• costo – i materiali metallici, in particolare quelli con elevato contenuto di metallinobili, sono abbastanza costosi;

• proprietà meccaniche – la resistenza a trazione, flessione e compressione e la durezzasono elevate. Sono i materiali obbligati quando devono essere realizzate protesi chedebbano sopportare elevate tensioni durante il loro impiego.

32alloy [al′oi] Etymology: Fr, aloyer, to combine metalsa mixture of two or more metals or of substances with metallic properties. Most alloys are formed by mixing molten metals that dissolve in each other. A number of alloys have medical applications, such as those used for prostheses and in dental amalgams. ( http://medical-dictionary.thefreedictionary.com/alloy )

30

http://medical-dictionary.thefreedictionary.com/alloy


• biocompatibilità media – i materiali metallici sono i materiali meno biocompatibili.Tra i materiali di impiego dentale, quelli contenenti nichel sono i più problematici alriguardo.

3. Produzione delle leghe

Le leghe sono ottenute quasi sempre per mescolamento allo stato fuso dei componenti esuccessivo raffreddamento. In alcuni casi particolari le leghe possono essere ottenute persinterizzazione.

«Con il termine sinterizzazione si indica un processo mediante il quale polveri ceramicheo metalliche vengono agglomerate assieme mediante opportuni riscaldamenti atemperature inferiori di quelle di fusione. La sinterizzazione è uno dei più antichi metodiimpiegati per produrre oggetti metallici o ceramici partendo da delle polveri, ed essasfrutta fenomeni diffusivi che si verificano ad alta temperatura tra le particelle a contattotra loro.»33

Una variante innovativa della sinterizzazione si basa sull'utilizzo del laser: il manufattoviene realizzato strato per strato, disponendo ogni volta un leggerissimo strato di polveriche viene sinterizzato mediante un laser. Il processo è guidato da un computer (tecnologiaCAD/CAM)34.

4. Caratteristiche delle leghe

Le leghe si differenziano dai metalli in esse contenuti per alcune caratteristiche: sonogeneralmente più dure e resistenti ma anche più fragili. Alcuni alleganti sono impiegatiper ottenere leghe più resistenti alla corrosione rispetto al metallo base. Un tipico esempiodi questo utilizzo è dato dal cromo, che rende inossidabile l'acciaio e le leghe dentali nonnobili a base di nichel o di cobalto.

Le leghe in alcuni casi sono più facilmente lavorabili: è il caso di molte leghe da colatache hanno un temperatura di fusione più bassa rispetto ai componenti la lega stessa. Adesempio, le leghe auree da colata, presentano una temperatura di fusione di 100 - 200 °Cinferiore a quella dell'oro puro.

5. Classificazione delle leghe in base al numero dei componenti

Le leghe possono essere classificate in base al numero dei componenti in: binarie, ternarie,ecc. Ad esempio, l'acciaio comune è una lega binaria di ferro e carbonio; l'acciaio inox18/10 è una lega quaternaria di ferro, cromo, nichel e carbonio.

6. Classificazione delle leghe in base al numero delle fasi

Le leghe possono essere classificate in base al numero delle fasi in: monofasiche,bifasiche, ecc. Ricordiamo che:

Una fase è una porzione di materia che ha caratteristiche chimiche e fisiche identiche inogni suo punto.

Le leghe, analogamente ai metalli, hanno una struttura policristallina, a grani. Le leghemonofasiche sono soluzioni solide costituite da molti cristalli, ma tutti di un solo tipo. Leleghe costituite da due o più fasi sono invece miscugli eterogenei, in cui sono presenticristalli di tipo diverso (un tipo per ogni fase). Ciascuna fase è una soluzione solida.

7. Struttura microscopica delle leghe

33 Simionato, Scienza dei materiali dentali, vol I, p. 8934 Un esempio di questa lavorazione è riportato nell'opuscolo http://www.nobilmetal.it/english/pages/Depliant_Sinergia/SINERGIA_dentist_patient_ita.pdf

31

http://www.nobilmetal.it/english/pages/Depliant_Sinergia/SINERGIA_dentist_patient_ita.pdf


Leghe costituite da una sola fase

In base alla loro struttura microscopica, le leghe costituite da una sola fase possono essereclassificate in soluzioni solide di sostituzione e soluzioni solide interstiziali: il tipo distruttura dipende essenzialmente dalle dimensioni relative delle particelle del solvente edel soluto.

• Soluzioni solide interstiziali

In esse le particelle del soluto (atomi, molecole o ioni, a seconda dei casi), si dispongononegli spazi vuoti (interstizi) del reticolo cristallino del metallo base. Questo è possibilesolo se le particelle del soluto sono abbastanza piccole rispetto a quelle del solvente. Peresempio, nelle leghe metalliche il diametro dell’atomo del soluto deve essere inferiore a0,6 volte quello dell’atomo del metallo solvente. Man mano che le sostanze incluse siaccumulano, la stabilità del reticolo del solvente diminuisce. Per questo motivo laconcentrazione del soluto non può superare un certo limite, cioè si verifica la solubilità omiscibilità parziale. Ad esempio, negli acciai quando la concentrazione del carboniosupera il 2% inizia a formarsi una seconda fase.

Disegno 1: Soluzione solida interstiziale

• Soluzioni solide di sostituzione

In queste soluzioni gli atomi o gli ioni del soluto occupano i nodi del reticolo cristallino alposto di altrettanti atomi o ioni del solvente. È molto importante per la formazione diqueste soluzioni solide che le strutture cristalline di soluto e solvente sianosufficientemente vicine e che il raggio degli atomi o degli ioni dei componenti nondifferisca di molto35. In queste condizioni la sostituzione non porta a tensioni eccessive delreticolo cristallino e possono aversi soluzioni solide stabili di qualsiasi composizione.Questo significa che i componenti di una miscela binaria possono essere completamente

35I dati relativi alle strutture cristalline dei metalli di maggior impiego in odontotecnica sono riportati nell’appendice, alla fine del presente capitolo.

Illustrazione 2: Struttura di una lega monofasica

Illustrazione 3: Struttura di una lega bifasica

32


miscibili, e che si possono ottenere una serie continua di soluzioni solide dallo 0% al100% di ciascuno dei componenti.

Disegno 2: Soluzione solida di sostituzione

Deve essere sottolineato che in una soluzione solida gli atomi interstiziali o di sostituzionesono disposti casualmente. Noi possiamo parlare della loro distribuzione uniforme solo daun punto di vista statistico, cioè confrontando volumi contenenti un numerosufficientemente grande di celle cristalline.

8. Andamento della temperatura durante la fusione dei metalli e delle leghe

Di seguito sono riportate le curve di raffreddamento di un metallo e di una lega. Esse sonoottenute portando allo stato fuso i materiali e misurando la temperatura ad intervalliregolari, man mano che si raffredda.

Disegno 3: Curva di raffreddamento di un metallo: temperatura costante di fusione

Come si può notare nel caso di un componente puro il passaggio dallo stato liquido allostato solido avviene ad una temperatura costante, caratteristica di quel componente: la suatemperatura di fusione.

Tf

liquido

solido

Curva raffreddamento metallo (componente puro)

33


Perché la temperatura di solidificazione di una lega non è costante?

Nel caso di una lega, la temperatura di solidificazione non rimane costante perché anche lacomposizione del liquido cambia nel tempo, arricchendosi sempre di più del componentepiù basso-fondente. Il passaggio di stato avviene pertanto in un certo intervallo ditemperatura. I cambiamenti di pendenza (inclinazione) delle curve di raffreddamentoconsentono di individuare facilmente le temperature a cui si verificano cambiamenti difase: negli esempi appena discussi esse sono la temperatura di fusione del componentepuro e le temperature di inizio e fine solidificazione di una lega.

Se si prende una lega degli stessi due componenti, ma di composizione percentualediversa, avremo ancora una curva di riscaldamento caratterizzata da un intervallo difusione. Tuttavia i valori delle temperature di inizio e fine fusione saranno diversi.

9. La diffusione allo stato solido

Gli atomi e gli ioni presenti nel reticolo cristallino, sfruttando la presenza di cavità e altridifetti reticolari, possono muoversi all'interno del cristallo anche a temperature inferiori aquella di fusione. Questo fenomeno prende il nome di diffusione e rende possibile ilverificarsi di trasformazioni nella lega allo stato solido.

L’entità del fenomeno dipende dalla agitazione termica, che consente alle particelle dispostarsi nel reticolo: è tanto maggiore quanto più ci si avvicina alla temperatura difusione. A temperatura ambiente invece essa è praticamente trascurabile.

Disegno 4: Curva di raffreddamento di una lega: intervallo di fusione

Curva raffreddamento di una lega

liquido

solido

Intervallo di fusione

34


10. Fenomeni legati alla velocità di raffreddamento

Una velocità di raffreddamento lenta porta alla formazione di cristalli grandi concomposizione uniforme, mentre una velocità di raffreddamento rapida porta allaformazione di cristalli piccoli con composizione variabile dal centro ai bordi (cristallizonati). Esaminiamo separatamente, uno dopo l'altro, questi due fenomeni.

• Segregazione

La segregazione è il fenomeno che si verifica quando una lega liquida,raffreddandosi, solidifica con una composizione non uniforme, dando origine acristalli dal caratteristico aspetto zonato.

Quando una lega inizia a solidificare, lo fa con una composizione diversa dalla legaliquida: infatti tenderanno a solidificare per primi i componenti con temperatura di fusionepiù alta. Man mano che il cristallo si accresce, gli strati successivi saranno via via piùpoveri dei componenti alto-fondenti e più ricchi di quelli basso-fondenti. Se lacristallizzazione avviene lentamente, a causa di un raffreddamento graduale, questedifferenze di composizione tendono a scomparire, grazie alla diffusione allo stato solido.Se invece il raffreddamento è brusco queste differenze di composizione rimangono e ilcristallo assume un caratteristico aspetto zonato (struttura a strati concentrici di diversacomposizione chimica) . Per questo motivo, l’effetto della segregazione è chiamatozonatura.

La segregazione impartisce caratteristiche non desiderabili alla lega: essa è infattiresponsabile di una sua minore resistenza alla corrosione.

• Dimensione dei cristalli

Se la velocità di raffreddamento è rapida il materiale liquido inizia a cristallizzare in unnumero molto elevato di punti e si formano numerosi cristalli di piccole dimensioni, siottiene cioè un materiale a grana fine. Se invece la velocità di raffreddamento è moltolenta, si sviluppano pochi cristalli di grandi dimensioni, si ottiene cioè un materiale agrana grossa.

Illustrazione 4: Diffusione allo stato solido: l'agitazione termica, grazie alla presenza di difetti reticolari, consente lo spostamento delle particelle nel cristallo

35


La dimensione dei cristalli è importante, perché influisce sulle caratteristiche delle leghe.Ad essa sono legati la resistenza meccanica e la precisione di colata: le leghe a grana fine

sono meccanicamente più resistenti a bassa temperatura e sono più precise durante lacolata36 rispetto alle leghe a grana grossa; mentre le leghe a grana grossa sonomeccanicamente più resistenti alle alte temperature.

• Agenti nucleanti

Per le leghe odontotecniche è preferibile una grana fine (perché assicura miglioricaratteristiche meccaniche alle temperature di utilizzo delle protesi e una miglioreprecisione di colata) e una composizione chimica uniforme, quindi senza segregazione.Tuttavia non è possibile ottenere contemporaneamente entrambe queste caratteristichepositive regolando la velocità di raffreddamento. Infatti un raffreddamento lento evita lasegregazione, ma porta alla formazione di una grana grossa; un raffreddamento rapidoporta alla formazione di una grana fine, ma provoca la segregazione.

Questa difficoltà può essere superata utilizzando i cosiddetti agenti nucleanti. Questiultimi sono dei metalli, alto-fondenti e poco solubili nel metallo base, che hanno lacapacità di favorire la formazione di cristalli di piccole dimensioni, anche incondizioni di raffreddamento lento. Gli agenti nucleanti (che favoriscono cioè laformazione di molti nuclei di cristallizzazione) sono chiamati anche affinatori di grano(perché appunto portano alla formazione di cristalli più fini, di dimensioni minori) oancora microalleganti (perché sono alleganti presenti in quantità molto piccola).

Un esempio di agenti nucleanti è dato dai metalli iridio e rutenio, utilizzati come agentinucleanti delle leghe nobili (in particolare per metallo-ceramica) e il molibdeno37, usatocon funzione analoga nelle leghe non nobili.

11.Trattamenti termici delle leghe

Si definisce trattamento termico «ogni operazione o successione di operazioni mediante lequali una lega o un metallo vengono assoggettati, al di sotto del punto o dell’intervallo difusione e in ambiente di natura determinata, ad uno o più cicli termici nell’intento diimpartire loro determinate proprietà» [Norme UNI, tab. 3354/70].

Un ciclo termico consiste di tre operazioni fondamentali:

riscaldamento del materiale in un ambiente di caratteristiche opportune;

36La maggiore precisione è dovuta al fatto che la formazione di cristalli di piccole dimensioni consente di riprodurre più fedelmente la forma dello stampo in cui viene colata la lega.37Le temperature di fusione di iridio, rutenio e molibdeno sono rispettivamente 2453°C, 2462°C e 2623°C.

Illustrazione 6: Struttura policristallina a grana fine, ottenibile con raffreddamento brusco

Illustrazione 5: Struttura policristallina a grana grossa, ottenibile con raffreddamento lento

36


mantenimento dello stesso in tale ambiente ad una temperatura definita per un tempoprefissato;

raffreddamento con velocità opportuna, per lo più fino a temperatura ambiente.Nell’intervallo di temperatura in cui viene effettuato il ciclo, il materiale metallico subiscetrasformazioni allo stato solido (trasformazioni di fase o variazione di solubilità) che èpossibile controllare agendo sulla velocità di raffreddamento. Pertanto, un trattamentotermico ha lo scopo di conferire al materiale metallico la struttura alle quali corrispondonole migliori caratteristiche meccaniche, fisiche, ecc.; tale struttura, in generale noncorrisponde a quella di equilibrio termodinamico, cioè alla struttura che si ottiene con unraffreddamento molto lento.38

Ricottura – la ricottura è un ciclo termico che consiste:di tre fasi principali.

riscaldamento della lega ad una temperatura opportuna (inferiore a quella difusione);

mantenimento della lega alla temperatura raggiunta per un tempo opportuno;

lento raffreddamento.

La ricottura può avere come scopo:

l’omogeneizzazione (elimina gli effetti della segregazione);

distensione (elimina le tensioni interne)39;

la ricristallizzazione.

La temperatura di ricristallizzazione è la temperatura minima necessaria per ottenere lacompleta ricristallizzazione del metallo in un’ora.

12. Principali impieghi di metalli e leghe in odontotecnica

Le leghe si possono suddividere in:

a) leghe per stampaggio – per la realizzazione di

o denti prestampati (ormai non si usano più)

b) leghe per fusione – in ordine di durezza e resistenza meccanica, per la realizzazionedi:

o intarsi (inlays e onlays)40

o intarsi (onlays) e corone

o corone e ponti

38 Metalli – trattamenti termici, in Enciclopedia della Chimica, USES, pag. 41739Sono solitamente sottoposte a questo trattamento termico le sottostrutture metalliche da ricoprire esteticamente con la ceramica. Il ciclo termico di distensione viene eseguito prima della pulitura meccanica e della applicazione della ceramica, solitamente alla stessa temperatura di ossidazione della lega. Essa può quindi spessocorrispondere ad un ciclo simulato di ossidazione della lega (Simionato, vol II, pp. 833-834)«Le parti più sottili del getto tendono a solidificare e a raffreddare più rapidamente di quelle più grosse. Inoltre lacontrazione del materiale metallico allo stato solido avviene in genere in maniera diversa da quella della forma. Tali fenomeni tendono pertanto a generare tensioni interne nel getto, che possono essere anche di rilevante intensità e che in genere permangono anche a temperatura ambiente.» Simionato, vol. 1, p.39040 Gli intarsi, detti anche otturazioni, in inglese sono chiamati inlays. Le otturazioni più estese, che comprendono anche le cuspidi si chiamano onlays.

37


o ponti e scheletrati

c) leghe per fili – per la realizzazione di

o ganci per protesi combinate

o apparecchi ortodontici

d) leghe per saldature – per la realizzazione di

o saldature di ponti

o saldature scheletrati (in caso di rottura)

Le saldature (o connettori rigidi), sono costituite da leghe metalliche che vengonofuse tra i pezzi da unire (ad esempio le diverse parti di una protesi parziale fissa).Durante la saldatura non ci deve essere fusione né modifica dei componenti da unire.Le saldature utilizzate in odontotecnica devono essere caratterizzate da:

12.1. materiale dello stesso tipo di quello da saldare;

12.2. resistenza alla corrosione;

12.3. intervallo di fusione inferiore a quello delle superfici da saldare;

12.4. durezza equivalente a quella dei materiali metallici da unire.

Bibliografia

Simionato, Scienza dei materiali dentali, Piccin, vol I

Enciclopedia della Chimica, USES.

http://www.nobilmetal.it/pages/prodotti/problemi_soluzioni.pdf

http://www.nobilmetal.it/index.html

Dental alloys

<

38

http://www.doctorspiller.com/dental_alloys.htm




I materiali refrattari da rivestimento

Prerequisiti: ; ; .

Obiettivi: Conoscere la composizione chimica e le proprietà fisiche dei materiali da rivestimento; saper controllare il comportamento dei rivestimenti durante le fasi di lavorazione; saper scegliere il tipo di rivestimento più idoneo al processo lavorativo da eseguire e al tipo di lega

da impiegare.

Tempo medio di svolgimento: ore

Percorso base

1. Introduzione

Gli impieghi principali dei materiali refrattari da rivestimento, in ambito odontotecnico,sono i seguenti:

Realizzazione di formePer colata a cera persa

Con leghe

Con ceramiche

Per iniezione a cera persa Con ceramiche

Preparazione di modelli

Per la realizzazione di corone a giacca in ceramicaintegrale

Per la modellazione degli scheletrati

Realizzazione rivestimenti per saldature

Tabella 5: Principali impieghi dei materiali refrattari da rivestimento

L'impiego principale dei materiali refrattari da rivestimento è la creazione dello stampo incui effettuare la colata della lega fusa. Con essi, infatti, si riveste il modellato in cera,versandovi sopra il materiale allo stato fluido.

Messa in rivestimento – il procedimento tramite il quale il modellato in cera vieneracchiuso in una massa di rivestimento è detto messa in rivestimento del modellato

I materiali da rivestimento sono venduti sotto forma di polvere da miscelare con acquadistillata o con un liquido fornito dal produttore.

2. Le caratteristiche di un buon materiale da rivestimento

Deve dare origine a una miscela fluida facilmente colabile sui modellati (per poterottenere una buona precisione, riproducendo tutti i particolari).

39


Deve avere una resistenza alla compressione abbastanza elevata, tale da resisteresenza fratturarsi all'impatto della lega liquida durante la colata, ma non eccessiva, inquanto a fusione ultimata deve fratturarsi facilmente per poter recuperare il manufattometallico senza pericolo di danneggiamento.

Non deve decomporsi liberando gas, che si scioglierebbe nella lega liquida creandoporosità e rugosità durante la solidificazione.

Non deve reagire o liberare sostanze in grado di reagire con la lega, modificandone lecaratteristiche.

Deve essere poroso per consentire l'uscita dallo stampo dell'aria e di altri eventuali gasdurante la colata.

Deve avere una espansione sufficiente a compensare la contrazione41 della lega(compensazione del ritiro).

3. Componenti dei refrattari da rivestimento

I materiali refrattari da rivestimento contengono sempre:

materiale refrattario – è un materiale capace di resistere alle alte temperature senzareagire chimicamente con gli altri materiali con i quali si trova in contatto42. Esso ècostituito solitamente da silice (biossido di silicio) sotto forma di cristalli di quarzo odi cristobalite.

sostanze leganti – sono le sostanze che hanno lo scopo di inglobare e legare ilmateriale refrattario. Devono presentare anche loro buone caratteristiche refrattarie.Da loro prende il nome il tipo di materiale nel suo complesso. I leganti più usati sono:

o legante gessoso

o legante fosfatico

o legante siliceo

Additivi – sostanze aggiunte per migliorare le proprietà al fine di ottenere lecaratteristiche richieste per il materiale da rivestimento.

4. Espansione dei materiali da rivestimento

Abbiamo visto che una delle caratteristiche fondamentali dei materiali refrattari darivestimento è l'espansione.. Esistono due tipi fondamentali di espansione:

espansione di presa: è l'espansione che si verifica durante la presa e indurimento dellegante presente nel materiale;

espansione termica: è l'espansione che si verifica quando la forma viene posta nelforno di preriscaldo, a causa dell'aumento di temperatura.

L'espansione complessiva (di presa + termica) deve essere regolata in modo tale dacompensare esattamente il ritiro della lega durante il raffreddamento.

La regolazione viene effettuata variando il rapporto liquido/polvere nella miscelazione delmateriale. Una percentuale minore di liquido provoca una espansione maggiore delmateriale. Come sarà precisato in seguito, nei rivestimenti a legante fosfatico, laregolazione della presa si ottiene principalmente diluendo il liquido speciale (a base disilice colloidale) fornito dal produttore.

41La contrazione che la lega subisce passando dallo stato liquido a quello solido è compensata dall'ingresso nella forma di nuova lega liquida. La contrazione che la lega solida subisce dalla temperatura di solidificazione a quella ambiente deve essere compensata con una precedente espansione del rivestimento, che la compensi.42http://it.wikipedia.org/wiki/Materiale_refrattario

40

http://it.wikipedia.org/wiki/Materiale_refrattario


5. Classificazione in base al tipo di lega da colata

In base al tipo di lega che può essere colata nella forma refrattaria, i rivestimenti sisuddividono in:

rivestimenti per leghe d’oro da colata (per metallo integrale, metallo-resina,scheletrati) – le temperature raggiunte sono relativamente basse, vi appartengono irivestimenti a legante gessoso.

Rivestimenti per leghe ad alta temperatura di fusione- sono:

o legante fosfatico (fusione di leghe nobili e non nobili ceramizzabili eleghe non nobili per scheletrati)

o legante siliceo (fusione di leghe non nobili per scheletrati)

o refrattari speciali per titanio (a base di ossido di magnesio e ossido dialluminio)

6. Classificazione in base al tipo di legante

6.1. Legante gessoso

Il legante gessoso ha una temperatura massima di preriscaldo di circa 700°C. Atemperature superiori esso si decompone, liberando anidride solforosa gassosa, checontamina la lega compromettendone le caratteristiche. Per questo motivo, i refrattari alegante gessoso possono essere impiegati solo con leghe a bassa temperatura di fusione.

L'espansione dei rivestimenti a legante gessoso, insieme ad altre caratteristiche, dipendedal rapporto acqua/polvere. Più pastoso è il materiale, quindi minore il rapportoacqua/polvere, maggiore è l'espansione. Il dosaggio ottimale è fissato dal produttore e adesso è necessario attenersi. Per alcuni materiali in commercio è possibile una piccolavariazione dell'espansione variando leggermente i quantitativi di acqua43.

6.2. Legante fosfatico

Questi materiali resistono a temperature più elevate, con preriscaldo attorno ai 900 –1050°C, e sono usate normalmente per colare le leghe da metallo – ceramica, sia nobilisia non – nobili. Poiché le leghe non nobili hanno una maggiore contrazione44 durante ilraffreddamento, bisogna aumentare opportunamente l'espansione di presa, agendo sullaconcentrazione del liquido speciale con cui si miscela il formulato in polvere. Questoliquido speciale contiene silice colloidale e, se usato puro, garantisce la massimaespansione. Per espansioni più contenute, come nel caso delle leghe nobili, esso va diluitocon quantità appropriate di acqua distillata.

I rivestimenti a legante fosfatico si utilizzano anche per la realizzazione di modelli per lamodellazione degli scheletrati. I modellati sono messi in cilindro insieme al modello (perevitare deformazioni del modellato stesso), inglobandoli in altro rivestimento a leganefosfatico, per ottenere forme in cui colare le leghe non nobili per scheletrati. Questirivestimenti, pur essendo leggermente meno resistenti alle alte temperature rispetto a

43Secondo le norme ISO, il legante gessoso è classificato, in base al tipo di espansione, nei seguenti tre tipi:

Tipo I – a espansione termica – per colata di intarsi e corone (leghe auree tipo I e II)

Tipo II – a espansione igroscopica – per colata di intarsi e corone

Tipo III – a espansione termica – per colata di basi di protesi totali di scheletrati per protesi parzialirimovibili.

44Il ritiro delle leghe non nobili è di circa il 2 – 2,3%, quelle delle leghe nobili dell'1,5±0,2%

41


quelli a legante siliceo, sono più facili da lavorare e più precise nella riproduzione deiparticolari.

6.3. Legante siliceo

Questi materiali sono ancora più refrattari dei precedenti, sopportano temperature piùelevate e sono pertanto indicati per colare le leghe non nobili impiegate nellarealizzazione degli scheletrati (stelliti: leghe Co – Cr – Mo e leghe al Ni - Cr). Irivestimenti a legante siliceo sono forniti sotto forma di polveri e di due o più liquidispeciali, da dosare e miscelare in modo appropriato.

7. Rivestimenti speciali per titanio

La fusione del titanio è molto più problematica rispetto a quella di qualsiasi altra legadentale, in particolare perché è molto reattivo ad alta temperatura. Non possono pertantoessere usati gli altri rivestimenti e si stanno mettendo a punto dei materiali appositi, ancorain via di perfezionamento. I più usati attualmente sono a base d ossido di magnesio(MgO)e di allumina (ossido di alluminio Al2O3)

Bibliografia

Simionato, Scienza dei materiali dentali, Vol. 1, Piccin, pp.319 - 350

Infodent 11/2004 – Refrattari sì, ma adatti allo scopo

Infodent 5/2008 - Un legame in forma

Industria Zingardi – Rivestimenti ad uso dentale

<

42

http://www.zingardi.com/catalogo/tecniche/CARTEC/RIVESTIMENTI.pdf




Le leghe nobili da colata

Percorso base

1. Leghe nobili

I principali componenti45 delle leghe nobili da colata sono i seguenti:

Metallo Simbolo Densità (g/cm3) T. fusione (°C) Colore

Oro Au 19,32 1063 giallo

Argento Ag 10,49 961 grigio

Rame Cu 8,92 1085 rosso-arancio

Platino Pt 21,45 1769 grigio

Palladio Pd 12,02 1552 grigio

Iridio Ir 22,50 2454 grigio antracite

Rutenio Rh 12,20 2334 grigio antracite

Le leghe nobili da colata possono essere suddivise in:

o Leghe nobili tradizionali (non per metallo – ceramica) – per protesi interamente inmetallo o con rivestimento estetico in resina (o composito). Esse comprendono leleghe auree da colata (contenenti percentuali di metalli nobili maggiori o uguali al75%) e leghe da colata con percentuale di metalli nobili compreso tra il 25% e il75%.

o Leghe nobili per metallo – ceramica

o Leghe d'oro universali.

Componenti delle leghe auree. – l’oro è uno dei metalli più utilizzati in odontotecnica perla sua notevole inerzia, in particolare la sua elevata resistenza alla corrosione in bocca. Trai suoi pregi ricordiamo anche: la lavorabilità (duttilità (ductility) e malleabilità), lacolabilità, la biocompatibilità. Tra i difetti c’è la scarsa resistenza meccanica, la scarsadurezza, la densità elevata e il suo costo notevole. Per migliorarne le caratteristiche lo silega con altri metalli, i principali dei quali sono riportati di seguito.

Alleganti principali dell’oro sono: il rame, l’argento, il platino, il palladio, lo zinco el’alluminio. Come affinatori di grano si impiegano solitamente iridio e rutenio.

o Rame è il principale indurente delle leghe auree – pregi: migliora la resistenzameccanica della lega (aumentano la durezza, la rigidità e la resistenza a trazione).Ne migliora la colabilità abbassando l’intervallo di fusione. Difetti: altera il coloredell’oro impartendo una tonalità rossiccia; abbassa la resistenza a corrosione.

o Argento – pregi: migliora la resistenza meccanica della lega (aumentano ladurezza, la rigidità e la resistenza a trazione). Ne migliora la colabilità abbassandol’intervallo di fusione, neutralizza il colore rossiccio dovuto alla presenza di ramenella lega Difetti: è abbastanza reattivo, in particolare in bocca reagisce con lo

45http://www.8853.it/metalli-preziosi/

43

http://www.8853.it/metalli-preziosi/


zolfo presente in molti cibi, con formazione di solfuro d’argento nero; abbassa laresistenza a corrosione; può dar luogo a rugosità e porosità dovuti a liberazione diossigeno gassoso, molto solubile nell’argento liquido, durante il processo disolidificazione.

o Platino – pregi: migliora la resistenza meccanica della lega senza comprometternela resistenza alla corrosione. Abbassa il coefficiente di dilatazione termico (ed èquesto uno dei motivi per i quali è presente nelle leghe per metallo – ceramica).Difetti: è molto costoso, molto denso, poco resistente allo scorrimento viscoso allealte temperature.

o Palladio,46 è il meno nobile, ma anche il meno costoso, dei metalli del gruppo delplatino. Esso è completamente miscibile con tutti gli altri metalli nobili, conesclusione del rutenio e dell’osmio e ciò in base alla compatibilità tra formacristallina e raggio atomico (vedi tabella)– pregi: migliora la resistenza meccanicadella lega senza comprometterne la resistenza alla corrosione; contrasta latendenza dell’argento ad annerirsi neutralizza la colorazione rossiccia impartita dalrame; è il più economico dei metalli nobili (noble metals). Abbassa il coefficientedi dilatazione termico (ed è questo uno dei motivi per i quali è presente nelle legheper metallo – ceramica). Difetti: può dar luogo a rugosità e porosità dovuti aliberazione di idrogeno gassoso, molto solubile nel palladio liquido, durante ilprocesso di solidificazione. Nonostante sia un metallo nobile, contrariamente aquanto pensabile in un primo momento, pare sia in grado di dare allergie anchegravi, paragonabili se non superiori a quelle da nichel, in una piccola percentualedi pazienti. L’estensione dell’allergia non è nota, in quanto per questo metallo nonsi procede ai test di sensibilizzazione analoghi a quelli effettuati per il nichel. Inogni caso è sconsigliato l'uso di leghe contenenti palladio in pazienti di cui è notal'allergia per il nichel.

o Iridio e Rutenio – sono metalli nobili (noble metals) alto – fondenti, poco solubilinegli altri metalli nobili. Sono utilizzati come agenti nucleanti (grain refiners)nelle leghe nobili. Il rutenio è usato anche come allegante delle leghe non – nobilia base di cobalto, per migliorarne la lavorabilità.

2. Leghe auree da colata

Le leghe auree per fusione (contenenti percentuali di metalli nobili maggiori o uguali al75%) sono classificate in quattro tipi.

Andando dalla I alla IV, diminuisce progressivamente il tenore in oro e aumenta quellodegli alleganti. Questo provoca una diminuzione progressiva dell’intervallo di fusione.Inoltre le caratteristiche meccaniche e la durezza aumentano progressivamente,consentendone l’impiego per manufatti che richiedono appunto maggiore resistenzameccanica. La resistenza delle leghe di tipo III e IV può essere incrementata contrattamento termico di invecchiamento per transizione disordine/ordine. I principali usisono:

o Leghe auree tipo I – intarsi (inlays)

o Leghe auree tipo II – intarsi (onlays) e corone singole

o Leghe auree tipo III – corone e ponti fissi.

o Leghe auree tipo IV – protesi parziali rimovibili.

46 Paolo Battaini Comportamento in colaggio a cera persa delle leghe orafe a base di palladio http://www.8853.it/StoreImgs/battaini.pdf

44

http://www.8853.it/StoreImgs/battaini.pdf


All’aumentare della percentuale di alleganti diminuisce però la resistenza alla corrosione edi conseguenza anche la biocompatibilità.

3. Leghe da colata con contenuto di metalli nobili compreso tra il 25% e il 75%.

Queste leghe, rispetto alle precedenti, hanno un contenuto in oro inferiore ed uno moltomaggiore in argento. Queste leghe contengono appropriate percentuali di palladio, checontrasta la tendenza dell’argento ad annerirsi per reazione con lo zolfo. Esse hanno unpunto di fusione più alto delle leghe nobili e posseggono una maggiore resistenza.

Queste leghe si contraggono di più durante la solidificazione e il raffreddamento.

Come le leghe auree sono classificate in quattro diversi tipi, di impiego analogo:

o Leghe tipo I – intarsi (inlays)

o Leghe tipo II – intarsi (onlays) e corone singole

o Leghe tipo III – corone e ponti fissi.

o Leghe tipo IV – protesi parziali rimovibili.

Queste leghe costituiscono una alternativa relativamente economica alle leghe non nobili,per la realizzazione di protesi fisse in pazienti allergici a nichel, cobalto o cromo.

Bibliografia



http://www.8853.it/default.asp


Leghe preziose a confronto – INFODENT 3/2006 pp. 29-36

<

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http://www.8853.it/default.asp


Le leghe non nobili da colata

Percorso base

1. Metalli base e alleganti delle leghe non nobili da colata

I principali componenti delle leghe non nobili da colata sono i seguenti:

Metallo Simbolo Densità (g/cm3) T. fusione (°C) Note

Cobalto Co 8,9 1495 Metallo base o allegante

Nichel Ni 8,8 1455 Metallo base o allegante

Cromo Cr 7,2 1875 Allegante (passivante)

Molibdeno Mo 10,3 2621 Agente nucleante, passivante

Carbonio C Solo leghe per scheletrati

Berillio Be 1,85 1278 AlleganteI metalli base impiegati nelle leghe non nobili da colata reagiscono con l'ossigeno,soprattutto alle altre temperature, e per proteggerli dalla corrosione devono essere presenticomponenti che si passivano, proteggendo la lega

a) Cobalto - (d = 8,9×103 kg/m3; tf = 1495°C; E = 207000 N/mm2) Può essere utilizzatocome metallo base o come allegante. Incrementa la resistenza meccanica, la durezza ela rigidità della lega. Le sue leghe sono generalmente difficili da colare, a causa dellasua alta temperatura di fusione e difficili da rifinire per la notevole durezza.

b) Nichel - (d = 8,8×103 kg/m3; tf = 1455°C; E = 215000 N/mm2) Può essere utilizzatocome metallo base o come allegante. Aumenta la resistenza meccanica, la resistenzaagli urti (resilienza) e la lavorabilità a freddo. E' cancerogeno, in quanto aumenta leprobabilità di tumore al polmone e al setto nasale, e devono essere adottate opportunemisure di sicurezza (aspirazione negli ambienti di lavoro) e dispositivi di protezioneindividuale, per evitare l'inalazione di polveri. Provoca allergie47 in una percentualeelevata della popolazione e per questo è sempre più sostituita con leghe a base dicobalto.

c) Cromo - (d = 7,20×103 kg/m3; tf = 1875°C; E = 210000 N/mm2) Usato come allegantein percentuali che vanno solitamente dal 15% al 30% per migliorare la resistenza allacorrosione, sfruttando il fatto che questo è uno dei metalli tipici che presenta ilfenomeno della passivazione.

d) Molibdeno - (tf = 2621°C) aumenta la resistenza a fatica (resistenza a sollecitazionicicliche). Contribuisce alla protezione della corrosione, in modo analogo al cromo.Diminuisce la dimensione dei grani: è l’agente nucleante solitamente impiegato nelleleghe non nobili.

e) Carbonio - è usato in percentuali comprese tra lo 0,1% e lo 0,4% per aumentare ladurezza. Forma infatti carburi, ad esempio con il cromo, duri e fragili finementedispersi nella matrice della lega. Rende più difficoltosa la lavorabilità e la saldabilità.É presente nelle leghe per scheletrati ma non in quelle per corone e ponti.

