Složení a výroba keramických hmot

Základními složkami porcelánu jsou živec, křemen a kaolin. Průmyslové porcelány obsahují nejvíc kaolinu (45-65 %), méně křemene (18-33 %) a nejméně živce (12-30 %).

  • Živec, nejčastěji hlinitokřemičitan draselný, je velmi rozšířený nerost (K2O . Al2O3 . 6 SiO2). Do porcelánů a zvláště do dentální keramiky se používají jen nejčistší druhy, protože nečistoty v podobě kovových oxidů by mohly zbarvovat hotový výrobek. Ze všech složek taje živec při nejnižší teplotě (do 1 300 °C), a působí proto při tovární výrobě jako tavidlo, které spojuje ostatní složky a snižuje jejich teplotu tání. Zvyšuje zároveň pevnost vypálené hmoty a podrží si tvar, do něhož byl zformován.
  • Křemen, oxid křemičitý - SiO2, musí být opět zcela čistý, neznečištěný stopami oxidů železa. Při pálení se vlivem svého vysokého bodu tání (až 1 700 °C) nemění a zajišťuje stabilitu a tvar výrobku. Vytváří tak vnitřní pevnou strukturu, která je základem pro zbývající složky a dodává keramické mase transparenci. Jeho množství přesto v různých výrobcích kolísá a zdá se, že moderní typy dentálních keramických materiálů jsou zcela bez křemene nebo jej obsahují pouze nepatrné množství.
  • Kaolin je technický název pro sedimenty složené z kaolinitu, křemene, slídy a jílu. Vlastní surovinou pro výrobu porcelánu je kaolinit, zásaditý křemičitan hlinitý Al2O3.SiO2.2H2O vznikající větráním živců (tzv. kaolinizací).
  • Kaolinit bez slídy a jílu je bílá hlinitá hmota a má ze tří hlavních složek nejvyšší bod tání (1750 °C). S vodou vytváří plastickou hmotu, která udrží tvar po vysušení i po vypálení. Při vysokých teplotách se však výrazně smršťuje. Keramické hmoty pro výrobu umělých zubů obsahují nepatrné množství kaolinitu (do 4 %), ostatní hmoty neobsahují zpravidla žádný a je nahrazen oxidem hlinitým.
  • Oxid hlinitý (Al2O3, alumina) má příznivý vliv na vlastnosti keramických hmot: zvyšuje dvojnásobně pevnost v ohybu, pětinásobně pevnost v lomu a podstatně také odolnost proti tepelným změnám. Zlepšuje i estetiku dentálních keramických výrobků. Přesný podíl oxidu hlinitého obvykle neznáme, základní hmota bývá někdy z čistého Al2O3, ostatní dentinové a sklovinové masy bývají ze směsi (až 50 %) s ostatními složkami. Aluminová keramika je základem celé moderní metalokeramické éry.
  • Oxid zirkoničitý (ZrO2), se stává dominantní přísadou do celokeramických hmot, které pak vynikají přesností, pevností a tvrdostí, estetikou, biokompatibilitou a chemickou stálostí.
  • Složením se už zcela liší od starší keramiky a mohou se např. skládat z oxidu hlinitého a zirkoničitého, karbidu a nitridu křemíku.
  • Glazury jsou rozmanitého složení i vlastností a keramice zaručují hladkou homogenní povrchovou vrstvu. Jsou to sklům podobné látky s množstvím tavidel.
  • Barevné pigmenty jsou anorganického původu. Přidány v malých množstvích zajišťují po vypálení barvu přirozeného zubu. Připravují se stavením oxidů nebo solí různých kovů se sklem a živcem; vychlazená směs se mele na prášek, který se pak přidává ke keramické hmotě (sloučeniny stříbra barví oranžově, chromu zeleně, kobaltu modře, niklu šedě, železa červeně nebo žlutě). Obarvení anorganickými pigmenty se projeví až po vypálení. K snazšímu nanášení jednotlivých vrstev při modelaci se přidávají organická barviva, jež při vypálení shoří beze zbytku – proto se užívá pastelových barev, které se u přirozených zubů nevyskytují. Kromě uvedených barviv se přidávají ještě fluorescentní barvy (oxid ceru), které zaručí stejný vzhled umělé náhrady při denním i umělém světle. Pro dosažení opacity se přidává oxid cínu, titanu a zirkonia.
  • Tavidla se přidávají v množství 10-20 %; bývají to např. borax (Na2B4O7 . 10 H2O), uhličitan sodný (Na2CO3), uhličitan draselný (K2CO3) a fosforečnan draselný (K3PO4). Používají se pro snížení bodu tání keramické směsi.

Přesné složení dentálních keramických hmot není u jednotlivých preparátů úplně známé, liší se však podstatně od průmyslového porcelánu. Obvykle obsahují jako základ 70-80 % živce, 10-20 % křemene, 10-20 % tavidel, barviva a lepivé hmoty (pojiva) k usnadnění modelace. Tato základní směs se v různém poměru mísí s oxidem hlinitým nebo zirkoničitým podle druhu a užití příslušné masy.

K docílení homogenity a k ovlivnění tavicí teploty, transparence a mechanických vlastností jsou základní součásti předem tepelně zpracovávány stavením, tzv. fritováním, při němž se ve směsi vytvoří makromolekulární řetězce SiO2. Materiál tak získává amorfní sklovitou strukturu s vyšší transparencí a současně se výrazně sníží teplota tání potřebná při vlastním laboratorním zpracování. Teprve takto získaná frita se mele na jemný prášek – keramickou hmotu k laboratornímu zpracování.

Konzistence keramických hmot je pískovitá a k umožnění modelace přidává výrobce pojidla, která ve směsi s vodou práškovité částice slepí. Jsou to organické látky jako dextrin nebo škrob a při vypalování shoří beze zbytku.

Všechny suroviny pro přípravu frity jsou práškové. Po fritování se znovu rozemelou a teprve potom se přidávají jmenované organické součásti, nutné pro vlastní laboratorní zpracování.