Формовочные материалы

Технологической стадией, предваряющей литье металлических сплавов, является формовка.

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

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

Формовочные материалы должны обладать следующими свой­ствами:

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

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

— затвердевать в пределах 7-10 мин;

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

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

В создании расширяющейся литейной формы играют роль четы­ре механизма:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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