47Se la sua percentuale nella lega supera lo 0,01% deve essere dichiarato nella confezione e contenere inoltre un avviso che la lega non deve essere impiegata su soggetti allergici.

46


f) Berillio - è impiegato in concentrazioni comprese tra lo 0,1% e l' 1,2% per aumentarela durezza, la resistenza meccanica, ridurre la dimensione dei grani e abbassarel'intervallo di fusione. E' un metallo molto tossico48 e, in modo analogo al nichel,bisogna predisporre l'ambiente di lavoro e adottare dispositivi di protezioneindividuale per evitare l'inalazione di fumi e polveri che lo contengono. Le fasi dilavorazione più rischiose sono costituite dalla fusione (sviluppo di fumi) e dallarifinitura (sviluppo di polveri). A causa della sua tossicità, la sua concentrazione nellalega non deve superare il 2%.

2. Leghe non nobili da colata

Le leghe non nobili, in base agli impieghi e alla composizione chimica, possono essereclassificate nel modo seguente:

Leghe per protesi fisse(corone e ponti)

Leghe nichel – cromo (senzacarbonio)

Con berillio

Senza berillio

Leghe cobalto – cromo(senza carbonio)

Leghe per protesi parzialirimovibili (scheletrati)

Leghe nichel – cromo (concarbonio)

Leghe cobalto – cromo (concarbonio

a) Leghe non nobili per protesi parziali rimovibili

Queste leghe contengono quasi sempre il cromo in misura non inferiore al 12% pergarantire la passivazione dell’intera lega, grazie alla formazione di uno strato sottile ecoerente di ossido (passivazione).

Le leghe per protesi parziali rimovibili, rispetto a quelle per protesi fisse, contengonosempre piccole percentuali di carbonio49 (comprese tra lo 0,1% e lo 0,4%). Il carbonioforma principalmente col cromo (ma anche con altri metalli della lega), dei carburi(composti binari del carbonio) particolarmente duri, finemente dispersi nella lega, cheimpartiscono al materiale una notevole rigidità e resistenza meccanica, indispensabili nellastruttura scheletrica delle protesi parziali rimovibili. Le leghe di maggiore impiego per glischeletrati sono le leghe cobalto – cromo – molibdeno, note con il nome di stelliti.

I. Le stelliti50

Le stelliti possono essere impiegate per la costruzione delle parti metalliche della protesischeletrata in alternativa alle leghe in metallo nobile.

I costituenti delle stelliti sono il cobalto (45 – 70%), il cromo (25 – 30%), il molibdeno (4– 10%), il silicio, il nichel, il tantalio e altri metalli che vengono posti in quantità diversa aseconda del fabbricante e del prodotto.

48Il berillio può dare intossicazioni acute e croniche, note con il nome di berilliosi. L'intossicazione acuta provoca una polmonite chimica. L'intossicazione cronica provoca la berilliosi cronica, reazione infiammatoria delle vie respiratorie con stanchezza e difficoltà di respirazione. L'intossicazione cronica può portare allo sviluppo di tumori al polmone.49 In realtà sono state messe a punto anche leghe per scheletrati prive di carbonio, che semplifica notevolmente lasaldatura di questo tipo di lega. Vedi ad esempio la lega remanium® GM 900“La prima lega per scheletrati in CoCrMoTa priva di C” della Dentaurum http://www.dentaurum.de/files/989-980-51.pdf Queste leghe contengono piccole percentuali di azoto, che probabilmente assicura le stesse caratteristiche di durezza e rigiditàdel carbonio.50 Parte ripresa dalla voce Protesi dentarie, in Enciclopedia della medicina, USES, p.1487

47

http://www.dentaurum.de/files/989-980-51.pdf


Stelliti sono il Vitallium51, il Wisil, il Durallium, la Vironite.

b) Leghe non nobili per protesi fisse

I. Leghe al nichel – cromo senza carbonio

(1) contenenti berillio (Ni 60 - 80, Cr 11 - 25, + Al, Mo, Fe, Si, Mn, Co, Be)

Sono utilizzate soprattutto per la realizzazione di protesi fisse in metallo – ceramica. Piùraramente per la costruzione di corone e ponti metallici (manufatti attualmente da noimeno adoperati per motivi estetici e per i quali è comunque prevalente l’impiego di leghenobili)

(2) non contenenti berillio

II. leghe cobalto – cromo senza carbonio, in particolare esenti da nichel e berillio

Queste leghe stanno prendendo il sopravvento su quelle a base di nichel, a causa dellatossicità e scarsa biocompatibilità di quest’ultimo.

Lo svantaggio principale delle leghe a base di cobalto, rispetto a quelle a base di nichel,consiste in una maggiore difficoltà di lavorazione, dovuta ad un intervallo di fusione piùalto52 (1350 – 1450 °C, contro 1275 – 1350°C di quelle a base nichel) e alla maggioredurezza, che rende più difficile il fresaggio.

3. Riepilogo delle proprietà delle leghe non nobili da colata

3.1. Confronto tra leghe al Ni – Cr e leghe al Co - Cr

Le leghe al nichel – cromo, rispetto alle analoghe leghe al cobalto cromo:

o sono più facili da colare (hanno un intervallo di fusione più basso);

o sono più facili da rifinire (sono meno dure)

o hanno una biocompatibilità inferiore, dovuta alla presenza del nichel;

o sono equivalenti per tutte le altre caratteristiche.

3.2. Confronto tra leghe non nobili (Ni – Cr e Co – Cr) e leghe auree tipo III e IV

Le leghe non nobili, rispetto alle analoghe leghe auree

o hanno una maggiore resistenza meccanica (circa doppia);

o hanno una maggiore rigidità (circa doppia);

o hanno una minore densità (circa la metà);

o hanno una conducibilità termica inferiore;

o sono molto meno costose;

o sono più difficili da colare (hanno un intervallo di fusione più alto);

o sono più difficili da rifinire (sono più dure);

51 «Il Vitallium (Co: 64%, Cr: 30%, Mo: 5%) è impiegato nelle protesi dentarie e per la fabbricazione di pezzi per osteosintesi. È infatti assolutamente inattaccabile dai liquidi del corpo umano e non provoca alcuna irritazione dei tessuti.»[Cobalto, in Enciclopedia della Chimica, USES, p.580]52Sono state introdotte leghe al cobalto contenenti percentuali di gallio comprese tra il 5 e il 10% con temperaturedi fusione inferiori ai 1300°C.

48


o sono più difficili da saldare;

o hanno una biocompatibilità inferiore;

o hanno una estetica inferiore;

o hanno un coefficiente di dilatazione termico lineare leggermente maggiore (2 –2,3% contro 1,5 ± 0,2 %). Quando si colano in un rivestimento a legantefosfatico bisogna tenerne conto, dosando in modo opportuno il liquido con lapolvere (il liquido deve essere più concentrato rispetto all'impiego con leghenobili, per garantire una maggiore espansione di presa).

Bibliografia


Gerasimov, Physical Chemistry, vol I, pp.


Leghe non preziose a confronto – INFODENT 6-7/2005 pp. 22-28

http://www.iss.it/binary/publ/cont/1123-3117_2000_I_00_26.1162892082.pdf

<

49




Il titanio

Percorso base

1. Introduzione

Il titanio è un elemento molto abbondante in natura ma, essendo molto reattivo, si trovaesclusivamente combinato a formare composti nei minerali che lo contengono. Data la suareattività il processo di estrazione dal minerale e sua trasformazione chimica in metallopuro è alquanto complesso e laborioso. Il processo metallurgico attualmente utilizzato èstato messo a punto solo una cinquantina di anni fa.

Il titanio, per le sue numerose caratteristiche positive trova notevole impiego sia comemetallo puro, sia in leghe che possono contenerlo come metallo base o come allegante.

0 500 1000 1500 2000 25000,22

0,23

0,23

0,24

0,24

0,25

0,25

fase alfa

fase beta

liquido

Temperatura °C

Vo

lum

e s

pe

cific

o c

m3

/g

In odontotecnica esso è utilizzato come metallo di purezza commerciale, mentre inimplantologia si usa solitamente una lega di 90% titanio, 6% alluminio e 4% vanadio (Ti- 6Al - 4 V), dotata di maggiore resistenza meccanica.

2. Caratteristiche del titanio

Come si è detto, numerose sono le caratteristiche positive del metallo che ne motivanol'impiego, ma non manca qualche caratteristica negativa che ne impedisce un usogeneralizzato:

a) Densità bassa ( 4,51×103 kg/m3) - il suo valore è un quarto rispetto alle leghe auree ela metà rispetto alle leghe non nobili a base di cobalto o di nichel.

b) Caratteristiche meccaniche buone - le sue caratteristiche di resistenza meccanica,durezza e rigidità sono almeno equivalenti a quelle delle leghe auree di tipo III e IV

c) Resistenza alla corrosione ottima - il metallo forma un film sottilissimo e coerente diossido che lo protegge dalla ulteriore ossidazione (passivazione). Questo film di

50


ossido, inoltre, ha natura ceramica che resiste anche dall'attacco di sostanze piùaggressive.

d) Biocompatibilità ottima - il film di ossido di natura ceramica che lo avvolgegarantisce una ottima biocompatibilità: è esso infatti che entra in contatto con i tessutiumani quando viene impiegato negli impianti endoossei.

e) Costo contenuto - nonostante le difficoltà del processo metallurgico, il suo costo èsolo un quinto delle leghe a base di platino, con cui è paragonabile per la resistenzaalla corrosione.

f) Molto difficile da lavorare tramite fusione a cera persa - il titanio è relativamenteinerte a bassa temperatura ma è molto reattivo alle alte, soprattutto a quelle raggiuntedurante il processo di fusione. Esso reagisce molto facilmente sia con i materiali delrivestimento in cui viene colato, sia con i gas eventualmente presenti nel forno(biazoto, biossigeno, biidrogeno), dando luogo a composti che ne peggioranonotevolmente le caratteristiche.

g) Molto difficile da saldare - per gli stessi motivi visti per il processo di fusione.Essendo molto reattivo, tende a combinarsi con i gas presenti nell'ambiente in cuiviene eseguita la lavorazione.

3. Metodi di lavorazione e impieghi in campo odontotecnico

In campo odontotecnico il titanio può essere lavorato con le seguenti tecniche53:

a) Fusione a cera persa - per la realizzazione di corone, ponti, scheletrati e placchepalatine per protesi totali rimovibili. Il processo di fusione a cera persa del titanio ènotevolmente difficoltoso ed ha frenato notevolmente l'impiego di questo metallo inodontotecnica. Le difficoltà sono dovute principalmente a:

I. elevata temperatura di fusione

II. elevata reattività ad alta temperatura, in particolare con l'ossigeno - reagisce siacon i gas presenti nella fonditrice, sia con l'ossigeno, l'azoto, il carbonio e il silicioeventualmente presenti nel rivestimento. Per evitare la reazione con i gas si puòoperare sotto vuoto o in atmosfera di gas inerte (argon o elio), mentre per ilrivestimento si usano materiali speciali, a base di ossido di magnesio, ossido dizirconio, ossido di alluminio (la composizione esatta dei rivestimenti per fusionedel titanio è tenuta segreta dalle aziende produttrici).

III. bassa densità - questa caratteristica, positiva per la leggerezza del manufatto che sirealizza, è causa invece di difficoltà in fase di colata. Il metallo fuso non entra

53Più in generale, i metodi di lavorazione industriale del titanio sono:a) Deformazione plastica

b) Asportazione del truciolo - essere eseguita con punte in carburo di tungsteno con raffreddamentoabbondante

c) Molatura (smerigliatura) - si effettua con mole di carburo di silicio o corindone, possibilmenteraffreddate.

d) Fusione - allo stato dell'arte il getto in titano è possibile solo in atmosfera controllata, per ilnotevolissimo assorbimento di gas (azoto, ossigeno, idrogeno) da parte del metallo fuso. Con questi gasforma soluzioni solide interstiziali che lo infragiliscono

e) Metallurgia delle polveri

Saldatura - il titanio è facile da saldarsi perché possiede una conducibilità termica molto bassa, ma resta sempre il problema della protezione della zona di saldatura dai gas contaminanti (azoto, ossigeno, idrogeno).

51


spontaneamente per gravità nella forma, ma vi deve essere spinto con forza: ilmetodo più usato al riguardo è la centrifugazione.

b) Tecnologia CAD/CAM con elettroerosione54 + fresaggio - per la realizzazione diponti e corone. Si parte da un blocco di titanio che esternamente viene modellato perfresaggio, mentre la cavità interna viene ottenuta per elettroerosione. In questoprocesso si fanno scoccare elettricamente delle scintille sul titanio che provocanol'allontanamento (erosione) della parte superficiale del pezzo. Il processo è controllatocompletamente mediante computer, secondo la tecnologia CAD/CAM.

4. Titanio con trattamento plasma spray per impianti

Gli impianti in titanio commercialmente puro (grado 2) sono anche disponibili contrattamento TiP.S (Titanio Plasma Spray), ossia un trattamento superficiale caratterizzatoda titanio commercialmente puro depositato mediante la tecnica denominata PlasmaSpray, per ottenere uno strato ad alta rugosità, con spessore di circa 40 mm.

La tecnica Plasma Spray55 consiste nello spruzzare polveri di idruro di titanio attraversoun plasma, ottenuto facendo scoccare un arco elettrico in un gas inerte o in una miscela dibiazoto e biidrogeno. I piccoli cristalli di idruro di titanio, con le alte temperature delplasma fondono in superficie e, proiettate sulla superficie di titanio da trattare, viaderiscono. Le alte temperature modificano chimicamente l'idruro, decomponendolo intitanio metallico e biidrogeno.

L'impianto in titanio con alta rugosità così ottenuto è caratterizzato da migliore e piùrapida integrazione con l'osso.

La tecnica plasma spray può essere utilizzata anche per rivestire superficialmente gliimpianti in titanio con idrossiapatite. Quest'ultimo è un materiale ceramico, presente comemaggior componente delle ossa e dello smalto. La sua formula è Ca5(PO4)3(OH). Lapresenza in superficie di idrossiapatite garantisce la formazione di legami chimici con iltessuto osseo, assicurando quindi una continuità strutturale con il materiale biologicocircostante. Per questo motivo, in questo caso si preferisce parlare di biointegrazionepiuttosto che di semplice osteo-integrazione.

Bibliografia

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54http://www.lep.polito.it/sistemidiproduzione/Letture e strumenti/Processi di produzione,l'asportazione/Asportazione chimico-fisica.pdf55http://www.ing.unitn.it/~colombo/Titanio_in_ortodonzia/Relazione/Cap.3.htm

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http://www.ing.unitn.it/~colombo/titaniobiomedico/Ricerca%20metallurgia%20dei%20metalli%20non%20ferrosi%20Federico%20Sella%20131048.htm

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http://www.lenntech.com/italiano/tavola-periodica-elementi/ti-it.htm


http://www.lep.polito.it/sistemidiproduzione/Letture%20e%20strumenti/Processi%20di%20produzione,l'asportazione/Asportazione%20chimico-fisica.pdf

http://www.lep.polito.it/sistemidiproduzione/Letture%20e%20strumenti/Processi%20di%20produzione,l'asportazione/Asportazione%20chimico-fisica.pdf


Le prove sui materiali

Percorso base

1. Le prove sui materiali hanno lo scopo di studiarne il comportamento quando sonosottoposti a sollecitazioni meccaniche. A noi serviranno anche per capire meglio in checosa consistano caratteristiche come: duttilità (ductility), tenacità, durezza, fragilità, …

2. Le prove sui materiali si suddividono in: di

o meccaniche (statiche, dinamiche, cicliche, di scorrimento)

o tecnologiche (imbutitura, piegatura, torsione, estrusione), di interesse più diretto per imateriali dentali.

3. Campionatura del materiale.

Le prove vanno eseguite su campioni di materiale che devono essere rappresentativi diesso. I campioni sono chiamati solitamente provini.

Per materiali in fili, barre, ecc. non ci sono grandi problemi di campionatura, il materialedovrebbe avere caratteristiche costanti e quindi qualsiasi porzione di esso va bene per leprove, costituisce un campione rappresentativo.

Nel caso di leghe per fusione, un campione rappresentativo può essere ottenutorealizzando un provino per colata, con procedimento identico a quello seguito per ottenerela protesi o parte metallica di essa.

Particolare attenzione va posta per materiali anisotropi, che hanno cioè caratteristichediverse in funzione della direzione (esempi di materiali anisotropi sono: il legno, lelamiere, i fili, …). Bisogna specificare il modo in cui il provino è stato prelevato. In ognicaso, per avere risultati confrontabili e riproducibili, le modalità di preparazione delcampione e quelle di esecuzione delle varie prove sono standardizzate.

4. Prova a trazione

La prova a trazione (tensile test) è una prova meccanica statica. Diciamo che un corpo èsoggetto ad una sollecitazione di trazione se le forze applicate (carico56) su di essotendono ad allungarlo.

In una prova a trazione il provino è inserito in una macchina apposita, che applica uncarico di trazione crescente, registrando il valore insieme a quello della corrispondentelunghezza del provino. La prova termina con la rottura del provino. Analizziamo i risultatidi una prova a trazione eseguita su un provino di alluminio del diametro di 12,5 mm57. Leprime due colonne si riferiscono ai dati forniti direttamente dalla macchina, gli altri sonostati calcolati a partire da essi.

56In inglese: load57http://dimca25.units.it/dimca/Dispense/Sbaizero/provatrazione.pdf

53

http://dimca25.units.it/dimca/Dispense/Sbaizero/provatrazione.pdf


Carico(kN)

Lunghezza(mm)

Allungamento(mm)

Tensione(N/mm2)

Deformazione

0 50,00 0,00 0,00 0,00005 50,03 0,03 40,76 0,000610 50,06 0,06 81,53 0,001215 50,09 0,09 122,29 0,001820 50,12 0,12 163,06 0,002425 50,15 0,15 203,82 0,003030 50,18 0,18 244,59 0,003635,6 53,00 3,00 290,24 0,056633,8 55,20 5,20 275,57 0,0942

Prova a trazione - dati provino

05

10

15202530

3540

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00

Allungamento (mm)

Car

ico

(kN

)

Il diagramma carico (F) vs allungamento (L) dipende dalle dimensioni (lunghezzainiziale e sezione iniziale) del provino, quindi è caratteristico del provino stesso. Infatti,un provino dello stesso materiale di sezione doppia si allungherebbe della metà; mentre unprovino lungo il doppio si allungherebbe del doppio.

Per rende i risultati indipendenti dal provino occorre far riferimento al carico unitario (otensione) = F/S0 e all’allungamento unitario (o deformazione) = L/L0.

Prova a trazione - dati materiale

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

0,0000 0,0200 0,0400 0,0600 0,0800 0,1000

54


Il diagramma tensione – deformazione (stress – strain curve) così ottenuto, indipendentedalle dimensioni del provino, è caratteristico del materiale (in questo caso dell’alluminio)

Analizziamo ora l'andamento caratteristico del diagramma tensioni – deformazioni.

Tratto elastico proporzionale

Il primo tratto corrisponde alle deformazioni elastiche58,59 proporzionali. In questo tratto èvalida cioè la legge di Hooke60. Essa può essere così espressa: le deformazioni sonodirettamente proporzionali alle tensioni applicate.

In formule T = E×D ( = E·)

La costante di proporzionalità E prende il nome di modulo di elasticità o modulo diYoung: essa è caratteristico di ogni materiale. Il valore del modulo di elasticità è unamisura della rigidità (stiffness) del materiale. La rigidità indica la resistenza delmateriale alle deformazioni elastiche.

58Deformazione elastica – Una deformazione elastica è una deformazione reversibile: il materiale riassume ledimensioni originarie riportando il carico a zero.Una deformazione elastica è quindi una deformazione che si annulla allontanando il carico.

59Elasticità – L'elasticità è la proprietà di un materiale di subire deformazioni elastichequando è sottoposto a sollecitazioni.60Alcuni materiali, come gli elastomeri, non seguono la legge di Hooke. I metalli si deformano in modo elasticoproporzionale (seguendo quindi la legge di Hooke), per tensioni minori o uguali a P, poi per un breve tratto, per tensionicomprese tra P e y, si deformano in modo elastico non proporzionale.

p

y

Tr

stress

strain

Tratto elastico proporzionale

T = E×D

Tratto elastico non proporzionale

Tratto deformazioni plastiche

55


Il modulo di elasticità (Young) può essere calcolato dal rapporto / nel tratto elasticoproporzionale della deformazione.

Il primo tratto del diagramma è un tratto di retta passante per l'origine, il valore dellatensione in corrispondenza del quale cessa questo andamento è chiamato P (tensione allimite della proporzionalità).

La tensione di snervamento y è la tensione (carico unitario) al di sopra della quale ilmateriale inizia a deformarsi plasticamente.

Tratto della deformazione plastica

Quindi in corrispondenza a y inizia il tratto del diagramma che corrisponde alladeformazione plastica61, con incrudimento62, strizione del provino seguita da rapidarottura.

Il valore massimo raggiunto dalla tensione durante la prova viene chiamato resistenza atrazione del materiale.

Resistenza a trazione (carico unitario di rottura) r – è il valore massimo raggiuntodalla tensione nel grafico stress/strain. Superato questo valore il provino presenta ilfenomeno della strizione seguita da rapida rottura. La resistenza a trazione è il caricounitario massimo che il materiale è in grado di sopportare prima di rompersi, in unaprova a trazione.

Alcuni materiali, come i vetri, si rompono al termine del tratto elastico, senza subireapprezzabili deformazioni plastiche.

I materiali come il vetro sono detti fragili63

61Deformazione plastica – Una deformazione plastica è una deformazione irreversibile: essa persiste anche dopo che siè riportato il carico a zero.Una deformazione plastica è quindi una deformazione permanente, che non si annulla allontanando il carico.62Le deformazioni plastiche comportano variazioni a livello della struttura cristallina del materiale metallico. Si formanodelle imperfezioni nel reticolo che provocano un aumento della durezza e della resistenza alle sollecitazioni meccaniche.Questo è il motivo per cui la curva / dopo lo snervamento continua a salire fino al carico unitario massimo (servonocioè tensioni crescenti per proseguire con la deformazione del materiale).

Il termine definisce «la variazione di caratteristiche meccaniche e le alterazioni che si verificano in un materialemetallico in seguito a deformazione plastica che avvenga a temperatura inferiore a quella di ricristallizzazione»(definizione UNI). L’incrudimento consiste in una distorsione del reticolo cristallino e si verifica specialmente nellaforgiatura a freddo e nelle lavorazioni meccaniche che avvengono con strappo di truciolo. L’incrudimento è semprefattore dannoso; si rimuove riscaldando il pezzo incrudito fino alla temperatura di ricristallizzazione. Bertoni, Chimicaapplicata ai materiali da costruzione. Zanichelli 1988, p. 203

63Fragilità – La fragilità è la caratteristica di un materiale di rompersi senza subire apprezzabili deformazioni plastiche(avvicinando i frammenti del pezzo rotto si riottiene la forma originaria).

56


Altri materiali, invece, si allungano parecchio prima di rompersi: sono i materiali duttili.La distinzione tra materiali duttili e fragili può essere realizzata in maniera quantitativa inbase ai dati della prova di trazione, facendo ricorso all'allungamento percentuale a rottura.

Allungamento percentuale a rottura (A%) – L’allungamento percentuale a rottura puòessere determinato a partire dalle misure della lunghezza iniziale (L0) e della lunghezza afrattura (Lf) del provino, mediante la formula:

%A=L f − L0

L0

× 100

Il suo valore aumenta all’aumentare della duttilità (ductility) del materiale. I materialisono considerati fragili se risulta A% < 5.

Tenacità – La tenacità è la capacità di un materiale di assorbire una elevata quantità dienergia prima di rompersi. Nel diagramma / la misura della tenacità è data dall'areasottesa dalla curva. La tenacità è grande se sono grandi sia la resistenza a trazione sial'allungamento a frattura.

I materiali che sono normalmente sottoposti alle prove a trazione sono quelli metallici:metalli e leghe.

5. Prova a compressione

Un corpo è soggetto ad una sollecitazione a compressione se le forze esterne applicatetendono ad accorciarlo

Un materiale sottoposto a compressione subisce, come nel caso delle prove a trazione,dapprima una deformazione elastica, seguita, se il materiale non è fragile, da snervamentoe deformazione plastica.

È una prova a cui vengono sottoposti solitamente i materiali fragili, come le ceramiche(tra cui le porcellane dentali). Raramente sono sottoposti a questa prova i metalli e leleghe (materiali plastici): in questi materiali infatti non sempre facile o possibiledeterminare il carico di rottura (il materiale, a causa della sua malleabilità si appiattiscesotto il carico).

I materiali fragili hanno una resistenza a compressione nettamente superiore a quella atrazione. La differenza è dovuta al comportamento delle microcricche superficiali (fessuredi Griffith)64, che nelle prove a trazione innescano precoci processi di frattura. Nelle provea compressione queste imperfezioni superficiali non hanno alcun effetto sulle proprietà delmateriale.

Per un materiale fragile, la resistenza a compressione è il carico unitario massimoche esso è in grado di sopportare prima di rompersi in una prova a compressione.

I materiali fragili passano direttamente dalla deformazione elastica alla rottura, nonpresentano snervamento e deformazione plastica.

Le prove a compressione sovrastimano la resistenza a rottura dei materiali fragili: infattiessi, in condizioni di utilizzo, saranno sempre soggetti, oltre alle prevalenti sollecitazioni acompressione, a componenti diverse, tra cui quella a trazione, per le quali presentanocaratteristiche di resistenza nettamente inferiori.

Rottura duttile e rottura fragile – Si parla di rottura duttile quando un materiale si deforma plasticamente prima dirompersi, si parla di rottura fragile quando un materiale si rompe senza subire apprezzabili deformazioni plastiche (larottura avviene al termine del tratto elastico).

64Fessure di Griffith – sottilissime fessure superficiali lunghe da 0,2 a 10 mm che si comportano come punti di concentrazione delle tensioni e quindi come inviti a rottura (Simionato, II vol, p.729)

57


6. Durezza

La durezza non è una grandezza fisica in senso stretto, in quanto per essa non esiste untipo unico di prova, applicabile a tutti i materiali, con cui misurarla e quindi neppureun'unica scala di valori. Questo costituisce il limite principale delle prove di durezza.Poiché i tipi di prove sono tre, è in base ad essi che viene definita la durezza stessa.

La durezza è la capacità di un materiale di resistere alla scalfittura65, allapenetrazione e alle ammaccature.

La durezza è pertanto la misura della resistenza offerta da un materiale alladeformazione plastica.

Come si è detto, le misure di durezza non sono assolute, ma dipendono dal tipo di tecnicautilizzata per la misura.

Pregi delle prove di durezza:

o sono semplici ed economiche;

o sono prove non distruttive;

o consentono di dedurre altre proprietà meccaniche del materiale, come la suaresistenza a trazione e il carico unitario di snervamento (almeno per quantoriguarda i materiali metallici).

Le diverse tecniche utilizzate dipendono dal tipo di materiale in esame.

Molti metodi hanno perso importanza nella determinazione della durezza dei materialidentali. Attualmente si usa solitamente la determinazione secondo Vickers, affiancata dalladeterminazione secondo Knoop per i materiali molto fragili.

Resistenza alla penetrazione – Le prove più importanti di determinazione della durezzasi basano sulla resistenza alla penetrazione opposta dalla superficie del materiale, misuratacon particolari strumenti detti durometri66. Esistono vari tipi di durometri, ma tutti sibasano sullo stesso principio di funzionamento: una punta (detta penetratore) di formavaria, viene spinta con una forza nota contro il materiale da testare. La punta penetrerànel materiale lasciando una impronta di grandezza inversamente proporzionale alladurezza. Misurando la profondità di penetrazione o la dimensione dell'impronta si hal'indicazione della durezza del materiale

Resistenza alla penetrazione – Durezza Vickers (HV)

La prova è analoga a quella del metodo Brinell. L’unica differenza è costituita dalla formae dal materiale di cui è costituito il penetratore. Infatti nella prova Vickers esso è costituitoda un diamante a forma di piramide a base quadrata.

Il materiale di cui è costituito garantisce una migliore precisione della misura, in quanto ilpenetratore non si deforma durante la prova.

La prova Vickers è adatta per materiali molto duri e viene usata per prove dimicrodurezza, sfruttando le piccole dimensioni dell’impronta.65Resistenza alla scalfittura (scala di Mohs) – La scala di Mohs ordina i materiali in base alla loro resistenza ascalfittura. Un materiale è più duro di un altro se lo riga e non ne viene rigato. La scala di Mohs è costruita prendendo 10materiali (minerali) di riferimento, cui corrispondono i 10 gradi della scala (si va dal grado 1 per il materiale piùmorbido – talco – al grado 10 per il materiale più duro – il diamante).La durezza di un materiale qualsiasi saràdeterminata individuando i due materiali consecutivi della scala che rispettivamente non rigano e rigano il materiale.Quindi un materiale avrà, per esempio, durezza compresa tra 3 e 4, se viene rigato dalla fluorite (4) ma non dalla calcite

66http://it.wikipedia.org/wiki/Durometro

58

http://it.wikipedia.org/wiki/Durometro


La prova risulta più laboriosa della Brinell67, infatti, proprio per il fatto di dover misurareaccuratamente piccole lunghezze, richiede che i provini abbiano una superfici lucidata e ilpiù possibile regolare.

I valori di durezza Vickers (HV) sono analoghi a quelli di durezza Brinell (HB) eforniscono le stesse informazioni sul materiale.

Pregi e difetti della prova Vickers68

VANTAGGI DELLE PROVE VICKERS

1. Impiego di una sola scala che può andare dalle durezze piu' basse alle piu' elevate.

2. Si possono anche utilizzare carichi piccoli per fare misure di durezza ravvicinate.

3. Elevata Precisione della misurazione.

4. Eventuali deformazioni dell'impronta possono mettere in evidenza caratteristiche strutturali del materiale controllato.

5. Come il procedimento Brinell, non risente di eventuali cedimenti del pezzo.

6. Il numero di durezza Vickers ha un significato evidente in quanto esso rappresenta un carico specifico su di un'impronta di forma sempre uguale.

7. Non distruggono o alterano l'organo sottoposto alla prova .

LIMITAZIONI DELLE PROVE VICKERS

1. Notevole perdita di tempo nella lettura delle impronte che si può fare solo al microscopio.

2. Costo strumentazione (microscopio o proiettore).

3. La superficie su cui fare l'impronta deve essere preparata molto accuratamente e la perpendicolarità con l'asse del penetratore diventa molto importante poiché una lieve inclinazione provoca una irregolarità nell'impronta

Resistenza alla penetrazione – Durezza Knoop (HK)

A parità di carico e materiale le impronte sono due o tre volte più lunghe e meno profondedi quelle Vickers; in base a tali ragioni, il metodo è particolarmente indicato per misurarela durezza dei materiali molto fragili o molto sottili o induriti superficialmente.

7. Lo scorrimento viscoso (creep)

Lo scorrimento viscoso è la deformazione continua che un materiale subisce sottol'azione di un carico costante, ad una data temperatura.

La resistenza allo scorrimento viscoso è la capacità di un materiale di resistere, sottocarico costante, al fenomeno della prosecuzione della deformazione. La resistenza alloscorrimento viscoso dipende fortemente dalla temperatura. Nel caso delle cere vienedeterminato nel modo seguente: un campione cilindrico (diametro 10 mm, altezza 6 mm),viene sottoposto ad un carico di 2 kg per un tempo di 10 minuti. Lo scorrimento viscosoviene espresso come accorciamento percentuale del campione.

La resistenza allo scorrimento viscoso è importante nelle leghe per metallo – ceramica,che devono essere portate più volte ad alta temperatura per la cottura delle diverse masseceramiche. In presenza di tensioni residue, questi riscaldamenti possono dar luogo a

67Durezza Brinell (HB) Nel metodo di Brinell il penetratore è costituito da una sfera durissima di acciaio o Widia.La durezza si ottiene dividendo il carico applicato per la superficie dell’impronta prodotta sul materiale.Esistono apparecchiature (baby Brinell) per eseguire prove su pezzi di piccole dimensioni.Il valore della durezza Brinell (HB) è direttamente proporzionale al limite di proporzionalità elastica e alla resistenza atrazione (la relazione dipende dal materiale, si usano appositi grafici per passare dalla durezza alle proprietà a trazione).Quando applicabile questa prova è preferibile a quella a trazione perché è un metodo non distruttivo.Il metodo Brinell non si può adoperare per materiali fragili e con elevato recupero elastico.

68 http://www.wtm.it/default.php?t=site&pgid=184

59

http://www.wtm.it/default.php?t=site&pgid=184


deformazioni per scorrimento viscoso. Tra le leghe per metallo – ceramica sono piùsoggette a scorrimento viscoso le leghe contenenti platino, mentre sono più resistentiquelle contenenti palladio.

8. Resistenza meccanica e finitura superficiale del materiale

Abbiamo visto che la rottura di un materiale sottoposto a sollecitazioni meccaniche, haorigine spesso dall’estendersi di micro – cricche o altri difetti superficiali (intaglisuperficiali). La finitura superficiale ha quindi notevole importanza per la resistenza delmateriale. Più in generale la lucidatura è importante in quanto una superficie rugosa:

o facilita la formazione della placca batterica

o favorisce la corrosione dei materiali metallici

o peggiora la resistenza meccanica

o peggiora le caratteristiche estetiche

Approfondimenti

9. Prova a flessione

Le prove a flessione sono prove meccaniche statiche. Un corpo è soggetto ad una sollecitazione esterna a flessionequando la risultante delle forze esterne applicate di esso tendono a fletterlo (piegarlo).

60


Il provino utilizzato per la prova a flessione è chiamato solitamente trave. Esistono diversi modi di eseguire la prova,che si differenziano per il numero e la posizione dei punti di appoggio e per la posizione di applicazione del carico. Lamodalità più diffusa è la flessione a tre punti, in cui si applica un carico crescente nel punto centrale della trave,appoggiata alle due estremità.

L’entità della deformazione subita dalla trave è chiamata freccia.

La freccia è il massimo spostamento che l'asse della trave subisce rispetto alla sua posizione originale.

Gli strati superiori della trave subiscono una sollecitazione a compressione, mentre quelli inferiori subiscono unatrazione. Negli strati interni le sollecitazioni sono via via decrescenti, man mano che ci si avvicina allo strato centrale(strato neutro), in cui le sollecitazioni sono nulle.

Poiché le sollecitazioni sono massime negli strati esterni, spesso le travi hanno una sezione di forma particolare (adesempio a doppia T) più robusta alle estremità e più sottile al centro

L’entità della deformazione prodotta e la resistenza alla flessione dipendono non solo dalla sezione, ma anche dalla suaforma geometrica (la relazione matematica è troppo complessa da discutere e analizzare nel dettaglio e sarà omessa).

Possiamo semplificare dicendo che la deformazione (flessione):

a) aumenta proporzionalmente all'aumentare del carico;

b) aumenta proporzionalmente al cubo della lunghezza (distanza tra gli appoggi)69;

c) diminuisce in modo proporzionale all’aumento di rigidità del materiale (modulo di elasticità)70;

d) diminuisce proporzionalmente al cubo dello spessore (altezza) della trave71;

e) diminuisce proporzionalmente all'aumentare della larghezza della trave.

69Ad esempio: se la lunghezza della trave raddoppia, a parità di carico, la deformazione diventa otto volte (il doppio al cubo) più grande, se la lunghezza triplica la deformazione diventa 27 volte (il triplo al cubo) più grande, ecc.70Cioè se la rigidità è doppia, a parità di forma e di carico, la deformazione sarà la metà.71Se lo spessore raddoppia, a parità di carico la deformazione diventa un ottavo di quella precedente.

61


In modo analogo a quanto avviene con le prove a trazione e a compressione, anche nelle prove a flessione vienedeterminato un carico unitario massimo, al di sopra del quale il materiale si rompe. Nelle prove a flessione questo caricounitario prende il nome di resistenza a flessione.

Il carico unitario di rottura a flessione (Rf) è il carico unitario massimo che il materiale è in grado di sopportareprima di rompersi in una prova a flessione.

La resistenza a flessione può essere misurata per i materiali ma non per quelli che si piegano.

10. Prova di resilienza

La prova di resilienza (resilience test) è una prova meccanica dinamica, una sorta di prova a flessione dinamica.

Questa prova permette di stabilire la resistenza all’urtodi un materiale. Consiste nel rompere a flessione perurto, con un pendolo di forma particolare, un provinointagliato, appoggiato orizzontalmente su due sostegni.La parte del pendolo che urta il provino è sagomato aforma di coltello e urta il provino dalla parte nonintagliata in modo da indurre tensioni di trazione,quindi più pericolose, sulla parte intagliata.

La resilienza si esprime in J/cm2 (energia assorbitadurante la rottura per centimetro quadro di superficie)ed è quindi una misura dinamica di tenacità.

La resilienza (K) di un materiale è il rapporto tral’energia in joule necessaria alla rottura di unprovino mediante urto e la sezione del provinostesso.

L’energia assorbita dal materiale si misura facendo ladifferenza tra l’energia potenziale iniziale del pendoloe quella finale, quando il pendolo risale dopo aver rottoil provino. Questa energia (persa dal pendolo eacquisita dal materiale) va poi divisa per la sezione delprovino per ottenere il valore della resilienza.

Il valore della resilienza per i materiali duttili è solitamente inferiore al valore della tenacità ottenuto con prove statiche,cioè mediante prova a trazione. Spesso anche materiali duttili si rompono senza deformazioni plastiche in seguito ad unurto, in particolare a basse temperature. Per questi materiali in genere è possibile determinare una temperatura ditransizione, al di sotto della quale la rottura è di tipo fragile, al di sopra di tipo duttile.

«Il valore numerico della resilienza ha scarsa importanza come grandezza qualitativa, in quanto variando la formadell'intaglio e/o le dimensioni della provetta si ottengono, a parità di materiale prove non compatibili tra loro. Questaprova è però molto eseguita perché i valori ottenuti consentono di classificare (in particolare gli acciai) in base al diversogrado di fragilità, condizione importantissima ai fini della scelta dei materiali destinati alla costruzione di strutture, diparti meccaniche, di contenitori di liquidi a bassa temperatura, ecc. per i quali sono prevedibili sollecitazioni ad urto.»72

11. La fatica

Un corpo è sollecitato a fatica quando su di esso agisce una forza esterna ciclica.

In queste condizioni i materiali manifestano una resistenza nettamente inferiore a quella mostrata nelle prove a trazione.Con cicli ripetuti si può avere rottura del materiale con carichi unitari inferiori al carico di rottura o addirittura inferiorial limite elastico.

Il tipo di rottura è improvviso e di tipo fragile anche per materiali duttili, come la maggior parte dei metalli e delle leghe.

Il motivo è che al termine di un ciclo il materiale non è nelle stesse condizioni di partenza. Si può avere una estensionedi difetti strutturali o si può provocare una riduzione della sezione che si estende progressivamente durante i vari ciclifino a provocare la rottura improvvisa del pezzo.

Per rottura a fatica di un materiale si intende quella rottura che interviene nel materiale in esame, quando questo èsottoposto ad un carico ciclico.

Le prove a fatica si eseguono su un numero elevato di provini dello stesso materiale. I provini sono sottoposti ad uncarico unitario ciclico decrescente. Si determina per ognuno di essi il numero di cicli che determina la rottura e siriportano i dati in un diagramma / N.

72http://it.wikipedia.org/wiki/Pendolo_di_Charpy

Illustrazione 7: http://www.pebax.com/images/pebax/2.5.3.jpg

62

http://it.wikipedia.org/wiki/Pendolo_di_Charpy


Figura 1 - Curva di Wohler (da Wikipedia)

Limite di fatica (Lf) – per i materiali ferrosi (acciai) e per il titanio esiste uno sforzo unitario al di sotto del quale, perquanto grande sia il numero di cicli, non si ha mai rottura.

Limite di durata - Per i materiali non ferrosi l’andamento della curva è sempre decrescente. Per questi materiali sidefinisce la resistenza a fatica per N cicli. La resistenza per N cicli è l'ampiezza di tensione alla quale una provetaha una durata che può essere valutata statisticamente di N cicli. Nelle applicazioni pratiche come numero N di ciclisi assume un valor sufficientemente elevato tale da garantire una adeguata durata del pezzo nelle condizioni di esercizio(in genere 108 cicli)73.

Meccanismo della rottura a fatica - In genere la rottura si ha per estensione di un difetto superficiale che funge dainnesco. La riduzione della sezione è in un primo tempo lenta e progressiva (zona lucida), per poi portare ad una rotturabrusca di tipo fragile (anche in materiali che nelle prove a trazione presentano un elevato allungamento percentuale arottura). Di qui l’importanza della finitura superficiale del pezzo.

In campo dentale, le protesi sono sottoposte a sollecitazioni cicliche , come l’azione dei carichi masticatori: si stimainfatti che la masticazione normale annua comporti circa 300000 cicli. Inoltre le protesi rimovibili sono sottoposte acirca 2000 cicli annui di inserzione/rimozione.

La protesi deve essere progettata in modo che il carico cui sarà sottoposta sia inferiore al limite a fatica L f.

Bibliografia

G.Petrucci – Lezioni di costruzioni di macchine, Cap 15, Resistenza a fatica. Fondamenti (file fatica1.pdf)

Università Ancona – Dipartimento Meccanica, Dispense Calcolo a fatica. di componenti meccanici<

73Vedi ad es. Simionato, vol I, pag.182

63

http://www.dipmec.univpm.it/costruzione/dispense/Fatica1.pdf

http://www.dima.unipa.it/~petrucci/Disp/Fatica1.pdf


La corrosione

Percorso base

1. Definizione e introduzione

I primi metalli conosciuti dall’uomo, nonostante la loro rarità, furono i metalli nobili. Soloessi infatti erano facilmente reperibili come tali, essendo abbastanza inerti da non reagirecon le sostanze presenti in natura, ossigeno e acqua in primo luogo.

I metalli non nobili, invece, reagiscono facilmente con l’ossigeno, l’anidride carbonica,l’acqua e molte altre sostanze presenti nella crosta terrestre e si trasformano in composti(ossidi, carbonati, solfati, solfuri, silicati, …) che costituiscono i loro minerali.

Per ottenere i metalli non nobili allo stato metallico bisogna trasformare chimicamente iloro minerali con un processo noto come processo metallurgico.

Il processo metallurgico è una trasformazione chimica che trasforma il minerale nelcorrispondente metallo.

I metalli non nobili, tuttavia, a contatto con l'ossigeno e con le sostanze presentinell'ambiente in cui sono immersi, reagiscono, trasformandosi nuovamente nei compostiche costituiscono i loro minerali. Questo processo è alla base della corrosione.

La corrosione74 può essere definita come il deterioramento e la distruzione di unmateriale metallico a causa di una reazione chimica spontanea con l’ambiente che locirconda. Questo comporta la degradazione delle caratteristiche chimiche e fisiche,con progressiva perdita di resistenza del pezzo metallico.

In base a quanto abbiamo detto, la corrosione può essere vista come il processo inversodel processo metallurgico.

Il processo metallurgico trasforma il minerale in metallo, la corrosione trasforma ilmetallo in minerale (o meglio, nei composti come ossidi, solfuri, carbonati, … checostituiscono i suoi minerali).

74 «Corrosione: alterazione della superficie di un metallo per azione dell’aria, dell’acqua, degli agenti chimici presenti nell’atmosfera o di un determinato prodotto in lavorazione o in depositoCorrosione elettrochimica: processo di corrosione di un metallo dovuto alla formazione di una pila tra il metallo e un’altra sostanza avente azione depolarizzante (accettore di elettroni), a contatto con una soluzione salina anche neutra. Agiscono da depolarizzanti:

un metallo avente potenziale red-ox più altro di quello del metallo che si corrode (es: l’alluminio si corrode in acqua marina se in contatto con il ferro; la latta, ferro stagnato, resiste agli agenti atmosferici ma se scalfita il ferro si corrode rapidamente in ambiente umido, agendo lo stagno da depolarizzante);;

le impurezze del metallo (es: fosforo e zolfo negli acciai); gli stesi prodotti della corrosione (es: un tratto di tubazione di acciaio arrugginito sostituito con uno

spezzone nuovo senza interposizione di flange isolanti.» Guilizzoli, Dizionario Cappelli della Chimica, p.117

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2. Aspetti microscopici della corrosione

A livello atomico, la corrosione è un processo ossido – riduttivo in cui il metallo si ossida,passando dalla forma ridotta (metallo) a quella ossidata (ione metallico), in cui si trova neicomposti. Nel processo metallurgico avviene la trasformazione opposta: lo ione metallicoviene ridotto e trasformato in atomo metallico.

La corrosione, quindi:

coinvolge sempre un processo di ossidazione del metallo;

provoca il rilascio di ioni metallici da parte del materiale, con possibili effetti tossicinei tessuti biologici circostanti e nell’organismo, nel caso in cui il metallo siautilizzato per la realizzazione di protesi.

Per questi motivi, la corrosione è il principale problema che sorge in relazione all’utilizzodei materiali come biomateriali e deve necessariamente essere evitata o limitata.75

3. I potenziali standard di riduzione dei metalli

Le reazioni di ossido – riduzione76 sono reazioni di scambio di elettroni tra speciechimiche (atomi o ioni).

Ad esempio, un atomo di un metallo può cedere i propri elettroni di valenzatrasformandosi nel corrispondente ione positivo. Nel caso dello zinco:

Zn ↔ Zn2+ +2e-

Diciamo che quando una specie chimica (in questo caso l’atomo di zinco), cede elettronisi ossida, quando una specie chimica acquista elettroni, si riduce. Zn e Zn2+ formano unacoppia redox. Zn rappresenta la forma ridotta della coppia, Zn2+ la corrispondente formaossidata. In generale per una coppia redox possiamo scrivere:

Rid1 ox1 + ne-

I metalli, in presenza di una soluzione acquosa, hanno una tendenza più o meno spiccata apassare in soluzione come ioni positivi, lasciando sul metallo i propri elettroni di valenza,con formazione di una carica negativa.

75 Dalla presentazione di A. Bagno dell’università di Padova. File: Metallo3_corrosione_LT_IBM_07.pdf76 «Ossidoriduzioine: reazione di trasferimento di elettroni da un riducente rid1 ad un ossidante ox2. Si può considerare come al somma di due semireazioni (che non possono avvenire separatamente):Rid1 ox1 + eox2 + e- rid2

rid1 + ox2 ox1 + rid2

Rid1 con ox1 e rid2 con ox2 costituiscono due coppie redox caratterizzate dai valori dei loro potenziali redox. » Guilizzoli, Dizionario Cappelli della Chimica, p.273

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La tendenza di una semireazione di riduzione ad avvenire è misurata dal suo potenzialestandard di riduzione. In una reazione redox si riduce la coppia che ha il potenziale diriduzione più alto, la seconda coppia subirà pertanto una ossidazione.

Esempio:

4. Corrosione chimica ed elettrochimica dei metalli

Quando la corrosione di un metallo è provocata dall’azione diretta di una sostanzaaggressiva, senza la formazione di elementi galvanici (pile), parliamo di corrosionechimica, quando invece il processo ha luogo con formazione di pile e il passaggio dicorrenti elettriche parliamo di corrosione elettrochimica.

Elemento Coppia redox Potenzialeriduzione (Volt)

Au Au3+ + 3e- Au +1,42Pt Pt2+ + 2e- Pt +1,2Hg Hg2+ + 2e- Hg +0,85Ag Ag+ + e- Ag +0,80O O2 + 2H2O + 4e- 4OH- +0,40Cu Cu2+ + 2e- Cu +0,35H 2 H+ + 2e- H2 0,00Pb Pb2+ + 2e- Pb -0,13Sn Sn2+ + 2e- Sn -0,14Ni Ni2+ + 2e- Ni -0,25Co Co2+ + 2e- Co -0,28Tl Tl+ + e- Tl -0,34Cd Cd2+ + 2e- Cd -0,40Fe Fe2+ + 2e- Fe -0,44Cr Cr3+ + 3e- Cr -0,71Zn Zn2+ + 2e- Zn -0,76Mn Mn2+ + 2e- Mn -1,05Al Al3+ + 3e- Al -1,67Mg Mg2+ + 2e- Mg -2,34Na Na+ + e- Na -2,71Ca Ca2+ + 2e- Ca -2,87K K+ + e- K -2,92Cs Cs+ + e- Cs - 3,02

Segregazione e pile a concentrazione

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Se un materiale metallico è costituito da una lega, il suo potenziale è intermedio tra ivalori dei metalli che la costituiscono. Pertanto, se cambia la composizione della lega,cambia anche il suo potenziale.

È possibile costruire una pila (pila a concentrazione) utilizzando due elettrodi della stessalega, ma a composizione diversa. Il metallo meno nobile si scioglierà (processo diossidazione) nell’elettrodo dove maggiore è la sua concentrazione e si depositerà(processo di riduzione) all’elettrodo dove essa è minore (e dove sarà maggiore, pertanto,la concentrazione del metallo più nobile). Esempi: rame nelle leghe auree.

La formazione di pile a concentrazione è determinata dalla distribuzione non uniformedelle impurezze in un metallo o dei componenti costituenti una lega. Durante lasolidificazione del getto fuso, impurezze e metalli basso- fondenti tendono ad accumularsinella fase liquida ancora presente, solidificando per ultime, generalmente nel bordo deigrani. Questo fenomeno prende il nome di liquazione o segregazione77,78.

Corrosione elettrochimica

In base a quanto appena esposto, i fenomeni che possono portare alla corrosioneelettrochimica, e che devono essere evitati per prevenirla, sono:

accoppiamento di materiali metallici diversi

leghe di composizione non omogenea79 (cambia la concentrazione dei metalli menonobili);

saldature (la composizione dei saldami è necessariamente diversa da quella della legada saldare, anche se dello stesso tipo, deve infatti avere una temperatura di fusione piùbassa).

Questo, infatti, porta alla formazione di elementi galvanici (pile) in cortocircuito, checausano la corrosione di tipo elettrochimico.

77 «La composizione dei cristalli che si separano durante il processo di solidificazione di un lega, varia continuamente a mano a mano che il processo di solidificazione procede. Le zone esterne di un getto (di un lingotto ) a contatto con le pareti della lingottiera, che solidificano per prime, hanno una composizione diversa daquella delle zone interne, che solidificano per ultime. Questo fenomeno prende il nome di segregazione.»[Silano, Iarrobino – Scienza dei materiali dentali, vol. 2, p. 41]78 «Per segregazione si intende in un metallo la distribuzione non uniforme delle impurezze o in una lega degli elementi componenti. Con lo stesso significato si può usare la parola liquazione ed allora la lega viene detta legaliquata. Si verifica nelle leghe non eutettiche.Il fenomeno può presentarsi anche se prima di essere versata la lega è stata accuratamente rimescolata; a contattodelle pareti fredde dello stampo usato per raccogliere il materiale fuso solidifica lentamente, prima una parte che raccoglie a preferenza alcuni costituenti, mentre altri si concentrano nella parte ancora liquida.È più comune nelle leghe che hanno un ampio intervallo termico di solidificazione. […]Il fenomeno è favorito da una temperatura di colata alta. La notevole distanza tra le temperature di fusione del platino da una parte e l’oro e l’argento dall’altra, spiegano la facile segregazione nelle leghe del platino con l’oroo l’argento.È anche tanto più facile quanto più è lento il riscaldamento o il raffreddamento; risulta perciò ostacolata dal rimescolamento e dal rapido passaggio di stato.In conseguenza del fenomeno descritto il titolo in una lega liquata varia da una parte all’altra […]La parola segregazione significa isolare, scostare, separare. Nei metalli puri, dove gli atomi sono tutti eguali, nonpuò presentarsi il fenomeno. Negli altri casi è possibile che l’eterogeneità si manifesti nello spazio tra i grani come accade all’oro impuro per la presenza di poco piombo. In questo caso si ha la fragilità perché il piombo, ultimo a solidificare, viene segregato, scostato verso i confini intergranulari. L’esame al microscopio consente di osservare bene il fenomeno »Luigi Vitiello, Oreficeria moderna, (visualizzato con Google libri)79 Per evitare la composizione non omogenea delle leghe bisogna seguire attentamente le indicazioni fornite dal produttore durante le fasi di lavorazione (in particolare la colata). In alcuni casi può essere necessario un processo termico di omogeneizzazione.

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Bibliografia

Corrosione, in Enciclopedia della Chimica, USET, pp. 60 – 79

Andrea Bagno – UniPd – Metallo3_corrosione_LT_IBM_07.pdf

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I polimeri

Percorso base

1. Proprietà dei polimeri

I polimeri sono una delle tre categorie fondamentali di materiali, caratterizzati dalleseguenti proprietà:

densità (0,90 – 2,20 g/cm3) – la densità è bassa, inferiore a quella degli altri tipi dimateriali. Ciò costituisce un pregio, perché le protesi sono leggere;

conducibilità termica – bassa: ciò costituisce un pregio, perché non espone i tessutisottostanti a sbalzi termici in caso di assunzione di cibi e bevande molto freddi o moltocaldi;

conducibilità elettrica – bassa; quindi questi materiali non sono soggetti a corrosioneelettrochimica;

proprietà ottiche – i polimeri amorfi (stato vetroso) sono trasparenti; la trasparenzadiminuisce all’aumentare del grado di cristallinità del polimero. È possibile realizzaremanufatti esteticamente soddisfacenti, in quanto il colore e la trasparenza possonoessere modificati facilmente con l’aggiunta di cariche;

proprietà chimiche – i polimeri sono sostanze abbastanza inerti, ciò è un vantaggioperché hanno una buona durata nel tempo e presentano una buona biocompatibilità.Tuttavia si ha un progressivo deterioramento dovuto a degradazione (rottura dellemacromolecole, soprattutto ad opera della radiazione UV) e ossidazione, conformazione di ponti O-O tra le catene, con conseguente infragilimento;

costo – i polimeri sono materiali relativamente poco costosi, più economici deimateriali metallici e di quelli ceramici;

proprietà meccaniche – la resistenza a trazione, flessione e compressione e la durezzasono modeste. Queste proprietà sono le caratteristiche che ne limitano fortementel’impiego, restringendolo ai manufatti che devono sopportare carichi modesti.

2. . Classificazione dei polimeri in base alla loro origine

I polimeri sono sostanze organiche, che contengono quindi il carbonio come elementoprincipale. La loro molecola è di grandi dimensioni, formata da centinaia o migliaia diatomi; che mantiene però una sua semplicità. Essa infatti è costituita da unità più piccole,di uno o pochi tipi diversi, concatenate con regolarità.

Quindi un polimero è una sostanza organica, costituita da macromolecole formate perunione di un numero elevato di unità più piccole, di uno o più tipi diversi (monomeri).

In base alla loro origine, i polimeri possono essere classificati in:

polimeri naturali – ad esempio:

o proteine

o polisaccaridi (cellulosa, agar – agar, alginati, ecc.)

o gomma naturale

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polimeri sintetici80 – ottenuti per sintesi (polimerizzazione) da monomeri,generalmente ricavati dal petrolio, nei laboratori chimici o nell’industria.

3. . Classificazione dei polimeri in base alla loro struttura molecolare

polimeri a struttura lineare – le molecole sono costituite da lunghe file di monomeri,senza ramificazioni laterali;

polimeri a struttura ramificata – le molecole sono costituite da file di monomeri dacui partono ramificazioni;

polimeri a struttura reticolata – le molecole sono costituite da lunghe file dimonomeri collegate tra loro da ramificazioni trasversali, a formare un unico grandeaggregato molecolare (in pratica tutto il blocco di polimero è costituito da un’unicagrande molecola);

lineare raggommitolata – le molecole sono costituite da lunghe file di monomeri(come nei polimeri a struttura lineare), che in assenza di tensioni sono riavvolte aformare una sorta di gomitolo.

La struttura molecolare dei polimeri è molto importante, in quanto determina le lorocaratteristiche fondamentali. Infatti la struttura lineare o ramificata è tipica dei materialitermoplastici, la struttura reticolata dei polimeri termoindurenti e la struttura lineareraggomitolata degli elastomeri.

4. Plastomeri ed elastomeri

In base alla loro deformabilità plastica in funzione della temperatura, i polimeri possonoessere classificati in:

a. plastomeri

▪ termoplastici

▪ termoindurenti

b. elastomeri

80 «I polimeri più utilizzati derivano prevalentemente da quattro prodotti chimici di base, a loro volta derivati dal petrolio: l'etilene, il propilene, il butadiene e lo stirene. » http://www.plastica.it

Illustrazione 8: Un polimero lineare (a sinistra) e uno reticolato (a destra) messo a confronto. I cerchietti neri indicano i punti di reticolazione._http://it.wikipedia.org/wiki/Polimero

70

http://it.wikipedia.org/wiki/Polimero

http://www.plastica.it/


Lo stato fisico dei polimeri amorfi e, quindi , diverse loro proprietà, dipendono in primoluogo dalla temperatura.

A temperature basse tutti i polimeri sono in uno stato vetroso, in cui sono fragili e rigidi(presentano un elevato modulo di elasticità, cioè la loro deformazione elastica è moltoridotta anche con carichi elevati).

All’aumentare della temperatura, superata la temperatura di infragilimento (Tg)(temperatura di transizione vetrosa), i polimeri detti plastomeri diventano deformabiliplasticamente (caratteristica che viene utilizzata per la loro lavorazione mediantestampaggio a caldo). I polimeri detti elastomeri, invece, al di sopra della temperatura ditransizione vetrosa, diventano deformabili elasticamente, con deformazioni notevoli anchesotto carichi di modesta entità (la loro rigidità diminuisce bruscamente nel passare dallostato rigido allo stato elastico.

Materiali termoplastici e termoindurenti

I plastomeri possono essere suddivisi in termoplastici e termoindurenti.

I polimeri termoplastici, dotati di una struttura molecolare lineare o ramificata, seriscaldati rammolliscono gradualmente e possono essere lavorati per deformazioneplastica. Raffreddati riassumono nuovamente un comportamento rigido e mantengono laforma loro impartita. Il passaggio dallo stato rigido a quello plastico è cioè reversibile e siverifica ogni volta che il materiale viene sottoposto ad un ciclo di riscaldamento.

I polimeri termoindurenti hanno una struttura reticolata che impartisce loro la proprietà diessere rigidi a qualsiasi temperatura (non presentano quindi temperatura di transizionevetrosa). Poiché allo stato rigido non sono lavorabili, l'industria non li produce nella lorostruttura definitiva: la loro produzione avviene in due fasi. Nella prima fase, mediantepolimerizzazione parziale, vengono ottenuti con una struttura lineare, in cui hannocaratteristiche analoghe ai termoplastici e possono passare dallo stato rigido a quelloplastico per riscaldamento per essere lavorati, ad esempio mediante stampaggio.Terminata la formatura, il riscaldamento innesca la seconda fase di polimerizzazione, incui si formano i legami trasversali tra le molecole lineari, con ottenimento della strutturareticolata definitiva.

5. La polimerizzazione (polymerization)

La polimerizzazione è la reazione di sintesi con cui si ottiene un polimero a partire daimonomeri.

Due importanti fenomeni che accompagnano le reazioni di polimerizzazione sonol’esotermicità e la riduzione di volume:

• Le reazioni di polimerizzazione sono reazioni esotermiche, avvengono cioè conliberazione di energia sotto forma di calore, che provoca un aumento dellatemperatura dell’ambiente di reazione;

• le reazioni di polimerizzazione avvengono con una riduzione di volume(contrazione di polimerizzazione), cioè il polimero occupa un volume minorerispetto alla quantità di monomero da cui si è formato. La riduzione è notevole: nelcaso del PMMA essa è superiore al 20%.

I polimeri più usati sono ottenuti per sintesi a partire da piccole molecole (monomeri). Lereazioni di polimerizzazione più usate sono due:

polimerizzazione mediante reazioni di addizione (poliaddizione) – durante la qualei monomeri si aggregano ad una catena in accrescimento, come vagoni ferroviari ad un

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treno in formazione. Nella poliaddizione tutta la molecola del monomero entra a farparte della molecola del polimero e non si formano prodotti secondari. Esempi dipolimeri ottenuti per poliaddizione sono:

o Il polimetilmetacrilato (PMMA)- (nome commerciale: plexiglass)

o I polieteri

o I polivinilsilossani

polimerizzazione mediante reazioni di condensazione (policondensazione)–durante la quale si ha l’eliminazione di un prodotto secondario, in genere una piccolamolecola come acqua o alcol metilico, e la formazione di un legame tra le partirestanti delle due molecole reagenti. Nella policondensazione, quindi, solo una partedella molecola del monomero entra a far parte della molecola del polimero, la parterestante “si stacca” prima del legame e va a formare un prodotto secondario. Sonoesempi di polimeri ottenuti per poliaddizione:

o Le proteine

o I polisolfuri

o Le resine epossidiche

I polimeri ottenuti a partire da un solo tipo di molecola (monomero) sono detti omo-polimeri, quelli ottenuti a partire da due diversi monomeri sono detti co-polimeri.81, 82

6. La polimerizzazione per addizione

I monomeri utilizzati per la poliaddizione contengono solitamente un legame multiplocarbonio - carbonio, che viene aperto con una reazione di attivazione, cui segue unmeccanismo di accrescimento a catena. Il metodo più diffuso (l'unico da noi preso inconsiderazione) di attacco iniziale al doppio legame è quello radicalico. In esso unradicale si lega ad uno degli atomi del doppio legame generando un nuovo radicale didimensioni maggiori che prosegue la reazione.

Nelle figure seguenti sono riportate le formule di alcuni monomeri e dei corrispondentipolimeri che si ottengono per poliaddizione radicalica.

Come si vede, la maggior parte dei monomeri è un derivato dell'etilene.

81 Van Vlack, Teconologia dei materiali, EST Mondadori, pp. 231 - 23282 Polimerizzazione, in Dizionario enciclopedico dei termini scientifici, Oxford University Press, BUR.

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Etilene Polietilene (PE)

Cloruro di vinile Policloruro di vinile (PVC)

Metil-metacrilato Polimetilmetacrilato (PMMA)

7. La reazione di polimerizzazione radicalica

a. Innesco

L'innesco o attivazione consiste nella formazione di radicali liberi83, a partire daun iniziatore, sostanza che si spezza facilmente in due radicali. Gli iniziatori piùusati appartengono alla categoria dei perossidi (ad esempio il perossido dibenzoile), che contengono un legame covalente ossigeno - ossigeno O - O che sispezza generando i radicali. La rottura del legame O - O può avvenire per:

▪ attivazione termica (t > 60°C) - in cui l'energia necessaria per rompere illegame perossido è fornita sotto forma di calore. Questa attivazione ècaratteristica delle resine termo-polimerizzabili

▪ attivazione fotochimica - in cui l'energia viene fornita sotto forma di radiazioneluminosa di opportuna lunghezza d'onda (può essere una "luce visibile" o unaradiazione UV, a seconda del tipo particolare di attivatore). Questa attivazioneè caratteristica delle resine fotopolimerizzabili.

83Un radicale libero è una specie chimica molto reattiva che possiede un elettrone spaiato.

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▪ attivazione chimica - in cui il legame perossido è aperto ad opera di un'altrasostanza chimica, detta attivatore (in genere una ammina), con formazione diradicali. Questa attivazione è caratteristica delle resine autopolimerizzabili (afreddo).

b. Propagazione

In questa fase il radicale si lega con il suo elettrone spaiato ad uno degli atomi dicarbonio del doppio legame, lasciando un elettrone spaiato sul secondo atomo dicarbonio del doppio legame. Si forma in questo modo un nuovo radicale, didimensioni maggiori, ottenuto aggiungendo un monomero al radicale di partenza.Il nuovo radicale attacca un altro monomero, dando luogo alla propagazione dellacatena. Ad ogni stadio della catena il radicale si accresce di un monomero.

c. Arresto

Se due radicali si incontrano, reagiscono formando un legame a partire dai dueelettroni spaiati. Si ottiene una molecola unica (in genere è di grandi dimensioni),che non contiene più elettroni spaiati. Questa fase tende ad arrestare la reazione,perché in essa scompaiono i radicali che si erano formati nella fase di innesco.

8. Tecniche di preparazione dei polimeri

Il processo di polimerizzazione è una reazione fortemente esotermica ed il calore liberatopuò provocare un innalzamento incontrollato della temperatura, con formazione di unprodotto con caratteristiche diverse da quelle desiderate (grado di polimerizzazionediverso da quello voluto, formazione di bolle e porosità a causa della elevata temperaturache porta all'ebollizione del monomero, ecc.)

L’aumento di temperatura accelera a sua volta la velocità della reazione, conaggravamento del problema del riscaldamento della massa.

Le tecniche di polimerizzazione, messe a punto o modificate anche per tener conto diquesto problema, sono fondamentalmente quattro, ma solo una di esse (lapolimerizzazione in massa) è di interesse diretto in campo odontotecnico:

a. Polimerizzazione in blocco (o polimerizzazione in massa)84

84 Le altre tecniche di polimerizzazione, impiegate dall’industria per produrre i principali polimeri, sono:

b. Polimerizzazione in soluzione

Il monomero viene sciolto in un solvente organico e, in presenza di un appropriato catalizzatore, si fa avvenire lapolimerizzazione in soluzione. Il riscaldamento risulta molto più contenuto, in quanto il calore si disperde nellamassa del solvente, contenendo l’aumento di temperatura.

L’inconveniente del metodo consiste nella necessità, a polimerizzazione avvenuta, di dover separare e recuperare ilsolvente, processo non sempre agevole. Parte del solvente può restare intrappolato all’interno del polimero perliberarsi poi lentamente nel tempo. I solventi adoperati, vista la loro natura organica, sono spesso tossici o nocivi ealtamente infiammabili, che creano notevoli problemi di sicurezza degli impianti e degli ambienti di lavoro.

c. Polimerizzazione in emulsione

Il monomero, insieme al catalizzatore e alle altre sostanze necessarie ad avviare la polimerizzazione, vieneemulsionato in acqua. L’emulsione è stabilizzata con aggiunta di emulsionanti (saponi, tensioattivi, ecc.) In questocaso è il liquido disperdente (l’acqua) ad assorbire il calore in eccesso. Si ottiene un prodotto disperso in acqua,talvolta utilizzabile tal quale (ad esempio, il vinavil), oppure si separa con abbastanza agevolmente per filtrazione ocentrifugazione.

d. Polimerizzazione in sospensione

Il processo è simile al precedente. Il monomero è però presente nella matrice acquosa in gocce di maggioridimensioni che , a reazione avvenuta, danno origine a “perle” di polimero del diametro di qualche millimetro. Leperle così ottenute sono facilmente separabili dall’acqua per filtrazione.

Per ottenere la sospensione, ed evitare che le gocce di monomero si riaggreghino e si separino, il liquido deveessere agitato in modo vigoroso ed in continuazione. Si aggiungono anche emulsionanti, ma in quantità inferiore aquelle usate per la tecnica in emulsione.

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Nella sua versione originaria il metodo consiste nella polimerizzazione del monomeropuro direttamente nello stampo del manufatto da produrre.

Il pregio del metodo consiste nella elevata purezza del monomero e nella produzionediretta dell’oggetto. Esiste però il problema notevole del forte riscaldamento a causadel calore sviluppato dalla reazione con le conseguenze già discusse più sopra.

Il problema del riscaldamento può essere attenuato con una variante del metodo, checonsiste nel partire anziché dal solo monomero puro, da una miscela di sostanza giàpolimerizzata e monomero. Il polimero in polvere viene disciolto nel monomero, finoad ottenere una pasta con viscosità appropriata con cui si riempie lo stampo. Si faquindi proseguire la polimerizzazione attivando la reazione con un modestoriscaldamento. Questo metodo è ampiamente utilizzato nei laboratori odontotecnici.Questa variante può essere utilizzata solo nel caso in cui il polimero sia solubile nelmonomero.

9. Gli additivi

Gli additivi vengono fatti incorporare nelle materie plastiche per modificarne lecaratteristiche. Essi possono esplicare semplicemente il ruolo di un riempitivo a bassocosto oppure, in altri casi, associano questo compito a quello di rinforzare il polimero,rendendolo più resistente nei riguardi della deformazione meccanica.

a. I plastificanti

I plastificanti svolgono invece il ruolo di lubrificanti interni del polimero, rendendo piùfacile il riassestamento delle molecole; per questa via si ottiene che polimeri molto rigidi atemperatura ambiente, come il PVC, divengano flessibili. In termini semplici si puòritenere che un plastificante sia composto da piccole molecole che si frappongono tra lemacromolecole.

b. Gli stabilizzanti

Gli stabilizzanti sono additivi che servono a ridurre la velocità di deterioramento diprodotti organici. In genere lo scopo viene raggiunto mescolando al polimero additivi cheprevengono l’azione dell’ossigeno contro la molecola organica o riducono la possibilità diassorbimento di energia radiante (essenzialmente UV).

c. Ai polimeri, poi, con intenti ovvi, vengono aggiunti coloranti

I coloranti sono solitamente ossidi o altri composti dei metalli di transizione. Ad esempio,nelle resine per basi di protesi, il colore rosa delle mucose viene simulato con l’aggiuntadi ossido ferrico e di solfuro di mercurio.

10. Classificazione dei polimeri in base alla loro natura chimica e indicazione degliimpieghi principali

plastomeri termoplastici

o resine acriliche

ribasature;

corone e ponti provvisori;

rivestimento estetico di corone e ponti;

basi di protesi mobili;

denti artificiali;

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modellazione85;

(porta-impronte individuali)

o resine vinil – acriliche


o resine polistireniche


o policarbonati

corone e ponti provvisori;


plastomeri termoindurenti

o resine epossidiche

monconi e modelli

elastomeri86 (materiali da impronta)

o polisolfuri

o polieteri

o polivinilsilossani

11. Resine per basi di protesi e loro formatura

Le resine per basi di protesi, parziali o totali, sono tra le più importanti in campoodontotecnico, per la vastità del loro impiego. Esse vengono divise in tre tipi merceologicifondamentali;

Tipo I – resine termopolimerizzabili

Tipo II – resine autopolimerizzabili

Tipo III resine termoplastiche in blocchetti o polvere

Le resine di tipo I e tipo II chimicamente appartengono o alle resine acriliche o alle resinevinil-acriliche.

Le resine tipo III possono essere resine acriliche oppure polistirene o policarbonato. Sonoperò di impiego molto più limitato per la maggiore difficoltà di lavorazione.

La realizzazione delle basi di protesi (formatura) si svolge secondo due metodicheprincipali:

formatura per compressione, con resine termopolimerizzabili (tipo I) oautopolimerizzabili (tipo II). Questo tipo di formatura ha il pregio di richiedereattrezzature poco costose. I suoi difetti consistono nel fatto che l’operatore viene acontatto con il monomero liquido esponendolo a effetti nocivi per contatto e perinalazione. Inoltre, se la procedura non è eseguita a regola d’arte, si può averefacilmente la formazione di porosità nel manufatto. Le possibili cause di porositàsono:

85Le resine per modellazione disponibili da più tempo sono resine acriliche autopolimerizzabili. Di più recente introduzione sono resine a base di uretan-dimetacrilato (UDMA) fotopolimerizzabili. (Simionato, vol2, pp. 701 -703)86 Elastomeri – son così chiamati i polimeri dotati di notevole allungamento in campo elastico.La grande elasticità della gomma dipende dallo svolgersi delle catene macromolecolari che, in posizione di riposo, assumono una configurazione a gomitolo (P. Bassi, Chimica applicata, p. 217, 231]La gomma naturale ha una temperatura di transizione vetrosa di - 70°C

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o miscelazione non uniforme: nelle zone più ricche di monomero si ha unmaggior ritiro da polimerizzazione con formazione di “strappi” e fessure(microporosità)

o insufficiente pressione – si ha una porosità che interessa tutta la massa delmanufatto

o riscaldamento troppo rapido – può portare alla ebollizione del monomero,con formazione di bolle di vapore che danno luogo ad una porosità localizzataprevalentemente nelle zone interne in cui il manufatto è più spesso (zone in cui siraggiungono le temperature più alte).

formatura per iniezione, in speciali muffole dotate di canali di alimentazione, atemperatura ambiente con resine tipo I e tipo II e a temperatura adeguata, a cui èpossibile la loro deformabilità plastica, per resine tipo III.

I pregi della formatura per iniezione consistono nel fatto che

• vengono eliminate le possibili cause di porosità. Infatti la lavorazione èautomatizzata e consente un perfetto controllo delle fasi di miscelazione,pressione durante l’iniezione e riscaldamento.

• l’operatore non viene a contatto con il monomero

I difetti della formatura per iniezione riguardano i maggiori costi dei macchinari daimpiegare (miscelatore, muffola speciale, …).

Riportiamo di seguito la composizione di una tipica resina acrilica termopolimerizzabiledi impiego dentale, impiegata per la realizzazione di basi di protesi mobili.

Resina acrilica termopolimerizzabile - Composizione di un prodotto commerciale da usareper la polimerizzazione in blocco.

Polvere:

• polimero (poli-metil-metacrilato), sotto forma di piccoli granuli• iniziatore (perossido di benzoile che si dissocia termicamente in radicali)• plastificanti, per rendere meno rigido il polimero finale• coloranti, pigmenti inorganici come solfuro di mercurio e ossido ferrico, per impartire

una colorazione simile a quella dei tessuti orali• opacizzanti, solitamente ossido di zinco e biossido di titanio• fili di naylon rossi (per simulare i vasi sanguigni)

Liquido:

• monomero (metil-metacrilato)• inibitori (idrochinone), bloccano eventuali radicali liberi formatisi accidentalmente,

impedendo la polimerizzazione del liquido prima del suo impiego• sostanze reticolanti (un altro monomero che contiene due doppi legami nella molecola

e che ha la possibilità di formare alcune catene trasversali). Provoca una parziale reticolazione che rende il polimero più resistente.

Nelle resine acriliche autopolimerizzabili, dette anche a freddo o ad attivazionechimica,nella polvere è presente anche un attivatore chimico.

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Bibliografia

Van Vlack, Tecnologia dei materiali, EST Mondadori.

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Le ceramiche dentali

Percorso base

1 Proprietà dei materiali ceramici

I materiali ceramici sono una delle tre categorie fondamentali di materiali, caratterizzatidalle seguenti proprietà:

densità – la densità è medio - bassa, simile a quella dei materiali naturali chesostituiscono nelle protesi;

conducibilità termica – bassa: ciò costituisce un pregio, perché le protesi in ceramicanon espongono i tessuti sottostanti a sbalzi termici in caso di assunzione di cibi ebevande molto freddi o molto caldi;

conducibilità elettrica – bassa; quindi questi materiali non sono soggetti a corrosioneelettrochimica;

durezza – elevata, a volte eccessiva. Garantisce una elevata resistenza alla abrasione,ma può creare problemi legati alla accentuata usura di denti antagonisti se naturali o inmateriali più teneri;

proprietà ottiche – possono essere trasparenti, traslucidi, opachi e queste caratteristichesono facilmente modificabili. È possibile realizzare manufatti eccellenti dal punto divista estetico;

proprietà chimiche – le ceramiche sono sostanze inerti, ciò è un vantaggio perchéhanno una ottima durata nel tempo e presentano una buona biocompatibilità;

costo – i materiali ceramici sono materiali relativamente costosi;

proprietà meccaniche – hanno una ottima resistenza a compressione, ma scarsatrazione e flessione. Queste proprietà sono le caratteristiche che riducono la possibilitàdi realizzare manufatti in ceramica integrale. E’ possibile, però, superare questi limitiabbinandola a materiali più resistenti, come nella metallo-ceramica.

2 Usi odontotecnici dei materiali ceramici – le porcellane possono essere impiegate per larealizzazione dei seguenti manufatti:

• intarsi• faccette• corone totali e ponti• denti e ponti in metallo – ceramica• denti artificiali.

Esse entrano anche a far parte dei seguenti materiali:• rivestimenti refrattari• compositi (come rinforzanti)

3 Le porcellane comuni

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Le porcellane comuni sono il materiale da cui si sono ricavate, con opportune modifiche,le prime porcellane dentali. Le materie prime fondamentali delle porcellane comuni sonotre:

feldspato – è il componente che abbassa la temperatura di fusione dell’intera massa,esso dopo cottura si trasforma in una matrice vetrosa87 che ingloba gli altricomponenti. I feldspati più usati sono silico-alluminati di sodio88 o di potassio89 chedurante la cottura liberano ossido di sodio o di potassio, che agiscono da fondenti90.

silice – agisce da smagrante, impedisce il collasso dell’oggetto durante la cottura. Nelprodotto finito è presente sotto forma di cristalli dispersi nella matrice vetrosa e dà adessa resistenza.

caolino91 – è il costituente principale delle porcellane ordinarie. Esso fornisceplasticità (plasticity) al materiale da lavorare prima della cottura. Durante la cottura ilcaolino si trasforma chimicamente, dando origine a cristalli di mullite, che nelprodotto finale risulteranno inglobati, insieme ai cristalli di silice, nella matrice vetrosaoriginata dai feldspati. I cristalli di mullite impartiscono alla porcellana comune la suacaratteristica opacità, pertanto nelle porcellane dentali il caolino deve essere presentein quantità molto ridotta, inferiore al 4%.

componente porcellane comuni porcellane dentali

caolino (agglomerante) 50% 0 % (< 4%)

silice (smagrante) 20 – 25 % 25 %

feldspato (fondente) 25 – 30 % 65 %

Oltre ai componenti fondamentali si utilizzano altri materiali allo scopo di modificare, inmodo opportuno, le caratteristiche delle porcellane. Tra questi, particolare importanzaassumono i modificatori del reticolo vetroso.

Modificatori del reticolo vetroso (fondenti):

I modificatori del reticolo vetroso sono costituiti da ossidi che modificano la strutturadella matrice vetrosa o provocano la formazione di cristalli al suo interno, modificandonele proprietà92. I principali sono

ossido di sodio (Na2O)

ossido di potassio (K2O)

Questi ossidi:

abbassano l’intervallo di rammollimento (agiscono cioè da fondenti)

87I vetri sono materiali che si trovano allo stato solido amorfo, hanno cioè un volume e una forma propri, ma una struttura microscopica non cristallina, disordinata, tipica dei liquidi. Per questo motivo i vetri sono considerati spesso come dei liquidi sotto-raffreddati.88Na2O·Al2O3·6SiO2 scritto più propriamente come Na[AlSi3O8] 89K2O·Al2O3·6SiO2 scritto più propriamente come K[AlSi3O8]90 «Nell’industria ceramica i fondenti vengono incorporati nella pasta al fine di abbassare la temperatura di formazione del liquido, nel corso del processo di cottura, il quale liquido, dopo raffreddamento, forma un vetro che cementa le particelle all’interno del manufatto. Grazie all’utilizzo dei fondenti si possono produrre articoli resistenti di terraglia o di porcellana, per trattamento termico a 1100 – 1300°C» Sersale – Materiali ceramici, CEA, p. 1491Il suo costituente principale è la caolinite; un silicato (fillosilicato) di alluminio di formula Al2Si2O5(OH)492I modificatori, in genere, interrompono la continuità della struttura vetrosa (costituita da silice) in cui sono inglobati

80


riducono la viscosità

aumentano il coefficiente di dilatazione termica (l’ossido di potassio ha uneffetto più pronunciato dell’ossido di sodio)

La presenza di questi ossidi migliora quindi la lavorabilità dei vetri, ma se la loroconcentrazione è troppo elevata, peggiora alcune caratteristiche importanti. In particolare:

diminuisce la stabilità chimica

diminuisce la resistenza all’acqua

4 Le porcellane feldspatiche dentali

4.1 Produzione

Le porcellane comuni, a causa della opacità impartita loro dalla mullite, non sono adatteall'impiego in campo dentale. Eliminando il caolino e limitando le materie primefondamentali a silice e feldspati, per cottura si ottiene una porcellana feldspatica, costituitada una matrice vetrosa, originata dalla fusione dei feldspati e da cristalli di silice in essainglobati. La porcellana feldspatica è traslucida e quindi molto più simile nell'aspetto aldente naturale.

Nella preparazione delle porcellane feldspatiche possono essere aggiunti degli additivi,con lo scopo principale di regolarne l'opacità e il colore. Come opacizzanti si usanosolitamente ossidi di titanio o zirconio, come coloranti ossidi dei metalli di transizione odei lantanidi. Questi ossidi sono inglobati nella matrice vetrosa in modo simile a quantoavviene per i cristalli di silice.

Le polveri usate dagli odontotecnici per le ricostruzioni in porcellana con la tecnica dellastratificazione non sono una semplice miscela delle materie prime (come feldspati, silice,fondenti, ecc.). Infatti, queste polveri hanno già subito una cottura, con le conseguentireazioni di trasformazione in porcellana.

Il produttore mischia le materie prime componenti, aggiunge gli ossidi metalliciaddizionali, li cuoce ottenendo una massa vetrosa non completamente fusa, che poiraffredda bruscamente in acqua, per ottenere la cosiddetta fritta. Quest'ultima, sminuzzatae macinata finemente, è il costituente fondamentale del prodotto in polvere utilizzato dagliodontotecnici.

Durante la cottura, per esempio, di una corona a giacca in porcellana realizzata perstratificazione, non avviene più alcuna reazione chimica; ciò che avviene è che le singoleparticelle si uniscono tra loro, mediante sinterizzazione, fino ad ottenere un solidocoerente.

L’industria produce anche porcellane feldspatiche in blocchetti, da lavorare per fresaggiocon tecnologia CAD/CAM. I manufatti ottenuti con questa tecnologia sono più resistenti,perché i blocchetti di porcellana forniti dall’industria sono meno porosi del manufattoottenuto dall’odontotecnico per stratificazione e successiva sinterizzazione delle polveri.

4.2 Impieghi dentali

Le porcellane feldspatiche sono costituite da feldspato, quarzo e quantità variabili difondenti per regolare la temperatura di fusione.

In base a quest’ultima le porcellane dentali feldspatiche vengono classificate in

81


porcellane feldspatiche ad alta temperatura di cottura (1288 – 1371°C) – sono leuniche a contenere piccole quantità di caolino, solitamente in percentuale nonsuperiore al 4%. Sono attualmente utilizzate per la produzione di denti finti per protesirimovibili parziali o totali.93

porcellane feldspatiche a media (1050 – 1200°C) e bassa temperatura di cottura(< 1050°C) – sono state impiegate in passato per la realizzazione di corone ed inlay,con la tecniche della stratificazione a partire da polveri. A causa della loro scarsaresistenza a trazione e flessione, per queste lavorazioni sono state soppiantate daporcellane più resistenti o da materiali alternativi (compositi). Sono invece uno deimateriali principali utilizzati per i rivestimenti estetici (masse opaco, dentina, smalto,…) delle altre ceramiche e del metallo, con un opportuno dosaggio dei materialifondenti, per rendere compatibile il loro coefficiente di dilatazione termico con quellodel materiale sottostante.

Di recente, sono stati messi a disposizione dell’odontotecnico blocchetti di porcellanafeldspatica da lavorare con tecnologia CAD/CAM, con cui è possibile realizzarecorone singole anteriori e posteriori.

Riepilogo manufatti realizzabili con porcellane feldspatiche

Tipi Classificazione usi Tipi lavorazione

Porcellane feldspatiche tradizionali

alta temperatura di fusione • denti preformati per dentiere

media/bassa temperatura difusione

• faccette• intarsi e corone

• stratificazione• CAD/CAM)

Pregi e limiti delle porcellane feldspatiche - Le porcellane feldspatiche sono state le primeporcellane dentali ad essere utilizzate per la ceramica integrale. I loro pregi sono:

• elevata biocompatibilità

• inalterabilità

• estetica

Mentre i difetti principali sono:

• una scarsa resistenza a trazione e a flessione94 (che ne limita o impedisce l’impiego perprotesi in ceramica integrale)

• una durezza maggiore dei denti naturali, che provoca una usura eccessiva degliantagonisti.

La scarsa resistenza meccanica di queste ceramiche è dovuta alla presenza della matricevetrosa, originata dalla fusione dei feldspati, e alla porosità dovuta al fatto che esse sono

93 «Solitamente, la scelta del tipo di denti artificiali da utilizzare si basa sulle preferenze dell’odontoiatra e del paziente, anche se in genere si tende a utilizzare i denti in resina nei casi in cui siano presenti modeste condizionidi sostegno da parte delle creste edentule, oppure vi sia uno spazio limitato per la sistemazione dei denti e quando i denti artificiali sono in antagonismo a denti naturali o a ricostruzioni estese in leghe nobili. I denti in ceramica, invece, sono più indicati per pazienti con protesi totali superiori ed inferiori, quando vi è un buon sostegno da parte delle creste edentule e quando lo spazio per la sistemazione dei denti risulta adeguato» Infodent 12/2007 p. 2394Ricordiamo che i materiali fragili hanno una resistenza a compressione nettamente superiore a quella a trazione. La differenza è dovuta al comportamento delle microcricche superficiali (fessure di Griffith), che nelle prove a trazione innescano precoci processi di frattura. Nelle prove a compressione queste imperfezioni superficiali non hanno alcun effetto sulle proprietà del materiale. Le fessure di Griffith – sottilissime fessure superficiali lunghe da 0,2 a 10 mm si comportano come punti di concentrazione delle tensioni e quindi come inviti a rottura (Simionato, II vol, p.729)

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ottenute per sinterizzazione e non per fusione completa delle materie prime. La porositàrende il materiale meno resistente e nella matrice vetrosa le fratture si propaganorapidamente portando alla rottura del manufatto. La fase cristallina, invece, ne migliora lecaratteristiche: i cristalli infatti sono in grado di ostacolare la propagazione di questefratture.

Bisogna tuttavia tener presente che la matrice vetrosa, causa della scadenti caratteristichemeccaniche, è la fase che impartisce al materiale la sua elevata caratteristica estetica.

Per superare i limiti di resistenza meccanica delle porcellane feldspatiche sono stateseguite tre vie principali:

• l’accoppiamento della ceramica ad un altro materiale in grado di resistere allesollecitazioni a trazione e flessione: è ciò che avviene nella metallo – ceramica.

• La creazione all’interno della matrice vetrosa di una fase cristallina fine e dispersa cheostacoli la propagazione delle fratture: è ciò che avviene nelle vetroceramiche.

• L’eliminazione della fase vetrosa con la realizzazione di ceramiche dotate di solastruttura policristallina: è ciò che avviene nelle ossido – ceramiche.

5 Classificazione delle moderne ceramiche dentali

Come abbiamo appena detto, la ricerca di materiali in grado di superare i limiti delleporcellane feldspatiche si è indirizzata lungo le seguenti tre direttrici principali:

vetroceramiche (ceramiche legabili con resina)

ossido – ceramiche (sistemi con nucleo rinforzato)

metallo – ceramiche

5.1 Le vetroceramiche (ceramiche legabili con resina)

Le vetroceramiche95 sono dei materiali che costituiscono il termine di passaggio dai vetriai prodotti ceramici. I vetri sono materiali inorganici ottenuti per fusione, cheraffreddandosi non cristallizzano a causa della elevata viscosità e della bassa velocità diformazione e accrescimento dei germi cristallini. Le vetroceramiche, analogamente aivetri, sono ottenute per fusione e solidificano in una massa vetrosa. Esse però sono deivetri instabili, in quanto contengono come additivi degli agenti nucleanti (metalli comeoro, argento, rame o sostanze come il biossido di titanio TiO2) che favoriscono laformazione e l’ingrossamento di numerosissimi cristalli ad alta resistenza (ad es: leucite odisilicato di litio) all’interno di un vetro, ricorrendo ad un adeguato ciclo termico (detto diceramizzazione96).

Di seguito si riporta il ciclo di produzione di una vetroceramica alla leucite.

95Vedi Sersale, I materiali ceramici ordinari e speciali. Casa Editrice Ambrosiana, 1975 – p.11296Il ciclo termico di ceramizzazione è per molti versi simile al ciclo termico di invecchiamento per precipitazione.

83


0 100 200 300 400 500 6000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Ottenimento vetro

Riscaldamento

Formazione germi

Riscaldamento

Accrescimento cristalli

Raffreddamento brusco

Tempo min

Te

mp

era

tura

°C

Nel primo stadio produttivo «la miscela delle masse viene fusa completamente tra 1300 e1500°C e successivamente raffreddata in acqua fredda. In tal modo la struttura amorfadella fusione viene congelata a temperatura ambiente.

Nel secondo stadio produttivo, viene iniziata la fase di trattamento termico a 1000°C, notacon il nome di tempra, in cui si forma un precipitato di piccoli cristalli (leucite). Se latemperatura ed il tempo sono esatti, si forma una grande quantità di piccoli cristalli dileucite nel 50% della massa. Il processo viene concluso con un ulteriore raffreddamento.Per la sua microstruttura, il composto così ottenuto viene chiamato vetro – ceramica»97,98

La differenza tra una vetroceramica e una ceramica tradizionale consiste essenzialmentenel fatto che la prima non viene ottenuta per sinterizzazione di specie cristalline conformazione di una matrice vetrosa, ma, al contrario, viene in un primo momento fusacome vetro e solo successivamente viene fatta cristallizzare parzialmente con un ciclotermico.

I manufatti in vetroceramica sono ultimati con un rivestimento estetico di porcellanafeldspatica compatibile, o con apposite vernicette colorate.

Le principali vetroceramiche per uso dentale sono la vetroceramica rinforzata con mica99

(la prima introdotta, ma ormai in disuso), la vetroceramica alla leucite e la vetroceramicaal disilicato di litio.

Vetroceramiche rinforzate con leucite

Le vetroceramiche più utilizzate sono quelle rinforzate con leucite100. Esse possono essereimpiegate:

97 Carmen – Aspetti di una nuova metalloceramica, p.5 http://www.dentaurum.de/files/989-732-50.pdf 98Il processo è analogo ai processi di invecchiamento, preceduti da tempra di solubilizzazione a cui vengono sottoposte alcune leghe.99Vetroceramiche rinforzate con mica: fluoromica tetrasilicica (KMg2.5Si4O10F2) - resistente chimicamente,con proprietà simili allo smalto dentario, trasparente ai raggi X, traslucida.

Con queste ceramiche si realizzano corone con il metodo della fusione a cera persa. Il manufatto è quindisottoposto ad un trattamento termico di ceramizzazione per provocare la formazione dei cristalli di micaall’interno della matrice vetrosa (prodotto commerciale: Dicor)

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http://www.dentaurum.de/files/989-732-50.pdf


con il metodo della stratificazione sul metallo (metallo – ceramica),

con il metodo della stratificazione su moncone refrattario per la realizzazionedi corone in ceramica integrale,

per la realizzazione di intarsi e corone con il metodo della iniezione a cerapersa (ceramica integrale),

tecnologia CAD/CAM101.

Queste vetro-ceramiche sono pre – ceramizzate (i cristalli di leucite sono già presenti nellingotto commerciale di ceramica) e non è necessario sottoporre il manufatto a ciclotermico a fine lavorazione. (Prodotto commerciale: Empress della Ivoclar).

Vetroceramiche al disilicato di litio e all’apatite.

Le vetroceramiche rinforzate con disilicato di litio (Li2Si2O5) hanno una resistenza atrazione e flessione superiori a quelle rinforzate con leucite. Questo ne consente l’utilizzo,non solo per intarsi e corone anteriori e posteriori, ma anche per la realizzazione di pontiin ceramica integrale. Il loro utilizzo è per iniezione a cera persa (analogamente allevetroceramiche rinforzate con leucite) oppure per fresaggio CAD/CAM di appositiblocchetti. – (Prodotto commerciale: Empress 2 della Ivoclar)

Poiché le vetroceramiche al disilicato di litio hanno un coefficiente di dilatazione termicodecisamente inferiore rispetto alle altre vetroceramiche, non è possibile utilizzare con essele porcellane feldspatiche per gli strati superficiali estetici. Sono state messe a puntoapposite masse compatibili a base di vetroceramiche con apatite, che danno risultatiestetici ancora superiori, perché le apatiti sono un costituente fondamentale dello smaltodei denti naturali.

Pregi e difetti delle porcellane per fusione rispetto alle porcellane feldspatiche

pregi:

maggiore resistenza meccanica (a causa della maggiore quantità e finezza dellafase cristallina);

migliore estetica (riflessione, opalescenza, traslucenza)102;

minore (assenza di) porosità (che migliora ulteriormente la resistenza el’estetica);

difetti:

non sono adatte per protesi fisse di grandi dimensioni: le vetroceramiche allaleucite si possono usare al massimo per corone singole e quelle al disilicato dilitio per ponti di soli tre elementi

Riepilogo manufatti realizzabili con vetroceramiche

Vetroceramiche leucite (Empress Ivoclar)

• corone singole • pressofusione• stratificazione• CAD/CAM

100 La leucite (KAlSi2O6)ha un coefficiente di dilatazione termico superiore a quello della restante fase vetrosa; è proprio la presenza dei cristalli di a rendere la dilatazione termica della porcellana compatibile con quella delle leghe nel caso di eventuale impiego in metallo – ceramica.101Infodent 1-2/2006 – CAD CAM per laboratori.102 La struttura micro – cristallina/amorfa della vetroceramica imita l’effetto che la luce naturale produce nell’attraversare i vari strati di cui sono costituiti i denti veri (riflessione /opalsescenza/traslucenza), il che si trasduce in una alta qualità estetica dei restauri in vetro – ceramica. [cfr Carmen, p.6]

85


Vetroceramiche disilicato litio (Empress 2 Ivoclar)

• corone singole• ponti (3)

• pressofusione• CAD/CAM

5.2 Ossido – ceramiche (sistemi con nucleo ceramico rinforzato)

La caratteristica fondamentale delle ossido – ceramiche è quella di avere una struttura poli –cristallina, priva di fase vetrosa, che le rende molto più resistenti alla propagazione dellefratture innescate da sollecitazioni a flessione e trazione. Per contro, l’assenza di questa fasele rende meno estetiche rispetto sia alle vetroceramiche, sia rispetto alle porcellanefeldspatiche dentali. Le prime ossido – ceramiche ad essere state introdotte in campo dentalesono state quelle infiltrate con vetro. Pur essendo ancora in commercio, hanno caratteristicheinferiori e impieghi ridotti rispetto alle più recenti ossido – ceramiche da post –sinterizzazione. Queste ultime, dal punto di vista chimico, possono essere di due tipologiedifferenti: a base di allumina pura o a base di zirconia stabilizzata con ittrio. La lavorazione èidentica per i due materiali e sarà descritta soltanto per i manufatti in allumina.

Sistemi con nucleo ceramico in allumina pura

L’allumina è chimicamente l’ossido dell’alluminio (triossido di bialluminio Al2O3), unmateriale bianco, di notevole durezza (secondo solo al diamante), utilizzato per questo motivonel rivestimento di utensili abrasivi e come polvere per sabbiature. Negli anni ’90 sono statimessi a punto metodi di lavorazione che hanno consentito la realizzazione di nuclei (sotto-strutture) in allumina pura a struttura compatta.

La prima fase si svolge nel tradizionale laboratorio odontotecnico. Essa consiste nellosviluppo del modello a partire dall’impronta e nella preparazione dei monconi. Il manufattocosì ottenuto viene scannerizzato (con uno scanner fornito dalla stessa ditta che producel’ossidoceramica) e acquisito in forma digitale.

Successivamente con una tecnica CAD, si utilizza il modello digitalizzato per la creazione diun modellato virtuale 3D (si usa il software come se si stesse usando la cera o un altromateriale).

La seconda fase consiste nella realizzazione del manufatto mediante tecnica CAM (le fresesono guidate dal computer e sagomano il blocchetto di ossidoceramica fino a ricavare unaforma identica a quella memorizzata nel file ottenuto nella fase CAD. L’ossido – ceramica delblocchetto è solo parzialmente sinterizzata, in modo da essere facilmente lavorabile con lefrese.

A questo punto l’allumina, pura al 99,5% viene sinterizzata a 1600 – 1700°C, raggiungendoun completo addensamento che le impartisce la massima resistenza e durezza.

Questa lavorazione può essere effettuata direttamente dall’odontotecnico, se nel suolaboratorio è presente la (costosa) attrezzatura per il fresaggio CAM e il forno per la post –sinterizzazione, oppure realizzato da un laboratorio specializzato a cui viene inviato il fileprogettato nella fase CAD. Il manufatto viene quindi rispedito al laboratorio odontotecnicoper essere completato con un rivestimento estetico di porcellana feldspatica o altra ceramicacompatibile.

Durante la fase di progettazione (CAD) bisogna tener conto della riduzione di volume chel’allumina subisce nella fase di post – sinterizzazione. Il manufatto deve essere della massimaprecisione in quanto, una volta ultimato non è possibile ritoccarlo.

Sistemi con nucleo ceramico in zirconia stabilizzata con ittrio

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Materiali analoghi (anzi ancor più resistenti) si ottengono sostituendo l’allumina (ossido dialluminio Al2O3) con zirconia (ossido di zirconio ZrO2) stabilizzata con ittrio.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 35000,15

0,16

0,17

0,18

0,19

0,2

0,21

0,22

fase alfa

fase beta

fase gamma

liquido

Temperatura °C

Vo

lum

e s

pe

cific

o c

m3

/g

Pregi e difetti delle ossido – ceramiche da post - sinterizzazione

pregi:

sono i materiali ceramici più resistenti a disposizione dell’odontotecnico;

hanno una eccellente estetica, inferiore solo alle vetroceramiche;

difetti:

non si conosce a sufficienza la stabilità nel tempo del materiale (si teme che lapermanenza per anni a contatto con la saliva possa deteriorane la struttura ecomprometterne le caratteristiche meccaniche).

Riepilogo manufatti realizzabili con ossido-ceramiche da post - sinterizzazione

Nucleo allumina pura (InCeram AL; Procera) • ponti anteriori (3)• ponti posteriori(3)

Nucleo zirconia (InCeram YZ103; Procera) • ponti anteriori (4)• ponti posteriori(4)

5.3 Le ceramiche per metallo - ceramica

Le porcellane per metallo – ceramica devono avere una dilatazione termica compatibile(leggermente inferiore) con la lega che funge da supporto.

porcellane feldspatiche per metallo – ceramica a bassa temperatura di cottura.

Le porcellane feldspatiche per metallo – ceramica si ottengono per cottura di in unamiscela di feldspato potassico, feldspato sodico e quarzo (componenti anche delle

103http://vident.com/products/cadcam/vita-in-ceram-yz/

87

http://vident.com/products/cadcam/vita-in-ceram-yz/


porcellane feldspatiche tradizionali) addizionata di quantità appropriate di ossido dipotassio per incrementarne la dilatazione termica (la dilatazione termica della porcellanaaumenta all’aumentare della % di ossido di potassio presente)104.

La porcellana ottenuta sarà costituita da una matrice vetrosa, originata dalla fusione deifeldspati, che ingloba cristalli di silice e cristalli di leucite. Questi ultimi si formano perreazione degli ossidi di potassio con i feldspati. La leucite ha un elevato coefficiente didilatazione termica, caratteristica che viene impartita alla porcellana nel suo complesso.

Le masse di porcellana vengono ottenuto per polverizzazione di una fritta105 composta damassa vetrosa non completamente fusa.106

I prodotti commerciali sono un insieme di molte “masse”, fino ad otto. Le principali(sempre presenti) sono:

• opaco (per mascherare la struttura metallica o il moncone sottostanti)

• dentina

• smalto

A questi si aggiunge una ceramica vetrina (glaze) per la finitura superficiale.

vetroceramiche rinforzate con leucite.

Le vetroceramiche rinforzate con leucite, grazie alla presenza di quest'ultima, hanno uncoefficiente di dilatazione termica compatibile con quella delle leghe e può essereimpiegata, sotto forma di polvere, per la realizzazione di manufatti in metallo – ceramica.

6 Fornitura commerciale dei materiali ceramici

I materiali ceramici per protesi dentarie sono commerciate nelle seguenti forniture:

• polveri (per stratificazione e successiva cottura di sinterizzazione)

• lingotti (per colata/iniezione a cera persa)

• blocchetti (per molatura a freddo con pantografi o tecnologia CAD/CAM)

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104 «Grazie all’impiego di rilevanti quantità di carbonato di sodio e di carbonato di potassio come fondenti, queste ceramiche contengono quantità alquanto elevate di ossido di potassio e di ossido di sodio, che fungono damodificatori del reticolo vetroso e abbassano la loro temperatura di cottura. Inoltre, soprattutto grazie al contenuto alquanto elevato di ossido di potassio, queste ceramiche presentano un coefficiente di dilatazione termica relativamente elevato, e tale da risultare compatibile con quello delle leghe appositamente prodotte per essere ricoperte con ceramica. Ciò è dovuto al fatto che in questi materiali ceramici sono presenti piccolissimi cristalli di leucite aventi dimensioni di 2 – 3 mm, disseminati in una matrice vetrosa. […] la leucite è metasilicatodi alluminio e potassio ed essa presenta un coefficiente di dilatazione termica alquanto elevato.»[F.Simionato, Scienza dei materiali dentali, Piccin 1996, p. 795.]105 Sulle fritte, vedi il paragrafo Fabbricazione delle vernici, alla voce Ceramiche in Enciclopedia della Chimica, USES, p. 237106 Opuscolo Carmen, p. 5

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Le leghe per metallo - ceramica

1 Le leghe per metallo - ceramica

La metallo – ceramica è una delle tecniche messe a punto per superare i limiti delleporcellane feldspatiche dentali e consentire la realizzazioni di protesi estese, come i ponti.Il punto più debole e quindi la causa più probabile di fallimento di un restauro in metallo –ceramica, per quanto riguarda la resistenza dei materiali, è costituito dalla possibile rotturadel legame tra il metallo e la ceramica. Su questo aspetto incidono, sia la differenza dicoefficiente di dilatazione termica dei due materiali, sia il legame (chimico) tra gli stessi.

Non tutte le leghe sono adatte alla metallo – ceramica. Ad esempio, non lo sono le legheauree tradizionali, tipo 3 e tipo 4, con cui si realizzano protesi fisse in metallo integrale emetallo – resina, in quanto

hanno un intervallo di fusione troppo basso, inferiore alla temperatura di cottura dellamaggior parte delle ceramiche usate per il rivestimento estetico;

hanno un coefficiente di dilatazione termico incompatibile, molto maggiore delleceramiche;

non sono in grado stabilire un legame chimico con la ceramica.

Quindi le leghe, per poter essere impiegate in metallo – ceramica, devono avere deiparticolari requisiti, i principali sono:

Coefficiente di dilatazione termica – il coefficiente di dilatazione termica della legadeve essere compatibile con quella della porcellana. La soluzione migliore è quella diavere una lega con coefficiente di dilatazione termica leggermente superiore a quelladella porcellana. A cottura ultimata questo provocherà una compressione sullaporcellana, rendendola più resistente agli sforzi a flessione e trazione. La lega risulteràinvece soggetta ad una sollecitazione a trazione (tipo di sollecitazione ben sopportatadai metalli).

Formazione di uno strato sottile e coerente di ossido solubile nella porcellana. – leleghe devono contenere metalli, anche in piccola percentuale (affinanti), cheprovochino la formazione di questo ossido. Lo strato ossido consente la formazione diun legame chimico tra gli atomi del metallo della lega e quelli del silicio dellaporcellana. Questo legame è il legame principale che tiene unito il metallo allaporcellana; ad esso si aggiunge il legame fisico di adesione, favorito da irregolaritàdella superficie metallica, ottenuta con la sabbiatura.

Intervallo di fusione – la temperatura di fusione della lega deve essere superiore allatemperatura di cottura della porcellana a cui dovrà essere accoppiata. Questo perevitare deformazioni della struttura metallica dovuta a possibile fusione della stessa.

Resistenza allo scorrimento viscoso – la lega deve essere sottoposta a più cottureinsieme agli strati successivi di porcellana. Le temperature elevate esaltano ilfenomeno dello scorrimento viscoso e, qualora la lega non sia sufficientementeresistente a questo tipo di sollecitazione, si può avere una deformazione della strutturametallica, fino a comprometterne la funzionalità. La presenza di tensioni residue difusione accentua la possibilità del fenomeno, di conseguenza è quasi sempre indicatoun trattamento termico di distensione, prima della pulitura meccanica e dallaapplicazione della porcellana.64

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Elevata rigidità – un elevato valore del modulo di elasticità fa sì che le deformazionidovute a sollecitazioni nel campo elastico siano di entità trascurabile. In casocontrario, la lega non potrà essere usata per ponti di grande estensione.

Biocompatibilità

Resistenza alla corrosione

2 Principali componenti delle leghe nobili per metallo - ceramica

Oro. – l’oro è uno dei metalli più utilizzati in odontotecnica per la sua notevoleinerzia, in particolare la sua elevata resistenza alla corrosione in bocca. Tra i suoi pregiricordiamo anche: la lavorabilità (duttilità (ductility) e malleabilità), la colabilità, labiocompatibilità. Tra i difetti c’è la scarsa resistenza meccanica, la scarsa durezza, ladensità elevata e il suo costo notevole. Per migliorarne le caratteristiche lo si lega conaltri metalli, i principali dei quali sono riportati di seguito.

Platino – pregi: migliora la resistenza meccanica della lega senza comprometterne laresistenza alla corrosione. Aumenta l'intervallo di fusione e abbassa il coefficiente didilatazione termico, (e sono questi i motivi per i quali è presente come alleganteprincipale delle prime leghe impiegate in metallo – ceramica). Difetti: è moltocostoso, molto denso, poco resistente allo scorrimento viscoso alle alte temperature.

Palladio,107 è il meno nobile, ma anche il meno costoso, dei metalli del gruppo delplatino. – pregi: migliora la resistenza meccanica della lega senza comprometterne laresistenza alla corrosione; contrasta la formazione di solfuri neri sull'argento; è il piùeconomico dei metalli nobili (noble metals). Abbassa il coefficiente di dilatazionetermico ed innalza l'intervallo di fusione (ed è questo che è stato introdotto comeallegante principale, in sostituzione parziale o totale del platino, o come metallo basenelle leghe per metallo – ceramica). Difetti: può dar luogo a rugosità e porosità dovutia liberazione di idrogeno gassoso, molto solubile nel palladio liquido, durante ilprocesso di solidificazione. Nonostante sia un metallo nobile, contrariamente a quantopensabile in un primo momento, pare sia in grado di dare allergie anche gravi,paragonabili se non superiori a quelle da nichel, in una piccola percentuale di pazienti.L’estensione dell’allergia non è nota, in quanto per questo metallo non si procede aitest di sensibilizzazione analoghi a quelli effettuati per il nichel. In ogni caso èsconsigliato l'uso di leghe contenenti palladio in pazienti di cui è nota l'allergia per ilnichel.

Argento – pregi: migliora la resistenza meccanica della lega (aumentano la durezza, larigidità e la resistenza a trazione). Ne migliora la colabilità abbassando l’intervallo difusione, neutralizza il colore rossiccio dovuto alla presenza di rame nella lega. Difetti:è abbastanza reattivo, in particolare in bocca reagisce con lo zolfo presente in molticibi, con formazione di solfuro d’argento nero (questa reazione è impedita dallapresenza di concentrazioni anche piccole di palladio); abbassa la resistenza acorrosione; può dar luogo a rugosità e porosità dovuti a liberazione di ossigenogassoso, molto solubile nell’argento liquido, durante il processo di solidificazione.

Stagno, Indio, Gallio, e simili – sono metalli non nobili aggiunti in concentrazioniadatte a formare uno strato sottile e controllato di ossido, avente lo scopo di legarechimicamente la ceramica.

Iridio e Rutenio – sono metalli nobili (noble metals) alto – fondenti, poco solubilinegli altri metalli nobili. Sono utilizzati come agenti nucleanti (grain refiners) nelle

107 Paolo Battaini Comportamento in colaggio a cera persa delle leghe orafe a base di palladio http://www.8853.it/StoreImgs/battaini.pdf

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leghe nobili. Il rutenio è usato anche come allegante delle leghe non – nobili a base dicobalto, per migliorarne la lavorabilità.

3 Le leghe di maggior impiego per metallo - ceramica

Le leghe nobili per metallo - ceramica

a) Leghe Oro – Platino – (Palladio) – Sono le leghe impiegate da maggior tempo eper questo motivo, loro caratteristiche sono solitamente prese come riferimentoper discutere quelle delle altre leghe nobili e non nobili, per metallo – ceramica.

L’allegante principale è il platino che, insieme alle eventuali piccole percentuali dipalladio, aumenta la temperatura di fusione e diminuisce il coefficiente didilatazione termica, rendendoli compatibili con quelli delle porcellane. Sonopresenti metalli non nobili, quali indio, gallio, ferro, … con la funzione di creareuno strato sottile e controllato di ossido, in grado di legare chimicamente laceramica. Sono sempre inoltre presenti piccole quantità (inferiori all’1%) di iridioe o rutenio come agenti nucleanti, per favorire la formazione di una granacristallina fine, che consente una maggiore precisione della fusione e unamaggiore resistenza alle temperature (basse) di impiego della protesi.

Pregi:

• elevata biocompatibilità;• elevata resistenza alla corrosione;

• ottimo legame con la ceramica• buona fusibilità

• buone caratteristiche meccaniche. Tuttavia la rigidità (modulo di Young) non èmolto elevata e non consente la realizzazione di ponti estesi (superiori a 3 – 4elementi);

• buona saldabilità

Difetti:

• scarsa resistenza allo scorrimento viscoso (rischio di deformazioni durante ilriscaldamento per la cottura della porcellana);

• non adatta per ponti estesi (bassa rigidità)

• costo elevato;• densità elevata

I difetti elencati sono dovuti principalmente alla presenza del platino. Per questomotivo sono state successivamente introdotte leghe non contenenti, o contenenti inminima quantità, questo metallo.

b) Leghe Oro – Palladio – Argento

Queste leghe sono state messe a punto per eliminare i principali difetti dovuti allapresenza del platino, in particolare il costo molto elevato.Si utilizza il palladio come allegante principale: esso, infatti, analogamente alplatino, aumenta l'intervallo di fusione al di sopra della temperatura di cottura delleceramiche e abbassa il coefficiente di dilatazione termico, rendendolo compatibilecon le ceramiche del rivestimento estetico.

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L'argento ha la funzione di migliorare la colabilità e di contribuire alla regolazionedel coefficiente di dilatazione termico.Anche in queste leghe sono presenti metalli non nobili in grado di formare lo stratodi ossido per legare la ceramica e agenti nucleanti (iridio e rutenio).

Le leghe oro – palladio – argento, rispetto alle leghe oro – platino, presentano iseguenti pregi e difetti

Pregi:

• minore densità;• minore costo;

• maggiore rigidità (E), sono quindi più idonee per ponti estesi;• migliori proprietà meccaniche (limite elastico, resistenza a trazione, durezza);

• migliore resistenza allo scorrimento viscoso;

Difetti:

• possibile colorazione verdastra ai margini di chiusura (dovuta alla colorazioneimpartita dall’argento alla ceramica;

• possibile formazione di porosità – rugosità, dovuto alla elevata solubilità di gasallo stato liquido in palladio (gas idrogeno) e in argento (gas ossigeno),rilasciati in fase di solidificazione108;

• possibile assorbimento di carbonio dal crogiolo in grafite con formazione dicarburi duri e fragili di palladio (per questo motivo, in genere si ricorre aicrogioli in porcellana)

• sconsigliato l'uso di leghe contenenti palladio in pazienti di cui è nota l'allergiaper il nichel

c) Leghe Palladio – Argento – Sono leghe completamente prive di oro, sostituito dalpalladio. Questo ne fa le leghe più economiche, con le seguenti caratteristicheprincipali.

Anche in queste leghe sono presenti metalli non nobili in grado di formare lostrato di ossido per legare la ceramica e agenti nucleanti (iridio e rutenio).

Pregi:

• densità bassa (la più bassa tra le leghe nobili);• costo minore (sono le più economiche tra le leghe nobili);

• buone caratteristiche meccaniche, mediamente non inferiori a quelle delle altreleghe nobili. Il modulo di elasticità è il più elevato, quindi sono le più indicatetra quelle nobili per ponti estesi;

Difetti (presentano in massimo grado i difetti caratteristici di palladio e argento):

• possibile colorazione verdastra ai margini di chiusura (dovuta alla colorazioneimpartita dall’argento alla ceramica;

108 Per ovviare a questo inconveniente si utilizzano fonditrici elettroniche sottovuoto.

93


• possibile formazione di porosità – rugosità, dovuto alla elevata solubilità di gasallo stato liquido in palladio (gas idrogeno) e in argento (gas ossigeno),rilasciati in fase di solidificazione109;



d) Leghe Oro – Palladio – Sono state introdotte successivamente alle leghe palladio– argento, nonostante il costo maggiore, per eliminare i problemi dovuti allapresenza dell'argento. Sono probabilmente le migliori leghe nobili per metallo –ceramica attualmente disponibili. Le caratteristiche generali sono superiori aquelle delle leghe Oro – Platino. Inoltre non presentano gli inconvenienti dovutialla presenza dell’argento. Rispetto alle leghe precedenti hanno

Pregi:

• sono probabilmente le migliori leghe disponibili per metallo – ceramica;• densità non eccessiva;

• rigidità (E) elevata, quindi idonee per ponti estesi;• buone proprietà meccaniche (limite elastico, resistenza a trazione, durezza);

• buona resistenza allo scorrimento viscoso;

Difetti :

• costo elevato, ma inferiore alle Oro - Platino;

• possibile formazione di porosità – rugosità, dovuto alla elevata solubilità di gasallo stato liquido in palladio (gas idrogeno), rilasciati in fase disolidificazione110;



4 Le leghe non nobili per metallo - ceramica

Le leghe non nobili per protesi fissa,

Principali leghe non nobili per metallo - ceramica

Leghe nichel – cromosenza carbonio

con berillio111

senza berillio

Leghe cobalto – cromosenza carbonio

109 Per ovviare a questo inconveniente si utilizzano fonditrici elettroniche sottovuoto.110 Per ovviare a questo inconveniente si utilizzano fonditrici elettroniche sottovuoto.111Il berillio abbassa l'intervallo di fusione della lega, migliorando la colabilità; riduce l'ossidazione, garantendo un sottofondo più chiaro per la ceramica e migliorando il legame tra metallo e ceramica. Tuttavia esso è tossico (cancerogeno riconosciuto) e richiede precauzioni e attenzioni per evitane l'inalazione sotto forma di fumi o di polveri nelle varie fasi di lavorazione (fusione/rifinitura); in particolare sono indispensabili impianti di aspirazione e metodi di protezione individuale (maschere).

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i cui costituenti sono stati discussi nel capitolo sulle leghe non nobili da colata,possono essere utilizzate per la metallo – ceramica.

Esse infatti:

• presentano un intervallo di fusione elevato, di gran lunga superiore alla temperatura dicottura della ceramica estetica;

• hanno un coefficiente di dilatazione termica compatibile con la ceramica;

• formano uno stato di ossido, dovuto al cromo e agli altri componenti aggiunti alloscopo di passivare la lega;

• hanno una rigidità molto elevata, quindi sono adatte per ponti estesi;

• hanno una elevata resistenza allo scorrimento viscoso.

In origine, le leghe non nobili maggiormente utilizzate furono le leghe nichel – cromo,grazie alla loro migliore lavorabilità. Tuttavia, il diffondersi dell'allergia al nichel nellapopolazione ha portato alla loro progressiva sostituzione con le leghe cobalto – cromo,prive di nichel, per diminuire i rischi di incompatibilità legati alla presenza di questometallo.

Le leghe al nichel – cromo, rispetto alle analoghe leghe al cobalto cromo:

o sono più facili da colare (hanno un intervallo di fusione più basso);

o sono più facili da rifinire (sono meno dure)

o hanno una biocompatibilità inferiore, dovuta alla presenza del nichel;

o sono equivalenti per tutte le altre caratteristiche.

Rispetto alle leghe nobili per metallo – ceramica, le leghe non nobili (sia quelle a basedi nichel, sia quelle a base di cobalto) presentano le seguenti caratteristiche.

Pregi:

• minore densità;• costo minore;

• migliori caratteristiche meccaniche: le resistenze a trazione, flessione ecompressione sono all’incirca doppie;

• maggiore rigidità: il modulo di elasticità è circa doppio, sono quindiparticolarmente indicate per ponti estesi;

• sono molto resistenti allo scorrimento viscoso (sono delle superleghe,realizzate originariamente negli anni sessanta per resistere alle altetemperature, alle quali diventa rilevante lo scorrimento viscoso)

Difetti

• sono meno biocompatibili (in particolare quelle contenenti nichel);

• hanno una aderenza chimica più scarsa con la porcellana, a causa dellospessore eccessivo dello stato di ossido superficiale;

• sono più difficili da colare, per l’elevato intervallo di fusione;

• non si possono usare con crogioli contenenti grafite (formazione di carburi dicromo fragili), al pari di quelle nobili contenenti palladio;

Il berillio può provocare sia una intossicazione acuta (polmonite chimica), sia una intossicazione cronica (berilliosi: reazione infiammatoria delle vie respiratorie, stanchezza, difficoltà respiratoria; cancro al polmone)

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• estetica inferiore.

5 Passi di lavorazione delle protesi in metallo – ceramica

5.1 Costruzione della sotto-struttura metallica:

• impronta in elastomero con doppio formulato

• realizzazione del modello in gesso tipo IV

• realizzazione del modellato in cera da intarsi (o resina acrilica per modellazione)

• messa in rivestimento del modellato con rivestimento a legante fosfatico (regolazionedell’espansione intermedia per leghe nobili, massima per leghe non nobili)

• fusione e colata della lega

• recupero della fusione e trattamento termico di distensione

• rifinitura della fusione

• eventuale ciclo termico di ossidazione (per le leghe non nobili potrebbe essere nonrichiesta)

5.2 Realizzazione del rivestimento estetico in ceramica:

• applicazione della ceramica stratificazione delle diverse masse (opaco,dentina,smalto), con cottura di sinterizzazione

• rifinitura, con eventuale applicazione di vetrina (glaze)

Caratteristiche delle strutture in metallo – ceramica

La metallo – ceramica nel suo complesso presenta le seguenti caratteristiche.

Pregi:

• elevata resistenza meccanica (superiore a quella delle ceramiche integrali).

• Affidabilità – è la più collaudata ed affidabile per durata

• possibilità di realizzazione di ponti estesi: fino a poco tempo fa, primadell'introduzione dell'ultima generazione di ossido – ceramiche a base dizirconia stabilizzata con ittrio, era l'unica a consentire la realizzazione di ponticon più di quattro elementi.

Difetti:

• estetica buona ma non eccellente, inferiore alla ceramica integrale – la presenzadella struttura di supporto metallica all'interno della protesi ne limita l'estetica,in quanto la luce non è in grado di attraversarla, a differenza di quanto avvienenel dente naturale;

• possibile allergia ai componenti della lega (biocompatibilità inferiore allaceramica integrale)

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https://www.haikudeck.com/p/Ot7eNmRs6S/fusione-cera-persa


Compositi e metallo – resina

1. Ricopertura estetica in resina (composito) di un ponte metallico

I polimeri, grazie alle loro proprietà ottiche, che consentono di imitare in modo eccellentel'aspetto del dente naturale e grazie al basso costo, hanno rappresentato l'alternativaeconomica alle ceramiche per il rivestimento estetico delle protesi fisse con strutturametallica.

Le prime resine impiegate a questo scopo furono le resine acriliche. Tuttavia essemostrarono presto i loro limiti, che consistono in:

• decolorazione

• insufficiente resistenza all'abrasione

• rigonfiamento per assorbimento di acqua

• formazione di fessure all'interfaccia metallo – resina, dovuta al legame esclusivamentemeccanico realizzato con apposite ritenzioni.

Furono cercate alternative, per semplificare la lavorazione ed ottenere risultati piùsoddisfacenti.

Miglioramenti modesti furono ottenuti passando alle resine acriliche modificate, ma solocon la messa a punto delle resine composite di Bowen, la situazione migliorònotevolmente.

Nella tabella seguente sono riportate le caratteristiche dei tipi di resina impiegati per ilrivestimento estetico di corone e ponti metallici. I diversi materiali, come appena detto,sono disposti di ordine progressivo di messa a punto e utilizzazione in campoodontotecnico.

Tiporesina

Lavorazione Polimerizzazione Adesione Resistenzausura

Estetica Costo

acrilica compressione -muffola

termica meccanica scarsa sufficiente basso

acrilicamodificata

modellazione diretta(stratificazione)

termicaluminosa

meccanica/chimica

sufficiente soddisfacente basso

composito/Bowen

modellazione diretta luminosa chimica buona buona basso

Tabella 6: Resine estetiche per corone e ponti

2. I compositi

Le resine composite sono un tipo particolare di materiale composito112, ottenutoaccoppiando un materiale plastico ad un materiale ceramico, introdotto in campoodontotecnico con lo scopo principale di sostituire le resine acriliche come materiali diricopertura estetica.

Le resine composite sono costituite da tre componenti fondamentali:

• matrice organica (polimero)

112Abbiamo visto che esistono tre categorie fondamentali di materiali: plastici, ceramici e metallici. I compositi sonomateriali ibridi, ottenuti accoppiando materiali appartenenti a categorie fondamentali diverse.

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• agente legante, composto bifunzionale in grado di legare chimicamente polimero eceramica

• riempitivo inorganico (materiale ceramico)

2.1. La matrice organica

La matrice organica è costituita dal polimero. Il monomero più utilizzato è il monomero diBowen, ottenuto per reazione tra il bisfenolo A ed un derivato del metacrilato.Contrariamente alle resine acriliche come il PMMA, il monomero di Bowenpolimerizzando dà origine ad una struttura tridimensionale (reticolata). Il monomero diBowen e gli altri impiegabili nelle resine composite, sono foto – indurenti o, piùraramente, auto – indurenti.

2.2. L’agente legante

L’agente legante è costituito da un silano, un composto organico del silicio, il cui scopo èquello di far aderire perfettamente il polimero della matrice organica al materialeriempitivo inorganico. In caso contrario il composito si deteriorerebbe rapidamente econsentirebbe infiltrazioni di acqua nelle microfessure tra matrice e riempitivo. Il silano èin grado di legarsi al materiale inorganico, attraverso gli atomi di silicio e ossigeno e almateriale organico attraverso catene organiche contenti doppi legami che consentono illegame con la matrice organica nella fase di polimerizzazione.

2.3. Il riempitivo inorganico (filler)

Il riempitivo è costituito da materiale inorganico, solitamente quarzo, materiale ceramico,altri tipi di vetri, silice colloidale, ecc.

L'aggiunta del riempitivo modifica le caratteristiche della resina, in particolare:

• aumenta la resistenza meccanica

• aumenta la rigidità (modulo di Young)

• migliora la resistenza all'usura

• riduce il coefficiente di dilatazione termico

• riduce la contrazione da polimerizzazione

• migliora l'aspetto estetico.

Il miglioramento delle caratteristiche dipendono principalmente dalla percentuale di filleraggiunto alla resina e dalla finezza (granulometria) delle sue particelle.

Infatti, maggiore è la percentuale di filler, migliori sono la resistenza meccanica, laresistenza all'usura, l'aumento di rigidità e la riduzione della contrazione dapolimerizzazione.

Nel seguente grafico si nota che la durezza del composito, in cui è presente l’agentelegante, aumenta all’aumentare della percentuale del filler ma non in modo lineare, infattidal 20% al 30% tende ad aumentare notevolmente, l’accrescimento è minimo dal 30% al50% e riprende in maniera accentuata dal 50% in poi.

Invece, per quanto riguarda il materiale privo di agente legante, l’aumento della durezza èmolto inferiore.

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La finezza delle particelle influenza invece l'estetica: i compositi con filler di agranulometria molto fine sono, infatti, più facili da lucidare.

I compositi attualmente impiegati sono di due tipi, che differiscono per le dimensioni delfiller:

• microibridi - con particelle di differenti dimensioni (granulometria mista), masempre al disotto di 1 μmm

• nanoriempiti - con particelle di dimensioni ancora più piccole (nanometriche), agranulometria mista, in parte raccolte in complessi prepolimerizzati e reintrodottinella massa.

2.4. Usi principali dei compositi

Il vasto impiego delle resine sintetiche è dovuto principalmente alle seguenticaratteristiche:

• facilità di lavorazione

• ottimo aspetto estetico

• stabilità chimica

• caratteristiche meccaniche non elevate, ma soddisfacenti per numerosi impieghi.

I principali campi di impiego dei compositi sono:

metallo – resina: rivestimento parziale/completo di:

o ponti

o corone

composito integrale per

o intarsi

20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 700

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

HV

Percentuale filler V%

Du

rezz

a V

icke

rs H

V

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o onlays

o faccette

o corone (anteriori e posteriori)

rivestimento di protesi combinate rimovibili

sovrastrutture di protesi su impianti

3. Passi di lavorazione di una struttura in metallo – resina (adesione chimica diretta)

Sono stati messi a punto dalle case produttrici di materiali dentali diverse tecniche diapplicazione del composito alla struttura metallica, che hanno come scopo la formazionedi un forte legame chimico tra lega e rivestimento estetico.

Ne discuteremo solo uno, quello a legame chimico diretto tra composito e metallo, che sista affermando per la sua semplicità di esecuzione.

I suoi passi di lavorazione sono i seguenti:

Realizzazione e finitura della struttura in lega metallica

• Impronta in elastomero con formulato doppio;

• realizzazione del modello in gesso tipo 4;

• modellazione con cera da intarsi (o resina acrilica da modellazione);

• messa in rivestimento con materiale a legante fosfatico (o gessoso);

• fusione;

• recupero della fusione e finitura;

• sabbiatura (con polvere di allumina) della superficie da ricoprire con la resina;

Applicazione del composito

• applicazione del link, che ha lo scopo di creare un legame chimico diretto con lasuperficie metallica;

• applicazione dell'opaco e sua fotopolimerizzazione: durante questa fase si legachimicamente alla parte organica della molecola del link polimerizzando insieme ad esso;

• applicazione della dentina e sua fotopolimerizzazione;

• caratterizzazione con l'impiego di opportune masse colorate;

• applicazione dello smalto e fotopolimerizzazione;

• lucidatura.

4. Confronto tra metallo – resina e metallo - ceramica

• La lavorazione è simile: entrambe i materiali si applicano sulla struttura metallica perstratificazione (modellazione diretta) di diverse masse (principalmente opaco, dentinae smalto) al fine di simulare meglio l’aspetto del dente naturale. Tuttavia, mentre ognistrato di composito viene polimerizzato in una apposita fotopolimerizzatrice, ognistrato di ceramica viene sinterizzato per cottura in un apposito forno (forno perceramica). L’apparecchiatura richiesta per il composito è notevolmente più economicae la sua lavorazione ha il pregio di non scaldare la struttura metallica, rendendo inutile

100


la sua ricottura di distensione, senza correre alcun rischio di deformazione per effettodelle eventuali tensioni interne.

• L’adesione è chimica in entrambe i casi e non ci sono differenze di rilievo nei risultatiottenuti.

• La resistenza all’usura della ceramica è maggiore, quindi può essere usata perrivestire integralmente la struttura metallica. I composito si deteriora più rapidamenteper sfregamento, ha una durata inferiore e per questo motivo spesso si preferisceimpiegarlo per il solo rivestimento della faccia vestibolare. Tuttavia, il rivestimento incomposito, proprio per la sua minore durezza, viene talvolta preferito in presenza diantagonisti naturali, in quanto ne provoca una minore usura.

• L’estetica è buona in entrambe i casi, ma la ceramica garantisce risultati piùsoddisfacenti e, soprattutto, più duraturi nel tempo, grazie alla sua maggioreinalterabilità e resistenza all’usura. Bisogna comunque ricordare che l’esteticaassicurata da entrambe i materiali non è mai paragonabile a quella della ceramicaintegrale, a causa della presenza della struttura metallica, che impedisce di simulareappieno l’aspetto traslucente del dente naturale.

• Il costo di applicazione del composito è inferiore. Esso, inoltre, è solitamente abbinatoad una lega non nobile cobalto – cromo.

• Eventuali riparazioni. La riparazione per ripristinare lo strato estetico eventualmentedanneggiato è molto problematica nel caso della ceramica. La ricottura in forno puòportare al distacco per esplosione del vecchio strato di materiale. Invece, la riparazionedello strato di composito non presenta particolari problemi.

• Giudizio conclusivo: la metallo – resina presenta, rispetto alla metallo – ceramica, iseguenti tre vantaggi:

• facilità di lavorazione

• economicità

• facilità di lavori di restauro.

Approfondimento

Classificazione e caratteristiche dei compositi in base alle dimensioni del filler

I compositi sono solitamente classificati113 in base alla dimensione delle particelle e, diconseguenza, alla percentuale di riempitivo presente, in:

113 http://www.heraeus-venus.com/media/downloads/it/Venus_StepbyStepGuide_4_Fotopolimerizzazione.pdf

101

http://www.heraeus-venus.com/media/downloads/it/Venus_StepbyStepGuide_4_Fotopolimerizzazione.pdf


Nome Dimensione particelle Caratteristiche

Macroriempiti olte 1 μmm sono difficili da lucidare, esteticamente poveri, convalori di resistenza meccanica molto elevati

Microriempiti 0,02 – 0,07 μmm sono facili da lucidare, esteticamente molto validi, ma privi di valori di resistenza meccanica

Ibridi con micro e macro particelle raccoglievano una parte delle caratteristiche delle due categorie precedenti, ma diventano difficili da lavorare (molto appiccicosi)

Microibridi con particelle di differenti dimensioni, masempre al disotto di 1 μmm

da più di 10 anni considerati il miglior compromesso, offrono oggi un’estetica ottimale in ogni punto del cavo orale grazie anche ai buoni valori di resistenza meccanica

Nanoriempiti con particelle di dimensioni nanometriche in parte raccolte in complessi prepolimerizzati e reintrodotti nella massa.

promettono una miglior maneggevolezza, un’ottima estetica, ottime caratteristiche fisiche, una riduzione di contrazione da polimerizzazione

Oltre alla percentuale di riempitivo, il cui aumento come abbiamo visto migliora leproprietà meccaniche, le caratteristiche del composito dipendono dalle dimensioni digranuli del materiale inorganico. Una maggiore finezza è desiderabile in quanto siottengono prodotti esteticamente migliori, in quanto facilmente lucidabili. Tuttavia, conprodotti molto fini non è possibile ottenere elevate percentuali di riempitivo nel composito(a parità di massa, un materiale più finemente suddiviso, dà luogo ad una maggiorpercentuale di vuoto, che nel composito è occupato dalla matrice).

Bibliografia

Infodent 11/2006, Compositi da laboratorio

Infodent 1-2/2008, Compositi da studio



http://www.iss.it/binary/publ/cont/06-2.1143710212.pdf


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http://ww.unina2.it/odontoinformatica/Studenti/aa%20doctorchris/Doctor%28cure%20composito%29.htm

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<

102

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Schede di esercizi 3a

3_Scheda_2.1 – La materia e i materiali

3_Scheda_2.2 – Le proprietà dei materiali

3_Scheda_2.3 – Le p roprietà dei materiali – Conducibilità elettrica e corrosione

3_Scheda_3.1 – I miscugli e le sostanze

3_Scheda_4.1 – Le cere

3_Scheda_4.2 – Elaborato sulle cere dentali

3_Scheda_5.1 – I materiali da impronta

3_Scheda_5.2 – I materiali da impronta 2

3_Scheda_5.3 – Elaborato sui materiali da impronta

3_Scheda_6.1 – I materiali per lo sviluppo dell'impronta

3_Scheda_7.1 – I metalli e le leghe

3_Scheda_8.1 – Scheda riepilogo questionari

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CLASSE 3̂ Odo- SCHEDA ESERCIZI N° 2_1

La materia e i materiali

1. Che cosa si intende per materia?

2. Che cosa sono gli oggetti?

3. Che cosa si intende per massa?

4. Qual è l’unità di misura fondamentale della massa? Qual è il suo strumento di misura?

5. Che cosa si intende per volume?

6. Qual è l’unità di misura fondamentale del volume?

7. In che modo può essere misurato il volume di un solido regolare?

8. In che modo può essere misurato il volume di un solido irregolare?

9. In che modo può essere misurato il volume di un liquido?

10. In che modo può essere misurato il volume di un solido?

11. Che differenza esiste tra strumenti di misura tarati e strumenti di misura graduati?

12. Che cosa sono la sensibilità e la portata di uno strumento di misura?

13. Che cosa si intende per sistema?

14. Che cosa sono le grandezze intensive?

15. Qual è l’importanza delle grandezze intensive nello studio dei sistemi?

16. Che cosa si intende per fase?

17. Scrivi una definizione di sistema eterogeneo.

18. Scrivi una definizione di sistema omogeneo.

19. Che cos’è un materiale?

20. Quali sono le proprietà utilizzabili per caratterizzare e distinguere i diversi materiali?

21. Quali sono gli stati di aggregazione della materia?

22. Come si chiamano i passaggi tra i diversi stati di aggregazione della materia?

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CLASSE 3a Odo - SCHEDA ESERCIZI N° 2_2

Proprietà dei materiali

1. Quali sono le caratteristiche fondamentali della materia?

2. Scrivi le definizioni di: sistema, fase, sistema eterogeneo e sistema omogeneo.

3. Che cosa sono le caratteristiche intensive? Elenca tre grandezze fisiche intensive.

4. Che cosa sono la sensibilità e la portata di uno strumento di misura?

5. Discuti le possibili cause di errore nella misura delle dimensioni di un cilindrettometallico, mediante l’uso del calibro.

6. Scrivi la definizione a parole e in formule di densità (density) e discuti l’importanza diquesta caratteristica per i materiali dentali.

7. Quali materiali presentano una temperatura di fusione (melting point) costante? Quali unintervallo di fusione? Quali un intervallo di rammollimento?

8. Che cosa si intende per intervallo di fusione? E per intervallo di rammollimento?

9. Spiega l’importanza in campo dentale delle seguenti caratteristiche: conducibilità termica,conducibilità elettrica, proprietà ottiche, duttilità e malleabilità.

10. Che cosa si intende per reattività di una sostanza o di un materiale?

11. Quali sono le caratteristiche organolettiche? Qual è la loro importanza in campo dentale?

12. Che cosa si intende per tossicità acuta e per tossicità a lungo termine di un materiale?

13. Che cosa si intende per nocività di un materiale? Qual è il simbolo di pericolo che indicala nocività?

14. Scrivi la definizione di biocompatibilità.

15. Scrivi la definizione di durezza.

16. In che modo viene determinata la durezza Vickers di un materiale?

17. Che cosa si intende per coefficiente di dilatazione termico lineare?

18. Che cosa si intende per deformazione elastica (elastic strain)?

19. Che cosa si intende per deformazione plastica (plastic strain)?

20. Scrivi la definizione di elasticità.

21. Scrivi la definizione di rigidità.

22. Scrivi la definizione di plasticità (plasticity). Qual è la sua relazione con la duttilità e lamalleabilità?

23. Scrivi la definizione di fragilità.

24. Scrivi la definizione di resilienza (resilience).

25. Quali sono le tre categorie principali in cui possono essere suddivisi i materiali? Qualisono le principali caratteristiche di ognuna di esse? <

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CLASSE 3̂ Odo - SCHEDA ESERCIZI N° 2_3

Proprietà dei materiali – Conducibilità elettrica e corrosione

1. Che cos’è una corrente elettrica?

2. Che cos’è un buon conduttore di elettricità?

3. Quali caratteristiche deve avere un materiale, per essere un buon conduttore elettrico?

4. Quali sono i conduttori di prima specie?

5. Qual è la struttura microscopica dei conduttori di prima specie? Quali sono le particelleresponsabili della elevata conducibilità elettrica?

6. Quali sono i conduttori di seconda specie? Qual è la loro struttura microscopica?

7. Perché il sale da cucina solido (NaCl), pur essendo formato da particelle cariche (ioni Na+

e Cl- ) non è un conduttore elettrico?

8. Che cosa succede, al livello microscopico, quando un sale come NaCl viene sciolto inacqua?

9. A che cosa è dovuta la conducibilità elettrica delle acque da tavola? Hanno tutte la stessaconducibilità? Perché?

10. In che cosa consiste, al livello microscopico, l’ossidazione di un metallo?

11. Come si chiama il processo opposto alla ossidazione? In che cosa consiste?

12. Che cosa indica il potenziale di riduzione di un metallo?

13. Tra due metalli di diverso potenziale di riduzione, quale ha maggiore tendenza acorrodersi?

14. Che cosa succede se si immerge una lamina di rame in una soluzione contenete un sale diargento (ad esempio: AgNO3)?

15. Che cosa succede se si immerge una lamina di zinco in una soluzione di un sale di rame(ad esempio: CuSO4)?

16. Che cosa succede se si immerge una lamina di argento in una soluzione di un sale dirame? (Rispondete dopo aver consultato la tabelle dei potenziali standard di riduzione).

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Miscugli e sostanze

1. Prepara a casa alcuni miscugli, mescolando di volta in volta acqua con: zucchero, sale, caffè inpolvere, vino, sabbia, olio. Prepara miscugli analoghi sostituendo l’acqua con olio. È possibileseparare nuovamente i miscugli ottenuti? Se si, come?

2. Classifica i miscugli ottenuti nel punto precedente in due gruppi in base alla caratteristica cheritieni più importante.

3. Che cos’è un miscuglio? Quali sono i due concetti principali in base a cui può essere definito?

4. Elenca almeno 5 caratteristiche fisiche o chimiche, importanti per la caratterizzazione deicampioni e la loro classificazione in omogenei ed eterogenei.

5. Scrivi la definizione di campione omogeneo e di campione eterogeneo.

6. Individua in casa tua 5 campioni eterogenei e 5 campioni omogenei. Motiva la tua classificazione.

7. Scrivi la definizione di soluzione e quella di sostanza.

8. Spiega brevemente l’importanza per la chimica del concetto di sostanza.

9. Individua in casa tua 5 soluzioni e 5 sostanze pure. Motiva la tua classificazione.

10. Esiste un solo tipo di vino bianco o vari tipi, diversi per sapore, odore, colore,…? In base a questaconsiderazione, il vino bianco è una sostanza o una soluzione?

11. Che cosa sono le leghe? E le caratteristiche metalliche?

12. Quale, tra le seguenti operazioni, è la più indicata per eliminare il deposito (feccia) che si formanel vino?a) Distillazioneb) Centrifugazionec) Filtrazioned) Uso dell'imbuto separatore

13. Quale, tra le seguenti operazioni, è la più indicata per separare la panna dal latte?a) Distillazioneb) Centrifugazionec) Filtrazioned) Uso dell'imbuto separatore

14. In che modo si ottengono l’ossigeno e l’azoto puri?

15. Che cosa succede se si fa bollire a lungo una soluzione di acqua salata? Durante l'ebollizione lecaratteristiche (temperatura di ebollizione, sapore, …) della soluzione rimanente cambiano orestano le stesse?

16. Conosci altre tecniche di purificazione, oltre alla distillazione?

17. Sulla diversità di quale grandezza fisica delle sostanze, si basa la separazione per distillazione?

18. Quali regolarità, riscontrate negli eventi e/o negli oggetti, hanno portato, rispettivamente. allaformazione dei concetti di miscuglio eterogeneo, miscuglio omogeneo e sostanza?

19. Costruisci una mappa concettuale su Miscugli e sostanze

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Le cere

3. Che cosa sono le cere?

4. Scrivi le definizioni di deformazione elastica (elastic strain) e deformazione plastica(plastic strain).

5. Scrivi la classificazione delle cere in base alla loro origine. Indica, per ogni tipo, le cerepiù utilizzate.

6. Da che cosa sono costituite le cere dentali?

7. Che tipo di struttura possono avere le cere dentali?

8. Che cos’è la paraffina? Qual è il suo impiego in campo dentale?

9. Che cos’è la cera d’api? Qual è il suo impiego in campo dentale?

10. Che cos’è la cera carnauba? Qual è il suo impiego in campo dentale?

11. Che cos’è la cera candelilla? Qual è il suo impiego in campo dentale?

12. Che cos’è la ceresina? Qual è il suo impiego in campo dentale?

13. Che cos’è la cera montana? Qual è il suo impiego in campo dentale?

14. Scrivi la classificazione delle cere dentali in base al tipo di impiego.

15. Che cosa sono e a che categoria di impiego appartengono, le cere preformate da fusione?

16. Che cosa sono e a quale categoria di impiego appartengono le cere collanti?

17. Che differenza c’è tra cera per modellazione invernale e cera per modellazione estiva?Qual è la caratteristica fondamentale che le differenzia?

18. Quale caratteristica fondamentale devono avere le cere per fusione?

19. Che cos’è il coefficiente di dilatazione termica lineare?

20. Che cosa si intende per resistenza allo scorrimento viscoso di un materiale?

21. Come si determina lo scorrimento viscoso di una cera?

22. Una cera dentale viene sottoposta a 50°C alla prova per la determinazione della resistenzaallo scorrimento viscoso. Il cilindretto, ha una altezza iniziale 6,00 mm che si riduce a5,15 mm al termine della stessa. Di quanto si è accorciato il cilindretto (accorciamento)?Di quale frazione si è accorciato? Qual è stato il suo accorciamento percentuale?

23. Quanti tipi di cera sono presenti nel laboratorio di odontotecnica? A quale categoria diimpiego appartiene ciascuna di esse?

24. Scrivi una mappa concettuale avente come argomento le Cere dentali.

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Scrivi un elaborato sulle cere dentali

1. Definizione di cere. La termoplasticità. (1)__

2. Classificazione e discussione delle cere in base alla loro origine (3)__

3. Cere dentali: definizione. (1)__

4. Classificazione e discussione delle cere dentali in base al loro impiego. (3)__

5. Principali caratteristiche delle cere dentali: intervallo di rammollimento, residuo al riscaldamento, resistenza allo scorrimento viscoso. (3)__

6. Valutazione di insieme. (2)__

Pt ___/13 Voto ___

Scrivi un elaborato sulle cere dentali

1. Definizione di cere. La termoplasticità. (1)__

2. Classificazione e discussione delle cere in base alla loro origine (3)__

3. Cere dentali: definizione. (1)__

4. Classificazione e discussione delle cere dentali in base al loro impiego. (3)__

5. Principali caratteristiche delle cere dentali: intervallo di rammollimento, residuo al riscaldamento, resistenza allo scorrimento viscoso. (3)__


Pt ___/13 Voto ___

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3̂ Odo- SCHEDA ESERCIZI N° 5_1

I materiali da impronta

1. Che cosa sono i materiali da impronta?

2. Che cosa si intende per modello? Come si ottiene?

3. Quali sono le caratteristiche principali che deve avere un buon materiale da impronta?(elencane 10)

4. In quante e quali categorie sono classificati i materiali da impronta?

5. A quale categoria appartengono i materiali da impronta maggiormente utilizzati?

6. Che cosa si intende per materiale da impronta reversibile? Quali sono i principalimateriali da impronta reversibili?

7. Che cosa si intende per materiale da impronta irreversibile? Quali sono i principalimateriali da impronta irreversibili?

8. Che cosa si intende per materiale da impronta mucostatico? Quali sono i principalimateriali da impronta mucostatici?

9. Che cosa si intende per materiale da impronta mucocompressivo? Quali sono i principalimateriali da impronta mucocompressivi?

10. Che cosa si intende per materiale da impronta rigido? Quali sono i principali materiali daimpronta rigidi?

11. Che cosa si intende per materiale da impronta plastico? Quali sono i principali materialida impronta plastici?

12. Che cosa si intende per materiale da impronta elastico? Quali sono i principali materialida impronta elastici?

13. Qual è la differenza principale di impiego tra materiali da impronta elastici e non elastici?

14. Quali sono i materiali da impronta attualmente più usati?

15. Quali sono i componenti presenti nei materiali da impronta a base di alginati? Quale è lafunzione di ognuno di essi?

16. Quale trasformazione è alla base del passaggio di un alginato dalla fase SOL a quellaGEL? Nel caso degli alginati, questa trasformazione è reversibile o irreversibile?

17. Per quali tipi di impronta si usano solitamente gli alginati? Per quali tipi si preferisce,invece, l’impiego di materiali alternativi?

18. In che modo si ottiene il passaggio da SOL a GEL degli agar – agar?

19. Perché gli agar, pur essendo più precisi, sono meno usati degli alginati?

20. Qual è attualmente l'impiego principale degli agar?

21. Realizza una mappa concettuale sui materiali da impronta.

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I materiali da impronta 2

7. Che cosa si intende per polimero?

8. Che cosa si intende per polimerizzazione?

9. Quanti tipi di polimerizzazione conosci? In che cosa si differenziano? Che influenzahanno sulla stabilità in volume?

10. Quali sono i principali elastomeri utilizzati come materiali da impronta? Con qualereazione di polimerizzazione si ottengono?

11. Che cosa si intende per deformazione elastica?

12. Che cosa si intende per recupero elastico di un materiale da impronta?

13. Che cosa si intende per resistenza allo scorrimento viscoso di un materiale?

14. Quali tra i formulati in cui sono suddivisi gli elastomeri è il più resistente allo scorrimentoviscoso?

15. Che relazione esiste tra i concetti di fluidità, viscosità e resistenza allo scorrimentoviscoso?

16. Che cosa si intende per idrofilia di un materiale da impronta? L’idrofilia è un pregio o undifetto per un materiale da impronta? Quali sono i materiali da impronta idrofili e qualinon lo sono?

17. Quali sono i pregi e i difetti dei polisolfuri? In quanti e quali formulati sono disponibili?

18. Quali sono i principali pregi e difetti dei polieteri? In quanti e quali formulati sonodisponibili?

19. Quali sono i principali pregi e difetti dei polivinilsilossani? In quanti e quali formulatisono disponibili?

20. In che cosa consiste la tecnica della singola impronta con formulato singolo? Qualiformulati sono più indicati per questa metodica?

21. In che cosa consiste la tecnica della singola impronta con formulato doppio? Qualiformulati sono più indicati per questa metodica?

22. In che cosa consiste la tecnica della doppia impronta con formulato doppio? Qualiformulati sono più indicati per questa metodica?

23. Per quali tipi di impronta gli elastomeri sono solitamente preferiti agli alginati? Perché?

24. Qual è lo scopo della disinfezione delle impronte?

25. Quali sono i materiali impiegati per la duplicazione delle impronte?

26. Che cosa si intende per impronta?

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Scrivi un elaborato sui materiali da impronta

1. Definizioni di impronta, modello e materiali da impronta. (1)__

2. Elenco e discussione delle caratteristiche ottimali dei materiali da impronta. (3)__

3. Caratteristiche di reversibilità/irreversibilità, mucostaticità/mucocompressività. (1)__

4. Classificazione e impieghi attuali dei materiali da impronta. (3)__

5. Gli idrocolloidi: generalità. (1)__

6. Caratteristiche e impieghi degli idrocolloidi da impronta (alginati, agar). (3)__

7. Elastomeri. Polimeri, tipi di polimerizzazione e stabilità in volume. (1)__

8. Formulati commerciali degli elastomeri loro impiego secondo le diverse tecniche diimpronta. (2)__

9. Caratteristiche e impieghi degli elastomeri da impronta (polisolfuri, siliconi da addizione, polieteri). (3)__


Pt ___/20 Voto ___


1. Definizioni di impronta, modello e materiali da impronta. (1)__

2. Elenco e discussione delle caratteristiche ottimali dei materiali da impronta. (3)__

3. Caratteristiche di reversibilità/irreversibilità, mucostaticità/mucocompressività. (1)__

4. Classificazione e impieghi attuali dei materiali da impronta. (3)__

5. Gli idrocolloidi: generalità. (1)__

6. Caratteristiche e impieghi degli idrocolloidi da impronta (alginati, agar). (3)__

7. Elastomeri. Polimeri, tipi di polimerizzazione e stabilità in volume. (1)__

8. Formulati commerciali degli elastomeri loro impiego secondo le diverse tecniche diimpronta. (2)__

9. Caratteristiche e impieghi degli elastomeri da impronta (polisolfuri, siliconi da addizione, polieteri). (3)__


Pt ___/20 Voto ___

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I materiali per lo sviluppo dell’impronta

1. Che cosa si intende per impronta?

2. Che cosa sono i materiali per lo sviluppo dell’impronta?

3. Scrivi la classificazione dei materiali per lo sviluppo dell’impronta.

4. Quali sono i materiali per lo sviluppo dell’impronta maggiormente utilizzati?

5. Quali sono i principali tipi di gesso che conosci? Quali di questi gessi hanno proprietàidrauliche?

6. Quali sono i tipi di gesso utilizzati come materiali dentali? In che modo sono ottenutidall’industria?

7. Descrivi i processi di cottura attraverso cui si ottengono i principali tipi di gesso a partiredalla pietra di gesso. Precisa per ogni tipo di gesso la sua composizione chimica.

8. Scrivi la classificazione ISO dei tipi di gesso dentali.

9. Scrivi l’utilizzo dei quattro tipi di gesso dentali.

10. Descrivi brevemente il processo di presa e di indurimento del gesso semi-idrato.

11. Che cosa si intende per tempo iniziale di presa?

12. Che cosa si intende per tempo finale di presa?

13. Qual è l’importanza del tempo di presa per i gessi da impronta e per i gessi per lo sviluppodell’impronta?

14. Quali sono i tempi di presa per i gessi da impronta e per lo sviluppo dell’impronta,stabiliti dalle norme ISO?

15. Descrivi brevemente il metodo di Vicat per la determinazione del tempo di presa.

16. Che cosa si intende per resistenza alla compressione a umido di un gesso?

17. Che cosa si intende per resistenza alla compressione a secco di un gesso?

18. Quali vantaggi comporta la miscelazione meccanica sottovuoto del gesso, rispetto allamiscelazione manuale?

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Scrivi un elaborato sui materiali per lo sviluppo dell’impronta

1. Definizioni di impronta, modello e materiali per lo sviluppo dell’impronta. (1)__

2. Classificazione dei materiali per lo sviluppo dell’impronta. (2)__

3. Produzione dei gessi dentali: materie prime e condizioni di ottenimento dei diversi tipi digesso semi-idrato. (3)__

4. Importanza dell’acqua di impasto sulla resistenza a compressione dei gessi. (1)__

5. Classificazione e impieghi dei gessi dentali. (2)__

6. Tempo di presa: importanza e misura. (1)__


Pt ___/12 Voto ___


1. Definizioni di impronta, modello e materiali per lo sviluppo dell’impronta. (1)__

2. Classificazione dei materiali per lo sviluppo dell’impronta. (2)__

3. Produzione dei gessi dentali: materie prime e condizioni di ottenimento dei diversi tipi digesso semi-idrato. (3)__

4. Importanza dell’acqua di impasto sulla resistenza a compressione dei gessi. (1)__

5. Classificazione e impieghi dei gessi dentali. (2)__

6. Tempo di presa: importanza e misura. (1)__


Pt ___/12 Voto ___

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CLASSE 3̂ ODO - SCHEDA ESERCIZI N° 7_1

I metalli e le leghe

1) Quali sono le principali caratteristiche metalliche? Elencale indicando per ognuna di essel'importanza in campo dentale.

2) Che cosa si intende per plasticità (plasticity)? Qual è la sua relazione con la duttilità(ductility) e la malleabilità?

3) Discuti, in base alla sua struttura microscopica, il fenomeno della dilatazione termica di unmetallo.

4) Gli atomi di un metallo sono più grandi quando esso si trova allo stato solido, allo statoliquido o allo stato gassoso?

5) Descrivi che cosa succede a livello di struttura microscopica durante i passaggi di stato diun metallo.

6) Che cosa si intende per metallo nobile? Quali sono i principali metalli nobili (noblemetals)? Qual è il metallo nobile più utilizzato in odontotecnica?

7) Descrivi brevemente il fenomeno della passivazione dei metalli. Quali sono i principalimetalli in cui si verifica?

8) Qual è l’influenza della velocità di solidificazione sulla grana cristallina di un metallo?

9) Che cosa sono le leghe? Che cosa si intende per metallo base?

10) In che cosa possono differenziarsi le leghe dai rispettivi metalli base?

11) Che cosa si intende per lega binaria? E per lega bifasica? Quali leghe sono soluzionisolide?

12) In che modo è possibile ottenere una lega?

13) Che cos’è la sinterizzazione?

14) Che cosa si intende per CAD? E per CAM?

15) Descrivi brevemente la realizzazione di un manufatto mediante laser-sinterizzazione.

16) Descrivete i principali impieghi dei metalli e delle leghe in campo odontotecnico.

17) Quale importanza ha la temperatura di fusione di un metallo (o l’intervallo di fusione diuna lega) per l’impiego in campo odontotecnico?

18) Che cosa sono gli agenti nucleanti? Qual è la loro funzione nella lega?

19) Che cosa si intende per biocompatibilità di un materiale. Quali metalli possono essereproblematici per questo aspetto? Quale metallo dà invece attualmente le migliorigaranzie?

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Riepilogo questionari

1) Quali sono le caratteristiche fondamentali della materia?

2) Quali materiali presentano una temperatura costante di fusione?

3) Spiega la differenza tra tossicità e nocività di un materiale e indica qual è il rispettivo simbolo che lirappresenta.

4) Scrivi la definizione di fragilità.

5) Che cos'è la biocompatibilità?

6) Calcola la massa di 0,274 m3 di palladio (metallo nobile usato in leghe per protesi dentali), sapendo chela sua densità è 12000 kg/m3 .

7) Che cosa sono le caratteristiche intensive?

8) Che cosa si intende per sensibilità e per portata di uno strumento?

9) Che cos’è la malleabilità? E la duttilità?

10) Calcola il volume di 252 kg di cromo (metallo usato in leghe non nobili per protesi dentali), sapendoche la sua densità è 7140 kg/m3 .

11) Scrivi le definizioni di sistema, fase, sistema omogeneo e sistema eterogeneo.

12) Che cosa si intende per sensibilità di uno strumento?

13) Che cosa si intende per intervallo di fusione?

14) Elenca le caratteristiche organolettiche e indica la loro importanza per un materiale dentale.

15) Che cosa si intende per deformazione plastica? E per deformazione elastica?

16) Scrivi la definizione di durezza.

17) Che cosa sono le cere?

18) Scrivi la classificazione delle cere dentali, in base al tipo di impiego.

19) Che cosa si intende per materiale da impronta irreversibile?

20) In che modo si ottiene il passaggio da SOL a GEL degli agar?

21) Quali caratteristiche deve avere un materiale, per essere un buon conduttore elettrico?

22) Tra due metalli di diverso potenziale di riduzione, quale ha maggiore tendenza a corrodersi?

23) Che cosa sono i materiali per lo sviluppo dell’impronta?

24) Scrivi la definizione di resilienza.

25) Che cosa sono le cere dentali?

26) Scrivi la classificazione delle cere in base alla loro origine. Indica, per ogni tipo, le cere principali.

27) Che cosa si intende per materiale da impronta mucocompressivo? E per materiale mucostatico?

28) Perché gli agar, pur essendo più precisi, sono meno usati degli alginati?

29) Che cosa è una corrente elettrica?

30) In che cosa consiste, al livello microscopico, l’ossidazione di un metallo? Come si chiama il processoopposto?

31) Scrivi la classificazione dei materiali per lo sviluppo dell’impronta.

32) Spiega da quale materia prima e in che modo sono ottenuti, rispettivamente, il gessoemidrato β, il gesso emidrato α e il gesso emidrato α modificato.

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4_Scheda 1.1 – I metalli e le leghe

4_Scheda 1.2 – Leghe: struttura microscopica e trattamenti termici

4_Scheda 1.3 – Corrosione ferro

4_Scheda 1.4 – Elaborato leghe dentali

4-Scheda 1.5 – Pausa didattica: materiali metallici e materiali da rivestimento

4 Scheda 2.1 – I materiali da rivestimento

4_Scheda 2.2 – Elaborato sui materiali da rivestimento

4_Scheda 3.1 – Leghe nobili

4_Scheda 4.1 – Leghe non nobili

4_Scheda 4.2 – Elaborato sull e leghe nobili e non nobili da colata

4_Scheda 5.1 – Titanio

4_Scheda 6 .1 – Riepilogo questionari

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4a ODO - SCHEDA ESERCIZI N° 1_1

I metalli e le leghe

1) Quali sono le principali caratteristiche metalliche? Elencale, indicando per ognuna di essel'importanza in campo dentale.

2) Che cosa si intende per plasticità (plasticity)? Qual è la sua relazione con la duttilità(ductility) e la malleabilità?

3) Che cos’è il legame chimico? E il legame metallico?

4) Disegna schematicamente un cristallo di un metallo con due elettroni di valenza. (Es: Ca,Zn, Cu)

5) Discuti, in base alla sua struttura microscopica, il fenomeno della dilatazione termica di unmetallo.

6) Gli atomi di un metallo sono più grandi quando esso si trova allo stato solido, allo statoliquido o allo stato gassoso?

7) Descrivi che cosa succede a livello di struttura microscopica durante i passaggi di stato diun metallo.


9) Descrivi brevemente il fenomeno della passivazione dei metalli. Quali sono i principalimetalli in cui si verifica?

10) Qual è l’influenza della velocità di solidificazione sulla grana cristallina di un metallo?11) Che cosa sono le leghe? Che cosa si intende per metallo base?

12) In che cosa possono differenziarsi le leghe dai rispettivi metalli base?13) Descrivete i principali impieghi dei metalli e delle leghe in campo odontotecnico.

14) Quale importanza ha la temperatura di fusione di un metallo (o l’intervallo di fusione diuna lega) per l’impiego in campo odontotecnico?

15) Il Vitallium (composizione: Cobalto 64%, Cromo 30%, Molibdeno 5%) è una legaappartenente alla classe delle stelliti.

a) Si tratta di una lega nobile o non nobile? Perché? b) Quali caratteristiche sono impartite alla lega dalla presenza del 30% di cromo?

Perché?

c) Descrivete i possibili impieghi in campo dentale di queste leghe, specificandonepregi e difetti, in particolare rispetto alle leghe a base di oro.


17) Scrivi la classificazione delle leghe:• in base al numero dei componenti;

• in base al numero delle fasi;• in base alla struttura microscopica.

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Leghe: struttura microscopica e trattamenti termici

1) Disegna la struttura a grani

a) di una lega monofasica

b) di una lega bifasica.

2) Che cosa sono le soluzioni solide di sostituzione? Disegna la struttura a livello atomico diuna soluzione solida di sostituzione.

3) Che cosa sono le soluzioni solide interstiziali? Disegna la struttura a livello atomico di unasoluzione solida interstiziale.

4) Qual è l’importanza della grana cristallina sulle caratteristiche di una lega?

5) Che cosa sono gli agenti nucleanti (grain refiners)? Qual è il loro effetto sulla struttura esulle caratteristiche della lega?

6) Quali sono i principali agenti nucleanti (grain refiners) utilizzati per le leghe nobili? E perle leghe non nobili?

7) Qual è l’effetto della presenza di iridio e rutenio nelle leghe auree da colata?

8) Che cosa si intende per segregazione?

9) Come si può eliminare o quantomeno ridurre la segregazione di una lega?

10) Scrivi le definizioni di trattamento termico e di ciclo termico.

11) In che cosa consiste e qual è lo scopo della ricottura di omogeneizzazione?

12) In che cosa consiste e qual è lo scopo della ricottura di distensione?

13) In che cosa consiste e qual è lo scopo della ricottura di ricristallizzazione?

14) Che cosa si intende per temperatura di ricristallizzazione di una lega?

15) Come può essere calcolata la quantità di lega da fondere per realizzare la parte metallicadi un modellato?

16) Alcune leghe tendono a solidificare in strutture porose e dalle superfici rugose: a che cosaè dovuto questo fenomeno? Come può essere eliminato o ridotto?

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Discussione esperienza corrosione del ferro

1) Nella esperienza sulla corrosione del ferro, qual è la funzione svolta dell’agar?

2) Che cos’è la fenolftaleina? A quale scopo è impiegata nella esperienza in esame?3) Qual è la funzione del ferrocianuro di potassio?

4) Che cosa indica l’eventuale sviluppo di una effervescenza?

5) Che cosa si osserva nella prova relativa alla coppia ferro/magnesio?

6) Che cosa si osserva nella prova relativa alla coppia ferro/zinco?

7) Che cosa si osserva nella prova relativa alla coppia ferro/argento?

8) Che cosa si osserva nella prova relativa alla coppia ferro/rame?

9) In quali casi il ferro risulta esente da corrosione? Qual è il motivo?

10) Sapreste prevedere che cosa succederebbe utilizzando un chiodo di ferro avvolto con un filo d’oro? Perché?

11) Quale caratteristica dei metalli è misurata dal loro potenziale di riduzione?

12) In che cosa consistono, a livello microscopico, i processi di ossidazione e di riduzione?

Discussione esperienza corrosione del ferro

1) Nella esperienza sulla corrosione del ferro, qual è la funzione svolta dell’agar?

2) Che cos’è la fenolftaleina? A quale scopo è impiegata nella esperienza in esame?3) Qual è la funzione del ferrocianuro di potassio?

4) Che cosa indica l’eventuale sviluppo di una effervescenza?

5) Che cosa si osserva nella prova relativa alla coppia ferro/magnesio?

6) Che cosa si osserva nella prova relativa alla coppia ferro/zinco?

7) Che cosa si osserva nella prova relativa alla coppia ferro/argento?

8) Che cosa si osserva nella prova relativa alla coppia ferro/rame?

9) In quali casi il ferro risulta esente da corrosione? Qual è il motivo?

10) Sapreste prevedere che cosa succederebbe utilizzando un chiodo di ferro avvolto con un filo d’oro? Perché?

11) Quale caratteristica dei metalli è misurata dal loro potenziale di riduzione?

12) In che cosa consistono, a livello microscopico, i processi di ossidazione e di riduzione?

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Scrivi un elaborato sulle leghe dentali

1) Metalli e caratteristiche metalliche. Importanza delle caratteristiche metalliche in campoodontotecnico. (2)__

2) Reattività dei metalli: nobiltà e passivazione (2)__

3) Leghe (definizione) e metodi di ottenimento (2)__

4) Struttura microscopica delle leghe: grana cristallina, leghe interstiziali e di sostituzione.(2)__

5) La diffusione allo stato solido. Trattamenti termici. (1)__

6) Ricottura di distensione, di omogeneizzazione e di ricristallizzazione. (2)__

7) Impieghi dei metalli e delle leghe in campo odontotecnico. (2)__

8) Valutazione d'insieme (2)__

Pt ___/15

Voto ___/10

Scrivi un elaborato sulle leghe dentali

1) Metalli e caratteristiche metalliche. Importanza delle caratteristiche metalliche in campoodontotecnico. (2)__

2) Reattività dei metalli: nobiltà e passivazione (2)__

3) Leghe (definizione) e metodi di ottenimento (2)__

4) Struttura microscopica delle leghe: grana cristallina, leghe interstiziali e di sostituzione.(2)__

5) La diffusione allo stato solido. Trattamenti termici. (1)__

6) Ricottura di distensione, di omogeneizzazione e di ricristallizzazione. (2)__

7) Impieghi dei metalli e delle leghe in campo odontotecnico. (2)__

8) Valutazione d'insieme (2)__

Pt ___/15

Voto ___/10

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Pausa didattica:

materiali metallici

1) Descrivete e discutete la classificazione dei metalli in base alla loro reattività.Elencate, per ogni categoria, i principali metalli impiegati in campo dentale.

2) Discutete la struttura microscopica dei metalli, ricorrendo anche al legamechimico.

3) Definite la biocompatibilità e discutetela brevemente in relazione ai materialimetallici.

4) Dite che cosa sono le leghe e descrivete brevemente i principali metodi diottenimento.

5) Discutete la struttura microscopica delle leghe e i fattori che la possonoinfluenzare.

6) Definite i trattamenti termici e descrivete quelli principali a cui possono esseresottoposte le leghe dentali.

7) Discutete gli impieghi dei materiali metallici in campo dentale.

8) Discutete le principali caratteristiche dei materiali metallici e scrivete un brevegiudizio riassuntivo di confronto con i materiali plastici e i materiali ceramici.

materiali da rivestimento

1) Elencate i componenti dei materiali da rivestimento. Per ognuno indicate qual è lafunzione e da quali sostanze è solitamente costituito.

2) Elencate i principali impieghi in campo dentale dei materiali da rivestimento.Discutete, in particolare, l’impiego per la realizzazione degli stampi, come fasedella lavorazione a cera persa.

3) Indicate i tipi di espansione. Dite da quali componenti dipende principalmente.Discutete la sua importanza per la precisione dei manufatti metallici, ottenuti conla tecnica della fusione a cera persa.

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I materiali da rivestimento

1) Quali sono i principali impieghi in campo odontotecnico dei materiali da rivestimento?

2) Che cosa si intende per messa in rivestimento del modellato?

3) Quali sono i componenti dei materiali da rivestimento? Qual è la loro funzione?

4) Quali sostanze refrattarie sono normalmente presenti in un materiale da rivestimento?

5) Quali sono i tipi di leganti usati nei materiali da rivestimento?

6) Elencate e discutete le principali caratteristiche che deve possedere un buon materiale darivestimento (circa mezza pagina A4).

7) Quali leghe sono colate solitamente in forme realizzate con refrattari a legante gessoso?

8) Per quale motivo un rivestimento a legante gessoso non può essere preriscaldato a untemperatura superiore ai 750°C?

9) Qual è il rivestimento usato solitamente per colare leghe per metallo – ceramica?

10) Qual è il rivestimento usato solitamente per colare leghe non nobili per scheletrati?

11) A quale temperatura massima può essere preriscaldato un rivestimento a legante fosfatico?A quale temperatura si preriscalda solitamente per la colata di leghe non nobili?

12) Da che cosa è costituito il liquido usato per la miscelazione del rivestimento a legantefosfatico?

13) A quale temperatura massima può essere preriscaldato un rivestimento a legante siliceo?

14) Che cosa si intende per espansione di un materiale refrattario? Quali sono i due tipi diespansione presentata dai materiali da rivestimento?

15) Descrivete brevemente l’importanza della espansione del materiale da rivestimento nelprocesso di colata di una lega.

16) Che cosa si intende per espansione di presa?

17) Che cosa si intende per espansione termica?

18) In che modo è possibile regolare l’entità dell’espansione di un materiale da rivestimento allegante fosfatico?

19) Elencate, descrivete e discutete brevemente le fasi della messa in rivestimento di unmodellato mediante un materiale da rivestimento a legante fosfatico

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Scrivi un elaborato sui materiali da rivestimento

1. Impieghi in campo odontotecnico. (2)__

2. Componenti e loro funzione. (2)__

3. Elenco caratteristiche ideali con loro discussione. (3)__

4. Classificazione in base al tipo di legante presente: caratteristiche e impieghi. (2)__

5. Materiali da rivestimento speciali per titanio e sue leghe. (1)__

6. Importanza dell'espansione. Tipi di espansione. Metodi di regolazione della espansione (2)__

7. Valutazione di insieme (2)__

Scrivi un elaborato sui materiali da rivestimento

1) Impieghi in campo odontotecnico. (2)__

2) Componenti e loro funzione. (2)__

3) Elenco caratteristiche ideali con loro discussione. (3)__

4) Classificazione in base al tipo di legante presente: caratteristiche e impieghi. (2)__

5) Materiali da rivestimento speciali per titanio e sue leghe. (1)__

6) Importanza dell'espansione. Tipi di espansione. Metodi di regolazione della espansione (2)__

7) Valutazione di insieme (2)__

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Le leghe nobili


2) Perché l'oro puro non viene utilizzato per la costruzioni di manufatti?

3) Quali sono i principali alleganti dell'oro?

4) Descrivi principali impieghi dei metalli e delle leghe in campo odontotecnico.

5) Scrivi la classificazione delle leghe auree da colata e indica i principali impieghi diognuna di esse.

6) Come cambiano le principali caratteristiche chimiche, fisiche e meccaniche delle legheauree da colata al diminuire della concentrazione del metallo base?

7) Quali sono le principali caratteristiche impartite dall'argento come allegante delle legheauree da colata?

8) Quali sono le principali caratteristiche impartite dal rame come allegante delle leghe aureeda colata?

9) Quali sono le principali caratteristiche del palladio come metallo base e come allegantedelle leghe nobili da colata?

10) Quali impieghi trovano il rutenio e l'iridio nelle leghe auree da colata?

11) Quali sono i principali pregi e difetti delle leghe auree da colata rispetto allecorrispondenti leghe non nobili, a base di Ni - Cr o di Co - Cr?


13) Qual è la differenza, in quanto a composizione chimica, tra le leghe auree e le leghe dacolata con contenuto di metalli nobili compreso tra il 25% e il 50%? Qual è la funzioneprincipale del palladio in questo tipo di lega?

14) Quali sono gli impieghi attuali leghe da colata con contenuto di metalli nobili compresotra il 25% e il 50%?

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CLASSE 4̂ ODO - Scheda Esercizi N° 4_1

Leghe non nobili

1 Descrivi i principali impieghi dei metalli e delle leghe in campo odontotecnico.

2 Descrivi la classificazione e gli impieghi delle leghe auree da colata.

3 Come sono classificati i metalli in base alla loro reattività? Fai esempi di metalliappartenenti a ciascuna categoria.

4 Rispetto alle leghe nobili di analogo impiego, come è il coefficiente di dilatazionetermico lineare delle leghe non nobili? Che accorgimenti rende necessari questadifferenza, nell'uso dei materiali da rivestimento?

5 Scrivi la classificazione delle leghe non nobili da colata in base agli usi e allacomposizione chimica.

6 Descrivi brevemente il fenomeno della passivazione dei metalli. Quali sono i principalimetalli in cui si verifica?

7 Che cosa sono le stelliti? Quali sono i suoi costituenti principali? Qual è il loro principaleuso dentale?

8 A che cosa è dovuta la buona resistenza delle leghe non nobili alla ossidazione?

9 Quali sono i pregi e i difetti delle non nobili rispetto alle leghe auree di analogo impiego?

10 Quali sono gli usi principali delle leghe al nichel – cromo? Quali sono i pregi e i difettirispetto alle leghe cobalto - cromo di impiego analogo?

11 Che cosa si intende per biocompatibilità di un materiale?

12 Quali tra i materiali di maggior impiego dentale sono più problematici dal punto di vistadella biocompatibilità?

13 Quali sono le principali caratteristiche del nichel come componente delle leghe nonnobili?

14 Quali sono le principali caratteristiche del cobalto come componente delle leghe nonnobili?

15 Quali caratteristiche sono impartite dal cromo alle leghe cui viene aggiunto comeallegante?

16 Che cosa sono i disossidanti? Qual è la loro funzione nella lega? Quali alleganti sonoimpiegati a questo scopo?

17 In quali leghe e a quale scopo si impiegano piccole percentuali di carbonio comeallegante?

18 Quali sono gli usi del berillio nell'ambito delle leghe? Perché si tende ad evitare l'uso diquesto allegante? Che tipi di problemi comporta il suo impiego?

19 Una lega ha la seguente composizione: Cobalto 64%, Cromo 30%, Molibdeno 5% : che tipo di lega è, a quale classe di leghe appartiene? Si tratta di una lega nobile o non nobile? Perché?

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Scrivi un elaborato sulle leghe nobili e non nobili da colata

1. Reattività dei metalli: nobiltà e passivazione (2)__

2. Leghe nobili e non nobili da colata:

a. Pregi e difetti dei principali componenti delle leghe auree da colata. (2)__

b. Classificazione, caratteristiche e impieghi delle leghe auree da colata. (2)__

c. Pregi e difetti dei principali componenti delle leghe non nobili da colata (2)__

d. Tipi, caratteristiche e impieghi delle leghe non nobili da colata. (2)__

e. Confronto tra leghe nobili e non nobili da colata. (1)__

f. Caratteristiche, lavorazioni e impieghi del titanio in campo dentale (2)__

3. Valutazione d'insieme (2)__

Scrivi un elaborato sulle leghe nobili e non nobili da colata

1. Reattività dei metalli: nobiltà e passivazione (2)__

2. Leghe nobili e non nobili da colata:

a. Pregi e difetti dei principali componenti delle leghe auree da colata. (2)__

b. Classificazione, caratteristiche e impieghi delle leghe auree da colata. (2)__

c. Pregi e difetti dei principali componenti delle leghe non nobili da colata (2)__

d. Tipi, caratteristiche e impieghi delle leghe non nobili da colata. (2)__

e. Confronto tra leghe nobili e non nobili da colata. (1)__

f. Caratteristiche, lavorazioni e impieghi del titanio in campo dentale (2)__

3. Valutazione d'insieme (2)__

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4a ODO - SCHEDA N° 5_1

Titanio

1. Perché il titanio, nonostante la sua abbondanza sulla crosta terrestre, è uno dei materialidi impiego più recente?

2. Quali sono le caratteristiche fisiche, chimiche, biologiche, meccaniche ed economicheche rendono il titanio un ottimo materiale dentale?

3. Elenca e discuti i motivi che rendono difficile la lavorazione del titanio con il metodo dellafusione a cera persa.

4. Quali sono i possibili impieghi del titanio in campo dentale?

5. Qual è la lega di titanio, utilizzabile in sostituzione del metallo di purezza commerciale?Qual è il suo impiego usuale?

6. In che cosa consiste la lavorazione CAD/CAM per fresaggio ed elettroerosione? Elencatee discutete i passi di lavorazione.

7. Che cos’è il titanio plasma spray? Per quali impieghi dentali viene eseguito questotrattamento?

8. Quali vantaggi comporta il trattamento superficiale del titanio con la idrossiapatite?

9. A che cosa è dovuta l’elevata biocompatibilità del titanio?

10. Perché il titanio ha trovato, finora, scarso impiego in campo odontotecnico?

11. Quali sono le protesi realizzabili con il titanio o con le sue leghe?

12. Qual è l’uso principale del titanio in campo dentale?

13. Quali caratteristiche deve avere una fonditrice per titanio?

14. Quali sono i refrattari solitamente presenti nei rivestimenti speciali per titanio?

15. Discuti le caratteristiche come materiale dentale del titanio, rispetto alle leghe non nobili(cobalto – cromo e nichel – cromo).

16. Discuti le caratteristiche come materiale dentale del titanio, rispetto alle leghe auree (tipo3 e tipo 4) e alle leghe nobili per metallo - ceramica.

17.

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4a ODO - SCHEDA RIEPILOGO QUESTIONARI N° 6_1

Leghe. Trattamenti termici. Rivestimenti. Leghe nobili e non nobili. Prove sui materiali

1) Che cosa succede alla temperatura durante la solidificazione di un metallo puro?

2) Scrivi la definizione di legame chimico (in generale).

3) Disegna schematicamente un cristallo di un metallo (ad es. alluminio, gallio, indio) con treelettroni di valenza.

4) Che cosa sono le leghe?Quali leghe sono miscugli omogenei? Quali invece miscugli eterogenei?

5) Qual è l’influenza della grana cristallina sulle caratteristiche meccaniche della lega?

6) Che cosa si intende per segregazione di una lega?

7) Quali sono i principali metalli nobili usati in odontotecnica? Qual è la caratteristica chimicafondamentale dei metalli nobili?

8) Che cosa si intende per lega ternaria?

9) Scrivi la definizione di legame metallico.

10) Che cosa succede alla temperatura durante la solidificazione di una lega?

11) Qual è l’influenza della velocità di raffreddamento sulla grana cristallina di una lega?

12) Che cosa sono gli agenti nucleanti?

13) In che cosa consiste la passivazione di un metallo? Quali sono i principali metalli passivabili, usatiin odontotecnica?

14) Che cosa sono le soluzioni solide interstiziali?

15) Che cosa si intende per messa in rivestimento del modellato?

16) Qual è il rivestimento usato solitamente per colare leghe nobili e non nobili per metallo-ceramica?Poiché questi due tipi di leghe hanno una dilatazione termica diversa, in che modo occorreregolare l'espansione del materiale da rivestimento?

17) Qual è l’effetto della presenza di Iridio e Rutenio nelle leghe auree da colata?

18) In che cosa consiste e qual è lo scopo di un trattamento termico di distensione?

19) Quali sono i materiali refrattari usati solitamente nei materiali da rivestimento?

20) Che cosa si intende per campione di un materiale? E per provino?

21) Qual è la differenza tra prove meccaniche statiche, dinamiche, cicliche e per scorrimento?

22) In che cosa consiste la prova a trazione?

23) Che cosa è la rigidità di un materiale? Come può essere misurata?

24) Che cos'è il modulo di Young (modulo di elasticità)? In che modo può essere misurato? Qualecaratteristica del materiale dipende da esso?

25) Scrivi le definizioni di deformazione elastica e deformazione plastica.

26) Che cosa si intende per tensione di snervamento di un materiale? Come può essere misurata?

27) Che cosa si intende per resistenza a trazione di un materiale? Come può essere misurata?

28) Scrivi la definizione di plasticità. Qual è la relazione tra la plasticità e la duttilità e malleabilità diun materiale?

29) In che modo può essere misurata la duttilità di un materiale metallico? In base a tale misura, chedifferenza c’è tra un materiale duttile e uno fragile?

30) Descrivi brevemente la prova Vickers di durezza.

31) Descrivi brevemente la prova Knoop di durezza. In quali casi si impiega?

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130



5 Scheda 1_1 – I polimeri 5 Scheda 1_2 – Elaborato sui polimeri 5 Scheda 2 _ 2 – Elaborato sui compositi 5 Scheda 3_1 – La corrosione 5 Scheda 4_1 – Le ceramiche dentali 5 Scheda 4_2 – Elaborato sulle ceramiche dentali 5 Scheda 5_1 – Leghe per metallo – ceramica 5 Scheda 5_2 – Elaborato sulla metallo – ceramica 5 Scheda 6_1 – Il titanio 5 Scheda 6_ 2 – Elaborato sul titanio 5 Scheda 7_1 – Pausa didattica 1 5 Scheda 7_2 – Riepilogo questionari 1

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I polimeri

1. I polimeri sono una delle tre classi fondamentali di materiali. Elenca e discuti le lorocaratteristiche principali e la loro importanza in campo dentale.


3. Scrivi la classificazione dei polimeri in base alla loro origine.

4. Che differenza c’è tra polimeri artificiali e polimeri sintetici?

5. Fai alcuni esempi di polimeri naturali utilizzati come materiali dentali.

6. Scrivi la classificazione dei polimeri in base alla loro struttura.

7. Che cos'è la temperatura di transizione vetrosa, per i polimeri a struttura amorfa?

8. Quale comportamento hanno i polimeri con temperatura di transizione vetrosa inferiore a quellaambiente? Sono cioè duri e fragili o sono viscoelastici?

9. Che cosa si intende per polimero termoplastico? Da quali strutture sono caratterizzati i polimeritermoplastici? Fai alcuni esempi di polimeri termoplastici di impiego dentale.

10. Che cosa si intende per polimero termoindurente? Da quali strutture sono caratterizzati i polimeritermoindurenti? Fai qualche esempio di polimero termoindurente di impiego dentale.

11. Che cosa sono gli elastomeri? Da quali strutture sono caratterizzati?


13. Che cosa si intende per poliaddizione? Fai alcuni esempi di polimeri ottenuti per poliaddizione.

14. Che cosa si intende per policondensazione? Fai alcuni esempi di polimeri ottenuti perpolicondensazione.

15. Che cosa sono i radicali?

16. Elenca e discuti le fasi della polimerizzazione radicalica.

17. Scrivi e discuti la classificazione delle resine, ottenute per polimerizzazione radicalica, in base alprocesso di attivazione.

18. Che cosa sono gli iniziatori? Qual è il loro ruolo nel processo di polimerizzazione?

19. A che cosa servono gli inibitori? Che uso ne viene fatto nei formulati dei materiali dapolimerizzare?

20. Descrivi e discuti la polimerizzazione in blocco (polimerizzazione in massa).

21. Quali tipi di resine sono solitamente utilizzate per la realizzazione di denti artificiali?

22. Quali resine sono utilizzabili per la realizzazione di basi di protesi? In quali tipi commerciali sonoclassificate?

23. Quali sono i metodi di formatura delle basi di protesi? Con quali tipi di resine sono utilizzabili?

24. Descrivi e discuti i principali pregi e difetti delle lavorazioni per compressione e per iniezione inmuffola.

25. Quali sono i componenti presenti nella polvere e nel liquido di una resina termopolimerizzabile?Qual è la funzione di ognuno di essi?

26. Qual è l’effetto della temperatura sulla velocità di reazione?

27. Che cosa sono le reazioni esotermiche?

28. Descrivi brevemente il fenomeno della contrazione da polimerizzazione.

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132



Scrivi un elaborato sui polimeri

1. Proprietà generali dei materiali plastici e loro importanza in campo dentale (2)

2. Definizioni (polimero/polimerizzazione). (1)

3. Plastomeri ed elastomeri. Polimeri termoplastici e termoindurenti. (2)

4. Classificazione (con esempi) e descrizione in base a:

a. origine (1)

b. tipo di polimerizzazione (1)

c. tipo di struttura molecolare (1)

5. Polimerizzazione radicalica e tipi di attivazione e classificazione in base ai tipi di attivazione. (2)

6. Tecniche di preparazione dei polimeri: la polimerizzazione in blocco. (1)

7. Classificazione in base ai principali impieghi odontotecnici (2)

8. Classificazione, natura chimica delle resine per basi di protesi. Pregi e difetti dei diversi metodi diformatura delle basi di protesi. (3)

9. Composizione di polvere e liquido di una resina termopolimerizzabile per basi di protesi. (2)

10. Giudizio di insieme. (2)


Scrivi un elaborato sui polimeri

1. Proprietà generali dei materiali plastici e loro importanza in campo dentale (2)

2. Definizioni (polimero/polimerizzazione). (1)

3. Plastomeri ed elastomeri. Polimeri termoplastici e termoindurenti. (2)

4. Classificazione (con esempi) e descrizione in base a:

a. origine (1)

b. tipo di polimerizzazione (1)

c. tipo di struttura molecolare (1)

5. Polimerizzazione radicalica e tipi di attivazione e classificazione in base ai tipi di attivazione (2)

6. Tecniche di preparazione dei polimeri: la polimerizzazione in blocco. (1)

7. Classificazione in base ai principali impieghi odontotecnici (2)

8. Classificazione, natura chimica delle resine per basi di protesi. Pregi e difetti dei diversi metodi diformatura delle basi di protesi. (3)

9. Composizione di polvere e liquido di una resina termopolimerizzabile per basi di protesi. (2)

10. Giudizio di insieme. (2)

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Scrivi un elaborato sui compositi

1. Caratteristiche dei materiali plastici. (2) ___

2. Caratteristiche dei materiali ceramici (2) ___

3. Limiti delle resine acriliche estetiche (1) ___

4. Le resine composite (compositi): componenti e loro funzione (2) ___

5. Pregi dei compositi e loro impieghi in campo dentale. (2) ___

6. Passi di lavorazione di una protesi fissa in metallo – composito, con legame chimico direttometallo - composito. (2) ___

7. Confronto tra compositi e materiali ceramici per il rivestimento estetico di strutture metalliche.(2) ___

8. Giudizio d'insieme. (2) ___


Scrivi un elaborato sui compositi

1. Caratteristiche dei materiali plastici. (2) ___

2. Caratteristiche dei materiali ceramici (2) ___

3. Limiti delle resine acriliche estetiche (1) ___

4. Le resine composite (compositi): componenti e loro funzione (2) ___

5. Pregi dei compositi e loro impieghi in campo dentale. (2) ___

6. Passi di lavorazione di una protesi fissa in metallo – composito, con legame chimico direttometallo - composito. (2) ___

7. Confronto tra compositi e materiali ceramici per il rivestimento estetico di strutture metalliche.(2) ___


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134



La corrosione

1) Scrivete in 5 - 10 righe che cosa si intende per corrosione di un metallo.

2) Che relazione c’è tra il processo metallurgico e il processo di corrosione di un metallo?

3) Esiste una relazione tra la biocompatibilità di un materiale e la sua resistenza allacorrosione?

4) Che cos’è una reazione di ossido – riduzione? In che cosa consiste un processo diossidazione? In che cosa consiste un processo di riduzione?

5) Un processo di ossidazione e uno di riduzione possono avvenire separatamente? Perché?

6) Qual è lo schema generale di una reazione di ossidoriduzione?

7) In una reazione di ossido – riduzione, quali delle coppie redox coinvolte si ridurrà? Equale si ossiderà?

8) Quale caratteristica di una coppia redox è misurata dal suo potenziale standard diriduzione?

9) Scrivete la reazione di ossidoriduzione spontanea, in condizioni standard, tra la coppiaFe2+/Fe e la coppia Cu2+/Cu.

10) Utilizzando la tabella dei potenziali redox, indicate due metalli che subiscono lacorrosione ad opera dell’ossigeno e due che non la subiscono.

11) Utilizzando la tabella dei potenziali redox, indicate tre metalli attaccabili dagli acidi e trenon attaccabili dagli acidi, in condizioni standard.

12) In che modo è possibile ricaricare una pila “ricaricabile”? Che reazione avviene?

13) In che modo è realizzabile una pila a concentrazione?

14) Che cosa si intende per segregazione o liquazione di una lega? Quali inconvenienti puòcomportare il fenomeno della segregazione?

15) In che modo è possibile ridurre o eliminare il fenomeno della segregazione delle leghe?

16) In quali condizioni si può avere corrosione chimica delle leghe nobili contenenti palladio eargento, con formazione di solfuri? Quali inconvenienti ne derivano?

17) Che cosa si intende per corrosione elettrochimica? Quali sono le principali cause dellacorrosione elettrochimica dei materiali dentali?

18) In quali condizioni le parti metalliche di una protesi realizzata con leghe auree, possonosubire un “appannamento”?

19) Tra i materiali metallici maggiormente usati in odontotecnica (leghe nobili, stelliti, acciaiinox), quali sono le più resistenti alla corrosione chimica ed elettrochimica?

20) Quale tipo di corrosione può verificarsi in una lega di composizione non omogenea? A checosa può essere dovuta questa composizione non omogenea?

21) Da quale tipo di corrosione è protetto un metallo che si passiva?

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135



Le ceramiche dentali

1) Quali sono le materie prime fondamentali per la produzione delle porcellane comuni?

2) Qual è la differenza riguardo alle materie prime e alla struttura tra le porcellane comuni e leporcellane feldspatiche dentali?

3) Elenca i principali pregi e difetti delle porcellane feldspatiche dentali in generale.

4) Quanti tipi di porcellane feldspatiche conosci? In base a quale caratteristica sono suddivise? Qualisono i principali impieghi di ognuno dei tipi?

5) Quali sono i principali additivi impiegati nella produzione delle ceramiche dentali?

6) In che modo è possibile regolare il coefficiente di dilatazione termico di una porcellana feldspaticadentale? Per quali impieghi è importante un appropriato valore del coefficiente di dilatazionetermico?

7) Quali sono i principali difetti delle porcellane feldspatiche? In che modo si è cercato e si cerca diovviare ad essi?

8) Quali sono le porcellane per fusione (vetroceramiche)? In che cosa si differenziano dalleporcellane feldspatiche? Quali sono i principali usi odontotecnici?

9) Discutete la differenza tra vetri, ceramiche e vetroceramiche. Come sono ottenuti? Qual è la lorostruttura?

10) Descrivete le fasi e lo scopo del ciclo termico di ceramizzazione.

11) Quali caratteristiche devono avere le leghe per protesi in metallo – ceramica?

12) Che effetto ha sulla resistenza della porcellana, l’accoppiamento con una lega avente coefficientedi dilatazione termico leggermente superiore?

13) Nella tecnica della stratificazione della porcellana, quali sono le principali “masse” utilizzate?

14) Che cosa si utilizza per rendere opache le porcellane feldspatiche utilizzate come massa base?

15) Qual è lo scopo della glasatura della porcellana?

16) Quali porcellane sono utilizzate per protesi in porcellana integrale? Che tipi di protesi sonorealizzabili con questi materiali?

17) Discutete le caratteristiche e gli impieghi delle ossido-ceramiche da post-sinterizzazione.

18) A che cosa è dovuta la maggiore resistenza meccanica delle ossidoceramiche rispetto alle altreceramiche dentali? Perché le ossido-ceramiche alla zirconia stabilizzata con ittrio sono piùresistenti di quelle a base di allumina?

19) Quali sono le ceramiche dentali migliori dal punto di vista estetico? Quali quelle con la maggioreresistenza meccanica?

20) Quali ceramiche dentali sono vendute in polvere? Con che tecnica di lavorazione si impiegano?

21) Quali ceramiche dentali sono vendute in lingottini? Con che tecnica di lavorazione si impiegano?

22) Quali ceramiche dentali sono vendute in blocchetti? Con che tecnica di lavorazione si impiegano?

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Le ceramiche dentali – elaborato complessivo

Scrivi un elaborato sulle ceramiche dentali

1. Proprietà generali dei materiali ceramici e loro importanza in campo dentale. (2) ___

2. Materie prime e differenza tra porcellane comuni e porcellane feldspatiche dentali. (1) ___

3. Le porcellane feldspatiche dentali: classificazione, usi , forniture e lavorazioni, pregi e difetti (2) ___

4. Vetroceramiche: metodi di ottenimento, tipi, usi, forniture e lavorazioni,pregi e difetti (3) ___

5. Le ossido-ceramiche da post-sinterizzazione: composizione, usi, forniture e lavorazioni, pregi e difetti(2) ___

6. Le porcellane per metallo – ceramica: caratteristiche essenziali, tipi (natura chimica) forniture e lavorazioni.(1) ___

7. Descrizione dei principali metodi di lavorazione delle ceramiche dentali. (3) ___


Scrivi un elaborato sulle ceramiche dentali

1. Proprietà generali dei materiali ceramici e loro importanza in campo dentale. (2) ___

2. Materie prime e differenza tra porcellane comuni e porcellane feldspatiche dentali. (1) ___

3. Le porcellane feldspatiche dentali: classificazione, usi , forniture e lavorazioni, pregi e difetti (2) ___

4. Vetroceramiche: metodi di ottenimento, tipi, usi, forniture e lavorazioni,pregi e difetti (3) ___

5. Le ossido-ceramiche da post-sinterizzazione: composizione, usi, forniture e lavorazioni, pregi e difetti(2) ___

6. Le porcellane per metallo – ceramica: caratteristiche essenziali, tipi (natura chimica) forniture e lavorazioni.

(1) ___

7. Descrizione dei principali metodi di lavorazione delle ceramiche dentali. (3) ___


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5a ODO - Scheda Esercizi N° 5_1

Leghe per metallo – ceramica

Tabella 7 - Proprietà delle principali leghe per metallo - ceramica

Lega D(g/cm3)

A%(duttilità)

E (N/mm2)(rigidità)

E (N/mm2) R (N/mm2)(resistenza trazione)

HV T (°C)

Au–Pt– (Pd) 17 - 19 3-15 87000-98000 300-600 400-700 150-250 1050-1200

Au-Pd-Ag 12-16 3-20 102000-119000

350-700 400-800 180-270 1190-1280

Au-Pd 13.5-14 10-25 122000-129000

500-700 600-900 230-265 1190-1295

Pd-Ag 10,6-11,1 10-20 125000-135000

400-600 500-740 180-280 1270-1310

Ni-Cr8-9 10-30

150000-250000

200-800 500-1100 200-350 1300-1450Co-Cr

1) Perché le leghe auree tradizionali di tipo 3 e 4 (per metallo integrale e metallo – resina) non sonoadatte per la metallo – ceramica?

2) Quali sono gli alleganti aggiunti all’oro per ottenere una lega idonea per l’impiego in metallo –ceramica? Qual è la funzione di ogni singolo allegante?

3) Quali sono le caratteristiche indispensabili e quali le altre caratteristiche desiderabili per una legada impiegare in protesi di metallo – ceramica?

4) Discuti le caratteristiche impartite dal platino alle leghe che lo contengono come alleganteprincipale?

5) Discuti le caratteristiche impartite dal palladio alle leghe che lo contengono come alleganteprincipale o come metallo base.

6) In quali casi si consigliano le leghe Au – Pt per metallo – ceramica? Quali sono i principali pregi edifetti di queste leghe?

7) Discuti i principali pregi e difetti delle leghe Au – Pd – Ag, rispetto alle leghe Au – Pt per metalloceramica.

8) Discuti i principali pregi e difetti delle leghe Au – Pd rispetto alle leghe Au – Pt e alle altre legheper per metallo ceramica.

9) Discuti i principali pregi e difetti delle leghe Pd – Ag rispetto alle leghe Au – Pt e alle altre legheper per metallo ceramica.

10) Discuti i principali pregi e difetti delle leghe non nobili (Ni - Cr e Co – Cr) rispetto alle leghenobili per metallo ceramica.

11) Discuti i principali pregi e difetti delle leghe Ni - Cr rispetto alle leghe Co – Cr per metalloceramica.

12) Elenca e discuti i principali passi di lavorazione di una protesi fissa in metallo – ceramica.

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Leghe e passi lavorazione metallo – ceramica. Elaborato complessivo

1. Motivi della non idoneità per metallo – ceramica delle leghe auree tipo III e IV (1)__

2. Caratteristiche delle leghe per metallo - ceramica. (3)__

3. Leghe nobili:

a) proprietà degli alleganti principali (Platino, palladio) (2)__

b) proprietà degli altri componenti (argento, metalli non nobili, agenti nucleanti) (2)__

4. Leghe nobili, pregi e difetti di:

a) leghe oro – platino (1)__

b) leghe oro – palladio - argento (1)__

c) leghe palladio – argento (1)__

d) Leghe oro – palladio (1)__

5. Leghe non nobili per metallo – ceramica:

a) proprietà dei metalli base (cobalto, nichel) (1)__

b) proprietà alleganti principali e secondari (1)__

c) confronto leghe Ni – Cr rispetto Co – Cr (1)__

d) confronto leghe non nobili rispetto alle leghe nobili (1)__

6. Elenco e discussione dei passi di lavorazione delle protesi fisse in metallo - ceramica (2)__

7. Pregi e difetti della metallo - ceramica. (1)__

8. Giudizio di insieme. (2)__


Leghe e passi lavorazione metallo – ceramica. Elaborato complessivo

1. Motivi della non idoneità per metallo – ceramica delle leghe auree tipo III e IV (1)__

2. Caratteristiche delle leghe per metallo - ceramica. (3)__

3. Leghe nobili:

a) proprietà degli alleganti principali (Platino, palladio) (2)__

b) proprietà degli altri componenti (argento, metalli non nobili, agenti nucleanti) (2)__

4. Leghe nobili, pregi e difetti di:

a) leghe oro – platino (1)__

b) leghe oro – palladio - argento (1)__

c) leghe palladio – argento (1)__

d) Leghe oro – palladio (1)__

5. Leghe non nobili per metallo – ceramica:

a) proprietà dei metalli base (cobalto, nichel) (1)__

b) proprietà alleganti principali e secondari (1)__

c) confronto leghe Ni – Cr rispetto Co – Cr (1)__

d) confronto leghe non nobili rispetto alle leghe nobili (1)__

6. Elenco e discussione dei passi di lavorazione delle protesi fisse in metallo - ceramica (2)__

7. Pregi e difetti della metallo - ceramica. (1)__

8. Giudizio di insieme. (2)__

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Titanio

1) Perché il titanio, nonostante la sua abbondanza sulla crosta terrestre, è uno dei materialidi impiego più recente?

2) Quali sono le caratteristiche fisiche, chimiche, biologiche, meccaniche ed economicheche rendono il titanio un ottimo materiale dentale?

3) Elenca e discuti i motivi che rendono difficile la lavorazione del titanio con il metodo dellafusione a cera persa.

4) Quali sono i possibili impieghi del titanio in campo dentale?

5) Qual è la lega di titanio, utilizzabile in sostituzione del metallo di purezza commerciale?Qual è il suo impiego usuale?

6) In che cosa consiste la lavorazione CAD/CAM per fresaggio ed elettroerosione? Elencatee discutete i passi di lavorazione.

7) Che cos’è il titanio plasma spray? Per quali impieghi dentali viene eseguito questotrattamento?

8) Quali vantaggi comporta il trattamento superficiale del titanio con la idrossiapatite?

9) A che cosa è dovuta l’elevata biocompatibilità del titanio?

10) Perché il titanio ha trovato, finora, scarso impiego in campo odontotecnico?

11) Quali sono le protesi realizzabili con il titanio o con le sue leghe?

12) Qual è l’uso principale del titanio in campo dentale?

13) Quali caratteristiche deve avere una fonditrice per titanio?

14) Quali sono i refrattari solitamente presenti nei rivestimenti speciali per titanio?

15) Discuti le caratteristiche come materiale dentale del titanio, rispetto alle leghe non nobili(cobalto – cromo e nichel – cromo).

16) Discuti le caratteristiche come materiale dentale del titanio, rispetto alle leghe auree (tipo3 e tipo 4) e alle leghe nobili per metallo - ceramica.

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Scrivi un elaborato sul titanio

1. Caratteristiche fisiche , chimiche, meccaniche e biologiche del titanio (3) ___

2. Impieghi dentali del titanio e delle sue leghe (1) ___

3. Lavorazioni del titanio in campo dentale. Problemi e difficoltà rispetto alle altre leghe. (3) ___

4. Titanio plasma spray per impianti (2) ___



Scrivi un elaborato sul titanio

1. Caratteristiche fisiche , chimiche, meccaniche e biologiche del titanio (3) ___

2. Impieghi dentali del titanio e delle sue leghe (1) ___

3. Lavorazioni del titanio in campo dentale. Problemi e difficoltà rispetto alle altre leghe. (3) ___

4. Titanio plasma spray per impianti (2) ___


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PAUSA DIDATTICA N° 1 - Polimeri. Ceramiche dentali

1. Che cos'è un polimero?

2. Scrivi la classificazione dei polimeri in base alla loro struttura.

3. Descrivi la produzione dei polimeri mediante la polimerizzazione in blocco, elencandonepregi e difetti.

4. Che cos'è la polimerizzazione?

5. Scrivi la classificazione dei polimeri in base alla loro origine.

6. Scrivi la classificazione dei polimeri in base alla natura chimica ed elenca, per ogni tipo, iprincipali impieghi in campo dentale.

7. Scrivi la classificazione e discuti brevemente i tipi di formatura delle resine per basi diprotesi.

8. Elenca e discuti le possibile cause di porosità nella realizzazione di basi di protesi mobili.

9. Nella tecnica della stratificazione della porcellana, quali sono le principali “masse”utilizzate?

10. Quali sono i tipi, le caratteristiche e gli impieghi delle ossido-ceramiche da post-sinterizzazione?

11. A che cosa è dovuta, a livello di struttura, la maggiore resistenza meccanica delle ossido –ceramiche, rispetto alle porcellane feldspatiche?

12. Quali sono i tipi, le caratteristiche e gli impieghi delle vetroceramiche in campo dentale?

13. A che cosa è dovuta, a livello di struttura, la maggiore resistenza meccanica delle vetro –ceramiche, rispetto alle porcellane feldspatiche?

14. Che effetto ha sulla resistenza della porcellana, l’accoppiamento con una lega aventecoefficiente di dilatazione termico leggermente superiore?

15. Quali sono le materie prime fondamentali delle porcellane comuni? Qual è la differenzacon le porcellane feldspatiche dentali?

16. Qual è la differenza fondamentale tra ceramiche e vetroceramiche?

17. In che modo è possibile regolare il coefficiente di dilatazione termico di una porcellanadentale?

18. Che relazione c'è tra la plasticità e la malleabilità?

19. Per quali impieghi delle porcellane dentali è importante un appropriato valore delcoefficiente di dilatazione termico?

20. Qual è lo scopo della glasatura della porcellana?

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Scheda riepilogo questionari n°1


2. Scrivi e discuti la classificazione dei polimeri in base alla loro struttura.

3. Che cos’è la policondensazione (polimerizzazione per condensazione)?

4. Che cosa sono i polimeri termoindurenti? Qual è la loro struttura molecolare?

5. Che cosa si intende per reazione esotermica? A quale inconveniente può portare l’esotermicitàdella reazione di polimerizzazione?

6. Scrivi la classificazione delle resine (ottenibili per poliaddizione radicalica), in base al tipo diattivazione

7. Che cosa succede durante la fase di propagazione della poliaddizione radicalica?

8. Elenca e discuti brevemente le principali proprietà dei materiali plastici (polimeri), evidenziandola loro importanza in campo dentale.


10. Scrivi e discuti la classificazione dei polimeri in base alla loro origine

11. Che cos’è la poliaddizione (polimerizzazione per addizione)?

12. Che cosa sono gli elastomeri? Qual è la loro struttura molecolare?

13. Che cosa si intende per contrazione di polimerizzazione? A quale inconveniente può portare lacontrazione di polimerizzazione?

14. Che cosa sono i radicali?

15. Che cosa succede durante la fase di arresto della poliaddizione radicalica?

16. Elencate e discutete le cause di porosità nella realizzazione di basi di protesi.

17. Quali sono gli impieghi dei materiali ceramici in campo dentale?

18. Per quale motivo le porcellane comuni non sono adatta per la realizzazione di protesi dentali?

19. Elencate i tipi di ossido-ceramica da post-sinterizzazione utilizzate in campo dentale, precisandoper ognuna di esse le protesi realizzabili

20. Descrivete la classificazione delle resine per basi di protesi, precisando la loro natura chimica e lamodalità di impiego.

21. Quali sono i componenti presenti nella polvere e nel liquido di una resina termopolimerizzabile?Qual è la funzione di ognuno di essi?

22. Quali sono le materie prime impiegate nella produzione delle porcellane comuni? Qual è la lorofunzione?

23. Qual è il principale difetto delle porcellane feldspatiche, che ne limita fortemente l’impiego incampo dentale?

24. Elencate i tipi di vetro-ceramica utilizzate in campo dentale, precisando per ognuna di esse leprotesi realizzabili.

25. Elenca e discuti le principali caratteristiche che deve avere una lega per metallo – ceramica

26. Discuti gli effetti impartiti dal platino e dal palladio alle leghe che li contengono.

27. Perché si cerca di evitare la presenza dell'argento nelle leghe per metallo – ceramica?

28. Discuti i tipi, i pregi e i difetti delle leghe non nobili per metallo – ceramica.

29. Elenca e discuti i passi di lavorazione di una protesi fissa in metallo – ceramica.

30. Elenca e discuti i principali pregi e difetti della metallo – ceramica.

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Testi seconde prove esame Scienza Materiali Dentali

1. A.S. 1999 - 2000

Il candidato tratti le proprietà di ceramiche e di resine, evidenziandone pregi e difetticonsiderato il vasto impiego di questi materiali nella realizzazione di alcune protesi.

Successivamente descriva le tecniche di lavorazione per la realizzazione di una protesifissa o mobile, che comporti l’impiego di uno dei due materiali in esame.

2. A.S. 2001 - 2002

Il candidato dopo aver illustrato le materie plastiche di maggiore impiego, inodontotecnica, ne descriva le proprietà chimico – fisiche meccaniche e tecnologiche,evidenziandone l’influenza sulla lavorazione e sulle caratteristiche finali della protesi.

3. A.S. 2002 - 2003

Il candidato dopo aver descritto le fasi di lavoro di una protesi totale, precisando i requisitidi ciascun elemento costitutivo della protesi stessa, illustri le proprietà tecnologiche deimateriali da impiegare con riferimento alle più recenti leghe disponibili sul mercato.

4. A.S. 2007 - 2008

Per il rivestimento estetico della sottostruttura metallica di ponti e corone si possonoutilizzare resine o materiali ceramici. Il candidato confronti le caratteristiche generali deimateriali precedentemente indicati e la loro diversa compatibilità con le leghe metalliche.In seguito evidenzi le differenze fra le due tipologie di lavorazione ed eventualmente sisoffermi sulle resine e le ceramiche più idonee per la ricopertura della struttura metallica.

Esprima infine alcune considerazioni sui restauri eseguiti in metallo-resina e metallo-ceramica, indicando gli aspetti che rendono preferibili orientarsi verso l’una o l’altratipologia.

5. A.S. 2009 - 2010

Le sostanze polimeriche trovano ampio impiego in campo dentale. Il candidato illustri lecaratteristiche generali di tali composti, quindi affini la propria descrizione riferendosi aduna tipologia di materiale a scelta fra resine sintetiche ed elastomeri da impronta, entrambiappartenenti alla famiglia dei polimeri.

6. A.S. 2011 - 2012

Fra le differenti tipologie di protesi fissa il candidato individui quella più opportuna per uncaso clinico da lui ipotizzato e, dopo averne brevemente discusso la realizzazione, sisoffermi sulle caratteristiche chimiche e fisiche dei materiali utilizzati per il restauro inquestione.

7. A.S. 2013 - 2014

Nell’ambito del restauro orale le ceramiche sono ampiamente utilizzate per la loroproprietà di armonizzarsi con il naturale aspetto degli elementi dentali.

Dal momento che possono essere impiegate per la produzione sia di corone integrali sia dicorone in metallo – ceramica, il candidato evidenzi la differente composizione deimateriali impiegati nei due casi e i motivi di tali differenze.

Relativamente alle corone integrali descriva le tecniche impiegate ed i relativi tipi diceramica.

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8. A.S. 2014 - 2015

Il candidato svolga la prima parte della prova e risponda a due tra i quesiti propostinella seconda parte.

PRIMA PARTE

Ad un paziente totalmente edentulo nell'arcata superiore l'odontoiatra propone, comesoluzione, la realizzazione di una protesi totale mobile.

Il candidato illustri le operazioni necessarie per la costruzione della base protesica inresina acrilica termopolimerizzabile, a partire dalla formatura per compressione delmiscuglio di liquido e polvere, e descriva le caratteristiche dei componenti di talemiscuglio e i difetti protesici che possono derivare da una preparazione non corretta diquest'ultimo.

SECONDA PARTE

1. Il candidato, con riferimento al caso descritto nella prima parte, dopo averindividuate le possibili soluzioni alternative a quella proposta dall'odontoiatra,descriva i vantaggi e gli svantaggi che le soluzioni alternative presentano.

2. Il candidato illustri i requisiti richiesti alle leghe e alle ceramiche quando vengonoaccoppiate nella realizzazione di una protesi fissa in metallo – ceramica.

3. Il candidato, con riferimento al caso descritto nella prima parte, descriva comedovrà procedere l'odontoiatra per rilevare l'impronta e indichi quali materialiritiene idonei, motivando la scelta, per la realizzazione della protesi.

4. Il candidato descriva le caratteristiche di una vetroceramica e indichi quali sono isuoi campi di impiego.

9. A.S. 2015 - 2016


PRIMA PARTE

Su un paziente con pochi denti residui, nell’arcata superiore, viene valutata la possibilitàdi realizzare un ponte circolare su impianti. Dalle indagini preliminari, l’interventoimplantare risulta possibile. Vista l’estensione del lavoro, l’odontoiatra decide diprocedere con una protesi in metallo-ceramica. Il candidato illustri i principali passaggioperativi che lo coinvolgono in qualità di odontotecnico. Descriva inoltre le caratteristichedei materiali utilizzati, supponendo di ottenere la sottostruttura metallica per fusione acera persa di leghe non nobili ed il rivestimento estetico attraverso l’applicazione di unaceramica compatibile.

SECONDA PARTE

1. Nella realizzazione del ponte circolare, per il caso clinico proposto nella primaparte, sono utilizzate leghe metalliche non nobili. Tali materiali possono incorrerenella corrosione; illustrate brevemente il fenomeno ed indicate le precauzioniopportune.

2. In alternativa alla ceramica la sottostruttura metallica potrebbe essere rivestita conuna resina composita. Descrivere la composizione del materiale e le suecaratteristiche.

3. Descrivere, in linea generale, i principali meccanismi di presa dei materiali daimpronta elastici.

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4. Nella composizione di resine e ceramiche dentali rientrano alcuni additivi checonferiscono al materiale le caratteristiche e le proprietà idonee all’uso.Individuare tali sostanze e spiegarne la funzione.

10. A.S. 2016 - 2017


PRIMA PARTE

La scheda tecnica di una lega dentale XXX riporta le seguenti indicazioni:

“Lega metallica ad uso odontoiatrico a medio-basso contenuto di oro, esente da rame, dafusione e/o per abbinamento a resine. (Fornita in piastrine di spessore 1mm […]

Allergie ai componenti della lega.

Nelle leghe dentali XXX sono non presenti gli elementi nichel, cadmio e berillio ai sensidella Norma UNI EN ISO 22674, e sono anche non presenti gli elementi cromo e cobalto.La letteratura scientifica indica chiaramente questi metalli come fonte primaria diallergie ed evidenzia la possibilità che si verifichino allergie meno probaili nei confrontidi altri metalli. Vi preghiamo di prendere visione della composizione chimica della legache potete trovare sulla presente scheda o sulla tabella delle leghe XXX. In particolare,per i pazienti allergici al nichel (nella maggioranza dei casi di sesso femminile),consigliamo l’uso di leghe ad altro titolo aureo poiché in questi soggetti sono a volteriscontrabili allergie nei confronti di altri metalli (come il palladio).

Interazioni negative con altre leghe

la corrosione galvanica in cavità orale è sempre possibile. Consigliamo di seguire leindicazioni […] circa l’eventuale abbinamento di leghe diverse nella stessa cavità orale[…] Può verificarsi il fenomeno di corrosione galvanica anche quando la lega appenaintrodotta in cavità orale sia di maggiore nobiltà elettrochimica (maggiore resistenza allacorrosione) rispetto ad altre leghe presenti, sulle quali la prima induce un aumento dicorrosione. Nel caso in cui si verifichino sensazioni sgradevoli come sapore metallico, oannerimenti di leghe ed alterazioni di otturazioni in amalgama presenti, saràconsigliabile al medico curante rimuovere il dispositivo e valutare le opportune azionicorrettive. Si rammenta l’importanza di una corretta informazione sull’igiene orale neiconfronti del paziente. Un’opportuna igiene orale può prevenire o ridurre fenomeni dicorrosione [...]”

Il candidato integrando le indicazioni della scheda tecnica con le proprie conoscenze,illustri i principi teorici alla base della corrosione metallica nel cavo orale, indicando leulteriori cause e descrivendo gli accorgimenti necessari a prevenire il fenomeno.

SECONDA PARTE

1. La lega a cui fa riferimento la scheda tecnica potrebbe essere utilizzata perrealizzare una corona in metallo con rivestimento in resina composita oppure inceramica. Nei due casi, in che modo verrebbe garantita l’adesione fra lasottostruttura metallica ed il rivestimento estetico?

2. I materiali metallici in ambito dentale possono essere utilizzati tramite la fusione acera persa o essere lavorati mediante il metodo CAD-CAM. Descrivere i passaggifondamentali di quest’ultimo metodo ed indicare i materiali idonei oltre a quellimetallici.

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3. La ceramica utilizzata in campo dentale viene sottoposta ad un ciclo termico dicottura. In che condizioni viene realizzato tale riscaldamento e quali sono le suefunzioni?

4. Indicare le criticità della lavorazione di una protesi totale mobile realizzata tramiteformatura per compressione utilizzando resine acriliche termopolimerizzabili abase di polimetilmetacrilato.

11. A.S. 2017 - 2018


PRIMA PARTE

Al termine di ogni operazione, intermedia o conclusiva, è buona norma chel’odontotecnico controlli il proprio lavoro per individuare eventuali difetti. Ognilavorazione ed ogni materiale presentano specifiche criticità. Il candidato evidenzi ipossibili errori operativi, i difetti ce ne conseguono e le soluzioni eventualmentepraticabili, immaginando di dover realizzare una corona in metallo ceramica stratificandoceramica feldspatica su una sotto-struttura in lega vile ottenuta per fusione a cera persa.

Descriva inoltre le caratteristiche delle ceramiche feldspatiche utilizzate in ambitoodontotecnico per il rivestimento estetico di cappette in lega .

SECONDA PARTE

1. Illustrate le peculiarità del titanio ed il suo impiego in ambito dentale

2. Indicate pregi e difetti della zirconia e le sue conseguenti applicazioni in campodentale

3. Gli elastomeri impiegati come materiale da impronta a quali requisiti devonorispondere e attraverso quali meccanismi fanno presa in cavo orale?

4. Ad una base in resina per una protesi totale mobile vengono adattati i dentipreformati. Quali sono le principali differenze fra quelli in resina e quelli inceramica?

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147


Appendice 1 La conoscenza e la sua rappresentazione

Prerequisiti: ; .

Obiettivi cognitivi: Acquisire i concetti di oggetto, evento, concetto, proposizione, conoscenza, principio, legge; Mettere in relazione le modalità di rappresentazione della conoscenza (epica, scrittura, stampa,

mappe concettuali, ecc.) con il medium utilizzato e riconoscerne pregi e difetti..

Obiettivi operativi: Costruire una mappa concettuale con carta e matita e con il sw CMapTools; .


Percorso base

1.1. L’universo

Tutto ciò che ci circonda è il nostro universo: esso è costituito da eventi ed oggetti114.

Gli oggetti115 sono porzioni di materia, come le piante, le rocce, le sedie o le penne.

Gli eventi sono delle cose che accadono, come crescere, mangiare, correre o come lanascita e la morte degli esseri viventi. Tutto nell’universo può essere definito come unevento o un oggetto e tutti gli eventi coinvolgono degli oggetti. Gli eventi consistono incambiamenti che riguardano uno o più oggetti

Sia gli oggetti, sia gli eventi possono essere naturali o artificiali. Gli eventi e gli oggettiartificiali sono quelli prodotti dall’uomo. Sono esempi di oggetti artificiali: una penna, unasedia, una protesi dentale. Sono eventi artificiali: una festa di compleanno, una guerra.

1.2. La conoscenza

Negli animali tutto ciò che serve alla loro sopravvivenza è contenuto e trasmesso nelcodice genetico: il comportamento degli animali è istintivo. Essi non hanno un sistema permemorizzare e trasmettere agli altri le cose apprese dall'esperienza. Se l'ambiente esternosi modifica, ad esempio per la comparsa di una nuova malattia, la loro capacità disopravvivenza dipende dalla selezione su base genetica di individui resistenti ad essa.Questo processo è lento, perché devono passare più generazioni perché questo possa(eventualmente) verificarsi.

114 «Secondo Keil vi sarebbero delle categorie fondamentali del pensiero, come la distinzione tra essere vivente e oggetto inanimato, o quella tra oggetto fisico ed evento – che egli chiama categorie ontologiche – che costituiscono una prima distinzione, per così dire obbligata, della realtà»[B.Benelli, Lo sviluppo dei concetti nel bambino, p. 12]Vedi, però, a questo riguardo, gli studi della Turkle sul concetto di essere vivente, sul modo in cui esso viene influenzato dai nuovi media.115 «Bisogna insegnare che le cose non sono solamente cose, ma anche sistemi costituenti un’unità che assimila parti diverse; non più oggetti chiusi, ma entità legate inscindibilmente al proprio ambiente e che possono essere veramente conosciute solo inserendole nel loro contesto. Per quanto riguarda gli esseri viventi, per esempio, essi comunicano tra loro e con il loro ambiente e queste comunicazioni fanno parte della loro organizzazione e della loro stessa natura.»[E.Morin, La testa ben fatta, p. 79]

148


Nell'uomo invece, l'adattamento all'ambiente ha cessato di essere di tipo “genetico”: essoè diventato prevalentemente culturale.

Quando compare una nuova malattia, l'uomo non risponde con la lenta selezione genetica,ma utilizza le proprie conoscenze per trovare dei rimedi (ad esempio un farmaco) in gradodi debellare la causa del nuovo male. Questo adattamento è molto più veloce e perciòcostituisce un vantaggio per l'uomo.

Gli uomini hanno la capacità di memorizzare e trasmettere ai propri simili le conoscenzeacquisite durante la loro esistenza. A cosa si deve tutto questo?

Gli esseri umani hanno una capacità innata che nessun’altra specie animale possiede: essipossono riconoscere le caratteristiche che non cambiano negli oggetti e negli eventi ehanno la capacità di usare parole e segni per indicarle.116,117.

Le parole e i segni rappresentano i concetti118. Il concetto è una regolarità, un insiemedi caratteristiche costanti, riscontrata negli eventi o negli oggetti e designata con unnome o con un simbolo119. Essere umani implica la capacità di distinguere le costantiattraverso le sensazioni.

Le proposizioni sono le unità principali di costruzione del significato.Una proposizione identifica un’unità semantica in cui due o più concetti sono legatitra di loro da parole. È una relazione tra concetti. Essa ci dice come gli oggetti o glieventi funzionano o come sono strutturati.

Se noi conosciamo una parola, ma non riusciamo con essa a costruire nessunaproposizione sensata, non conosciamo davvero il concetto designato da quella parola. Ilsignificato di un concetto è tanto più ricco, quante più frasi riusciamo a costruire con esso.

«Il significato di un determinato concetto è formato dall’insieme di proposizioniconosciute che contengono quel concetto»120.

Tutta la conoscenza è formata da concetti e proposizioni.

Alcune proposizioni sono particolarmente importanti perché in esse è concentrata unagrande quantità di conoscenza: esse sono i principi o leggi e le teorie.

I principi sono delle proposizioni che descrivono come funzionano le cose o come esse sembrano strutturate. I principi esprimono le relazioni di significato tra due o più concetti che guidano la nostra comprensione di ciò che accade negli eventi studiati. I principi derivano da asserzioni di

116 «È ovvio che tutte le espressioni e tutti i pensieri sono, entro certi limiti, formulaici, nel senso che ogni parola,e ogni concetto ad essa legato, è una specie di formula, un modo fisso di trattare i dati dell’esperienza, che determina l’organizzazione intellettuale dell’esperienza stessa e della riflessione, e che agisce da meccanismo mnemonico. Trasferire l’esperienza nelle parole (il che significa trasformarla almeno un po’, anche se non falsificarla) può facilitarne il ricordo. Le formule che caratterizzano l’oralità sono in genere più elaborate delle singole parole»[W.Ong, Oralità e scrittura, p. 64]117 «Nella sua ultima opera, incompiuta, Alcuni problemi di filosofia, James riassume tutto questo [cioè che l’esperienza pura non è né fisica, né psichica, perché precede logicamente tale distinzione] in una frase: “Tra concetti e realtà esisterà sempre una discrepanza, perché i concetti sono statici, discontinui, mentre la realtà è dinamica e fluida»[R. Pirsig, Lila, p. 453]118 «Il concetto può essere definito come la rappresentazione mentale di una categoria, rappresentazione che consente al soggetto di distinguere tra esemplari che appartengono a quella categoria e d esemplari che non vi appartengono»[B.Benelli, Lo sviluppo dei concetti nel bambino, p. 7119 Possono anche essere definiti come costanti percepite negli oggetti o negli eventi o in testimonianze /simboli /rappresentazioni di eventi e oggetti, definite attraverso un’etichetta.120 J.Novak, L’apprendimento significativo, p.55]

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conoscenza prodotte dalle indagini che sono state fatte in precedenza e guidano l’osservazione e l’analisi dei dati nelle indagini successive.

Le teorie sono delle idee che spiegano perché determinati fenomeni dell’universoavvengono in un certo modo121.

I principi ci dicono il come dei fenomeni (come appaiono, come si evolvono), mentre leteorie di dicono i perché.

1.3. La rappresentazione della conoscenza

Una mappa concettuale è una rappresentazione della conoscenza. Essa è uno strumentoutile per far emergere i significati insiti nei materiali da apprendere. Una mappaconcettuale è una rappresentazione della rete di informazioni riguardanti la struttura dellaconoscenza122.«Si apprende più facilmente quando si possono classificare i nuovi concetti o i nuovisignificati in concetti più ampi e quindi più inclusivi: le mappe concettuali dovrebberoperciò assumere una configurazione gerarchica, cioè al vertice della mappa dovrebberotrovarsi i concetti più generali e inclusivi e più in basso quelli via via più espliciti eparticolari […]Le relazioni di sovra- e sotto-ordine tra concetti non rimangono le stesse per segmentidiversi dell’apprendimento: ci sembra che l’analogia con un piano deformabile di gommarenda bene questo aspetto delle mappe concettuali, per cui quasi ogni concetto può essere“tirato su” fino a occupare una posizione sovra-ordinata, e tuttavia mantenere relazioniproposizionali significative con gli altri concetti della mappa.»123

Altri modi di rappresentazione della conoscenza sono quelli tipici delle culture orali124

(associazione di poesia musica e danza, proverbi), la scrittura, i manuali (stampa), lesimulazioni125.

121 «Andare al di là dei fenomeni per capirli e scoprirne le cause è il compito che nella scienza svolgono le teorie.Una teoria scientifica è un insieme di concetti e di idee con il quale lo scienziato cerca di individuare quali sono le entità, i meccanismi, i processi che stanno dietro ai fenomeni e che spiegano perché i fenomenti sono quelli che sono, perché ci sono certe regolarità, perché succedono certe cose invece di altre. Sono le teorie che permettono allo scienziato non soltanto di conoscere ma anche di capire la realtà.» [D. Parisi, Simulazioni. La realtà rifatta nel computer, Il mulino 2001, p.17]122 «La costruzione di mappe concettuali è uno dei tanti modi di tradurre in una rappresentazione comunicabile lapropria conoscenza, ma non è il solo […]Ogni tipo di rappresentazione filtra la conoscenza attraverso le sue regole di riproduzione e stimola a ripensare ciò ceh si conosce sotto angolature diverse, dà risalto a certe relazione piuttosto che ad altre. L’uso dei tanti modidi schematizzare permette di capire il rapporteo tra realtà e sua rappresentazione e abitua ad usare correttamente imodelle del reale presentati dalle figure dei libri, dalle mostre dei musei, dalle immagini cinematografiche.» [S.Caravita, Introduzione all’edizione italiana di J. Novak, D. Gowin, Imparando a imparare, SEI 1989, p.10]123 J. Novak, D. Gowin, Imparando a imparare, SEI 1989. pp. 31-32124 «… le società orali hanno di solito affidato le responsabilità del discorso conservato a una associazione di poesia, musica e danza.» [E.Havelock, La musa impara a scrivere, p.92]125 «Tutti questi diversi modi tradizionali di esprimere le teorie nella scienza hanno in comune il fatto che le teorie sono espresse mediante simboli, si tratti di parole, formule, numeri o schemi grafici. Ora, se ci chiediamo che cosa sono le simulazioni, la risposta è che le simulazioni sono un nuovo modo di esprimere le teorie che non usa simboli. Una simulazione è una teoria scientifica espressa non con simboli ma come programma di computer. I concetti, i meccanismi, i processi, i fattori postulati da una teoria non vengono descritti da parole o simboli matematici, ma vengono incorporati in un programma di computer. Il programma gira nel computer e riproduce i fenomeni che la teoria intende spiegare. È per questo che le teorie espresse in forma tradizionale, cioècon le parole, i simboli della matematica, gli schemi grafici, si limitano a spiegare la realtà. Le teorie espresse come simulazioni la riproducono. Le simulazioni ci fanno capire la realtà ricreando la realtà nel computer.[…]Con le simulazioni non ci sono più simboli, siano essi parole, espressioni matematiche o schemi grafici, nel senso di qualcosa che deve essere percepito da una persona ed evocare dei significati nella testa di quella persona. Le teorie non debbono più produrre predizioni nella testa di qualche persona. Le predizioni sono prodotte dal computer e sono i risultati che vengono fuori quando il programma gira nel computer. Quindi le

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1.4. L’apprendimento significativo

“Per quasi un secolo, la formazione in campo educativo è avvenuta sotto il giogo dellapsicologia comportamentista, che considerava l’apprendimento come sinonimo dimodificazione del comportamento.

Noi rifiutiamo questa visione e sosteniamo invece che l’apprendimento porta amodificare il significato che l’uomo dà alla propria esperienza.”126

«L’apprendimento significativo si verifica quando chi apprende decide di mettere inrelazione delle nuove informazioni con le conoscenze che già possiede»

Un apprendimento è significativo se estende i nostri sensi e il nostro corpo, se usiamo lanuova conoscenza per cogliere aspetti nuovi della realtà che ci circonda. Solo in questomodo, infatti, l’apprendimento modifica il significato che diamo alla nostra esperienza.

Bibliografia

J. Novak, D. Gowin, Imparando a imparare, SEI 1989.

J. Novak, L’apprendimento significativo, Erikson 2001

D. Parisi, Simulazioni. La realtà rifatta nel computer, Il mulino 2001

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simulazioni sono teorie “attive”»[D. Parisi, Simulazioni. La realtà rifatta nel computer, Il mulino 2001, pp.32-33, 35]126 [Gowin, Novak — Imparando a imparare — pag. 15]

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Appendice 2 Le tecnologie della conoscenza scientifica.

Prerequisiti: calcolare la superficie di figure piane; calcolare il volume di solidi regolari.

Obiettivi cognitivi: concettualizzare il ruolo assunto dai media (strumenti materiali e conoscenza) nella conoscenza, in

particolare scientifica, che il soggetto ha del mondo; riconoscere l’utilizzo dei numeri e delle operazioni su di essi, come media per rappresentare la

conoscenza delle caratteristiche quantitative degli oggetti e degli eventi; eseguire conversioni tra multipli e sottomultipli di unità fondamentali e derivate; distinguere l'attività di misura dall'attività di calcolo; scrivere una relazione di laboratorio in formato multimediale.

Obiettivi operativi: misurare il volume dei liquidi utilizzando gli strumenti di laboratorio (cilindri graduati, pipette graduate e tarate, burette, matracci tarati, …); misurare la massa di sostanze liquide o solide con la bilancia tecnica;


Percorso base

Le estensioni materiali e immateriali dell'uomo

Per conoscere e interagire con l’universo che ci circonda noi utilizziamo i nostri sensi e,più in generale, il nostro corpo e con delle estensioni (prolungamenti) materiali(strumenti) e immateriali ( le conoscenze consolidate (media), cioè che già possediamo).127

Le protesi dentali sono da considerare uno strumento (prolungamento materiale) delnostro corpo, che ci fa recuperare, almeno in parte, una funzionalità perduta.

Le estensioni materiali più importanti per la conoscenza scientifica del mondo sonocostituite dagli strumenti scientifici, mediante i quali cogliamo le caratteristiche misurabilidegli oggetti e degli eventi.128,129

Le caratteristiche misurabili e le caratteristiche immisurabili

Gli oggetti e gli eventi hanno innumerevoli “caratteristiche”. Alcune di questecaratteristiche sono misurabili, mentre altre non lo sono. Quelle misurabili costituiscono le

127 «Quando uno scienziato si inventa una teoria, la sua teoria non nasce dal nulla. Nel formulare la teoria lo scienziato è influenzato da quello che già sa o che pensa di sapere sulla realtà, dalle teorie precedenti, dai suoi pregiudizi, dalla sua cultura, da come è fatto lui o lei personalmente. Ugualmente, quando lo scienziato osserva edescrive i fenomeni della realtà, non si tratta mai di osservazioni e di descrizioni pure, senza filtri, ma si tratta di osservazioni e descrizioni influenzate dalle idee e dai valori dello scienziato, dai suoi strumenti e tecniche di osservazione, dal suo desiderio che la sua teoria si dimostri corretta, dalle “visioni del mondo” culturalmente ereditate dallo scienziato che sono implicite nelle stesse parole che adopera per descrivere i fatti. Tutto questo mostra che non è possibile separare troppo nettamente teoria e fatti e non è possibile concepire la scienza come una impresa esente dai rischi e dalle possibilità di errore di tutte le attività umane.»[D. Parisi, Simulazioni. La realtà rifatta nel computer, Il mulino 2001, pp.19-20]128 Gli esperimenti sono degli eventi artificiali, creati dai ricercatori.129 Gli strumenti scientifici estendono la vista a spese degli altri sensi. Si può generalizzare quando detto da McLuhan a proposito degli orologi e del tempo. La nascita della scienza, con la costruzione degli strumenti e la invenzione delle grandezze scientifiche (aspetti misurabili della realtà), presuppongono una posizione dominantedella vista a spese degli altri sensi.

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grandezze fisiche. Quindi le grandezze fisiche sono le caratteristiche misurabili deglioggetti e degli eventi. Esempi di caratteristiche misurabili sono la lunghezza, il tempo, lavelocità, la temperatura. Esempi di caratteristiche non misurabili sono la bontà, la felicità,la crudeltà.

La conoscenza scientifica

Le scienze della natura prendono in considerazione principalmente le caratteristichemisurabili130. Questa è la differenza principale rispetto alla conoscenza in generale, che noiusiamo nella vita quotidiana. Tuttavia, questo non significa che le caratteristiche nonmisurabili siano meno importanti. Anzi, esse sono spesso quelle che danno più senso allanostra esistenza.

Perché la chimica e la fisica ricorrono spesso alla matematica? La chimica e la fisicasono conoscenze scientifiche e, quindi, come abbiamo visto, si occupano principalmentedegli aspetti quantitativi della realtà che ci circonda. Questi aspetti sono espressi mediantenumeri e mediante calcoli con i numeri. I calcoli sono dei ragionamenti automatici sugrandezze quantitative.

La misurazione

Per cogliere gli aspetti quantitativi di un oggetto o di un evento noi dobbiamo eseguire unamisurazione. La misurazione è un evento in cui si attribuisce un numero ad unagrandezza fisica, con l’ausilio di uno strumento e di una unità di misura . La misura diuna grandezza fisica, cioè il suo valore numerico, è data dal rapporto tra la caratteristicada misurare ed un campione di quella grandezza scelto come unità di misura. La misura diuna grandezza fisica è rappresentata da un numero e dall’unità di misura adottata permisurare la grandezza stessa.131.

I nostri sensi e il nostro corpo da soli non sono in grado di cogliere gli aspetti quantitatividel mondo che ci circonda. Per far questo abbiamo bisogno di estensioni, prolungamentidel nostro corpo. Uno strumento di misura è un prolungamento dei nostri sensi che ciconsente di cogliere alcuni aspetti quantitativi degli oggetti e degli eventi che cicircondano.

Caratteristiche degli strumenti di misura

La sensibilità di uno strumento è definita come la minima differenza che lo strumento è ingrado di distinguere tra due misure della grandezza. Se la lettura della misure vieneeffettuata sulla scala graduata dello strumento, la sensibilità dello strumento è pari alladifferenza tra due valori contigui della scala (alla divisione della scala).

L’accuratezza è la capacità dello strumento di dare una misura della grandezza quanto piùvicina possibile al valore reale. Essa viene controllata effettuando la misura di uncampione noto di quella grandezza (taratura dello strumento)

La precisione è la capacità dello strumento di dare valori quanto più possibile vicini traloro in una serie di misure effettuato sullo stesso campione della grandezza in esame.

Le cifre significative della misura sono in relazione, in primo luogo con la sensibilità dellostrumento adoperato per la misura stessa.

Le unità di misura

130 Considerazioni sulla differenza tra la Chimica e la Fisica come scienze. Chimica come scienza che opera prevalentemente per concetti e non per leggi, contrariamente alla fisica (cfr. CnS)131 Freni – Sacco, p.33-35

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Le unità di misura, ad esempio della lunghezza. Necessità di una definizione nonambigua, eventualmente del ricorso ad un campione.

Le grandezze misurabili non sono importanti solo nella scienza, anche nella vita di tutti igiorni, molte delle nostre attività richiedono una particolare attenzione agli aspettiquantitativi. Possiamo rendercene conto riflettendo sui numerosi strumenti di misura,anche se non sempre di precisione, che sono presenti nelle nostre abitazioni132.

La definizione di metro. Il metro è la distanza tra le due incisioni presenti sul metrocampione, alla temperatura di 0°C. La definizione di metro è stata più volte modificata,prendendo di volta in volta “campioni” più precisi. Attualmente è definito in base allavelocità della luce.

Altre unità di misura. Il sistema internazionale (S.I.). Multipli e sottomultipli del S.I. . Dalnano al Tera. Conversioni tra diversi multipli e sottomultipli di una stessa unità. (Spostarela virgola come prodotto per una potenza di 10; numero di posti come valoredell’esponente di 10, verso sinistra come esponente negativo, verso destra come esponentepositivo).

La superficie. Unità di misura di superficie. Multipli e sottomultipli. 1m2 visto come(1m)2. Conversioni.

Differenze tra calcolo133 e misura134. Nei calcoli le unità di misura seguono le regole e leproprietà del calcolo letterale.

Approfondimento 1

1. Errore assoluto ed errore relativo

2. Cifre significative, operazioni con numeri approssimati, regole di arrotondamento.

Nelle addizioni e sottrazioni il numero delle cifre decimali del risultato non può esseresuperiore a quello dell’addendo avente il minor numero di cifre decimali.

Nelle moltiplicazioni, divisioni, potenze e radici il risultato deve avere un numero di cifresignificative pari a quello del fattore avente il minor numero di cifre significative.135

Bibliografia

M. Fontana, G. Ghiandoni – I sistemi di misura – Editori Riuniti – 1987.

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Appendice 3 Approfondimenti leghe dentali

1. Approfondimento - Trasformazioni allo stato solido. I super reticoli.

132 Attività per casa. Individuare nella propria abitazione una decina di strumenti di misura, distinguendo quelli graduati da quelli tarati.133 «Nella vita comune calcolare è quello che gli esseri umani fanno con quei particolari simboli che indicano i numeri i le operazioni aritmetiche sui numeri […]Per calcolare che 512×6 fa 3072, ignoriamo tutto tranne la forma fisica dei simboli numerici e le regole per operare su di essi tenendo conto soltanto della loro forma fisica. Il calcolo è utile proprio per questo, perché è meccanico, cioè procede operando su simboli senza preoccuparsi del loro significato ma soltanto della loro forma fisica. Per gli esserei umani i simboli numerici e quelli delle operazioni aritmetiche ovviamente hanno certi significati ma essi ignorano tali significati quando calcolano. In un certo senso, quando un essere umano calcola funziona come una macchina, in modo meccanico».[D. Parisi, Simulazioni. La realtà rifatta nel computer, Il mulino 2001, pp.50-51]134 L'incapacità degli alunni di distinguere tra calcolo e misura è dovuta probabilmente alla poca o nulla attivitàpratica di misurazione eseguita a scuola.135 Freni – Sacco, …, p.49

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http://sites.google.com/site/mondoemotori/materiali-utilizzati-per-i-componenti-di-un-motore/chimica-dei-materiali

Gli atomi e gli ioni presenti nel reticolo cristallino, sfruttando la presenza di cavità e altridifetti reticolari, possono muoversi all'interno del cristallo anche a temperature inferiori aquella di fusione (diffusione). Questo rende possibile il verificarsi di trasformazioni nellalega, anche allo stato solido.

Una delle principali trasformazioni di questo tipo è quella che si può verificare in alcuneleghe e che va sotto il nome di trasformazioni ordine – disordine.

In queste leghe, a temperature immediatamente inferiori a quelle di solidificazione siforma una lega solida monofasica, in cui gli atomi del soluto sono dispersi casualmentenelle posizioni reticolari, in sostituzione di atomi del metallo base.

A temperature più basse diventa stabile una nuova struttura cristallina, sempremonofasica, ma caratterizzata da ordine a livello microscopico. In queste nuove strutturegli atomi del soluto occupano le posizioni del reticolo alternandosi in modo regolare conquelli del metallo base.

Le transizioni tra queste due strutture solide sono chiamate trasformazioni disordine –ordine.

Il principale sistema binario di interesse odontotecnico, in cui è possibile questo tipo ditrasformazioni, è il sistema oro – rame, di cui si riporta di seguito il relativo diagramma distato.

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2. Approfondimento – Tempra e invecchiamento

Tempra. – la tempra è un ciclo termico che ha lo scopo di far assumere al materiale unastruttura cristallina caratteristica delle alte temperature, ma instabile alle bassetemperature, che viene pertanto persa durante un raffreddamento graduale. La tempraconsiste delle seguenti tre fasi:

riscaldamento della lega ad una temperatura opportuna (a cui è stabile la fasedesiderata);

mantenimento della lega alla temperatura raggiunta per il tempo necessario;

raffreddamento rapido, per impedire che si formi di nuovo la fase stabile allebasse temperature.

La tempra può avere come effetto sia l’aumento, sia la diminuzione della durezza e dellecaratteristiche meccaniche: ciò dipende dalle caratteristiche della fase stabile ad altatemperatura (ottenuta con la tempra), rispetto a quella stabile alle basse.

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In alcuni casi la tempra ha lo scopo di ottenere una struttura monofasica (tempra disolubilizzazione).

Invecchiamento (aging)- L'invecchiamento è un trattamento termico che ha lo scopo diottenere un notevole aumento della resistenza meccanica e della durezza e una minoredeformabilità plastica della lega.

Possono essere sottoposte a invecchiamento leghe che presentano il fenomeno dellasolubilità parziale allo stato solido di uno o più componenti, decrescente con latemperatura (come le leghe argento/rame) oppure leghe con trasformazioni disordine –ordine (come quelle oro/rame)136.

Nel caso di leghe che presentano il fenomeno della solubilità parziale allo stato solido iltrattamento di invecchiamento consiste nel riscaldare una lega, in genere precedentementesottoposta ad una tempra di solubilizzazione, ad una temperatura e per un tempo tali daindurre l’inizio della precipitazione di una nuova fase, in forma estremamente fine edispersa. La lega viene quindi raffreddata bruscamente per bloccare tale precipitazionenel suo stadio iniziale

Come si è detto, l’invecchiamento si può anche ottenere con leghe che presentino laformazione di super reticoli.

Se una lega con struttura disordinata viene riscaldata ad una temperatura leggermenteinferiore all’intervallo di trasformazione e fatta permanere a tale temperatura per untempo adeguato, al suo interno avverrà parzialmente la trasformazione in soluzione solidaordinata, con una conseguente notevole distorsione del reticolo cristallino. Un successivobrusco raffreddamento conserva a temperatura ambiente questa struttura.

3. Approfondimento - Difetti nei getti

distorsioni dovute a deformazioni del modellato in cera;

distorsioni da tensioni interne dovute al raffreddamento rapido del getto;

porosità

metallo fragile

fratture

superfici rugose

risucchi

margini arrotondati

fusioni incomplete

“porosità a spillo” nella fusione

“palline o bolle di metallo” sulla fusione

“palline di rivestimento” inglobate nel metallo

imprecisione della fusione

ossidazione disomogenea

136Le leghe auree tipo III e tipo IV contengono oro e rame in percentuali tali da rendere possibile la formazione distrutture ordinate (vedi relativo diagramma di stato). Esse presentano quindi la transizione disordine – ordine e possono essere sottoposte a trattamento termico di invecchiamento.

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corrosione e decolorazione della lega

corrosione chimica

Sulle possibili cause e sui rimedi per questi inconvenienti, si veda l'opuscolo (riportatoanche in bibliografia), della nobilmetal.

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Appendice 4 Prerequisiti di matematica: le potenze e la notazione scientifica

Prerequisiti: eseguire le quattro operazioni con numeri razionali relativi indicare il valore di posizione delle cifre nella notazione decimale

Obiettivi cognitivi: eseguire le operazioni tra potenze applicando le relative proprietà eseguire calcoli con i numeri in notazione scientifica/esponenziale, arrotondando i risultati al

corretto numero di cifre significative

Tempo medio di svolgimento: 17 ore

Percorso base

1. Numeri opposti: Due numeri sono opposti se la loro somma è zero.

2. Numeri inversi: Due numeri sono inversi se il loro prodotto è uno.

3. Analogia moltiplicazione/potenza: la moltiplicazione consente la scrittura abbreviata diuna somma i cui addendi siano tutti uguali tra loro, la potenza consente la scritturaabbreviata di una moltiplicazione i cui fattori siano tutti uguali tra loro. Definizione dipotenza e suo significato: La potenza ennesima di un numero a è uguale al prodotto din fattori tutti uguali ad a. Questa definizione di potenza ha significato solo per n intero emaggiore di due (in caso contrario non è possibile il “prodotto di n fattori).

4. Traduzioni linguaggio simbolico linguaggio verbale.

5. Le proprietà delle potenze: proprietà del prodotto, del quoziente e della potenza.

6. Il prodotto di due o più potenze della stessa base è uguale ad un’altra potenza, che haper base la stessa base e per esponente la somma degli esponenti: an × am × ap = an + m

+ p

7. Il quoziente di due potenze della stessa base è uguale ad un’altra potenza, che ha perbase la stessa base e per esponente la differenza degli esponenti:

an : am = an - m

8. L’applicazione della proprietà del quoziente porta ad espressioni prive di senso, in basealla definizione adottata di potenza. Queste espressioni sono: a1 , a0 , a-n .

9. La definizione di potenza viene “estesa”, per rendere sempre possibile l’applicazione dellaproprietà del quoziente. La potenza ennesima di un numero a (diverso da zero) èuguale: al prodotto di n fattori tutti uguali ad a, se n 2

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12. La potenza di un prodotto è uguale al prodotto delle potenze di ugual esponente deisingoli fattori.

(a × b × c…)n = an × bn × cn …

13. La potenza di un quoziente è uguale al quoziente delle potenze di ugual esponente deldividendo e del divisore:

(a : b)n = an : bn

14. Le potenze di dieci e il loro valore.

15. Il valore di una potenza di dieci con esponente non negativo si ottiene scrivendol’unità seguita da un numero di zeri uguale al valore dell’esponente.

16. Il valore di una potenza di dieci con esponente negativo si ottiene dall’unitàspostando la virgola verso sinistra di un numero di posti uguale al valoredell’esponente.

17. Moltiplicazione e divisione di un numero per una potenza di dieci. Collegamento allospostare la virgola e aggiungere zeri.

18. La moltiplicazione di un numero per una potenza di dieci si esegue spostando lavirgola di un numero di posti pari al valore dell’esponente, verso destra sel’esponente è positivo, verso sinistra se è negativo.

19. La divisione (operazione inversa della moltiplicazione) di un numero per unapotenza di dieci si esegue spostando la virgola di un numero di posti pari al valoredell’esponente, verso sinistra se l’esponente è positivo, verso destra se è negativo.

20. La notazione decimale. Valore di posizione delle cifre. Nella notazione decimale le cifrehanno un valore che dipende anche dalla posizione occupata. Ad esempio nel numero 325il 5 occupa la posizione delle unità, il 2 la posizione delle decine, il 3 la posizione dellecentinaia. Infatti il numero 325 può essere scomposto nella seguente somma:

325 = 3 centinaia + 2 decine + 5 unità

Oppure, tenendo conto del fatto che le unità, le decine, le centinaia, corrispondono adaltrettante potenze di dieci:

325 = 3×102 + 2×101 + 5×100

In modo analogo il numero 5632,21 può essere espresso come:

5632,21 = 5 migliaia + 6 centinaia + 3 decine + 2 unità+ 2 decimi+ 3 centesimi

Cioè:

5632,21 = 5×103 + 6×102 + 3×101 + 2×100+ 2×10-1+ 3×10-2

21. La notazione esponenziale e la notazione scientifica. Lo stesso numero può essere scrittoin notazione decimale, in molte possibili notazioni esponenziali, in notazione scientifica.Prendiamo come esempio il numero 721. Esso possiamo scriverlo come:

721 = 721 unità = 72,1 decine = 7,21 centinaia = 0,721 migliaia = …

Oppure, ricorrendo alle corrispondenti potenze di dieci:

721 = 721×100 = 72,1×101 = 7,21×102 = 0,721×103 = …

Dopo l’usuale forma decimale sono riportate tante notazioni esponenziali dello stessonumero: una sola di esse, quella evidenziata in grassetto, è la notazione scientifica. Unnumero è in notazione scientifica quando è espresso in funzione del valore diposizione della sua cifra più significativa (cioè di quella cifra, diversa da zero, che

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