Обзор современных алмазных боров

            На современном рынке стоматологического инструмента заметно выросло разнообразие предлагаемых алмазных боров. Спектр используемого российскими стоматологами инструмента расширился до мирового выбора. 

            Как разобраться в этом обилии нового инструмента? Какой инструмент предпочесть? Алмазный гальванический или алмазный спеченный? Тем более, что в последнее время появились боры, как с однослойным алмазным покрытием, так и с многослойным, винтовые и перекрестные «торнадо».

            Современному стоматологу, независимо от специализации, приходится выполнять множество операций: резать, препарировать, корректировать, обтачивать, выравнивать, отделывать.

Обрабатывать необходимо самые разнообразные материалы: эмаль, дентин, челюстную кость, амальгаму, керамику, фарфор, цементы, металлические сплавы, композитные материалы, драгоценные металлы…

Именно поэтому используется разный инструмент для разных работ.

Существует два способа нанесения алмазного покрытия на металлические заготовки боров – это метод спекания и метод гальваностегии (гальванопластики). Причем в обоих случаях могут использоваться как синтетические (искусственные) алмазы, так и природные (натуральные) алмазы.

Изделия, получаемые этими методами, при всей внешней (нужно сказать, кажущейся) идентичности, имеют различия по своим механическим и эксплуатационным свойствам. Эти различия на первый взгляд совершенно не заметны, но  выявляются в процессе работы.

Метод спекания – это метод изготовления покрытия из порошкообразных металлов с добавлением связки (шихты) и абразивных частиц  и последующим спеканием в формах. В качестве металлической составляющей используют порошки металлов – медь, серебро, олово; в качестве шихты – стекло либо аналогичный материал. Из-за необходимости использовать большое количество связки и металлического порошка в расплаве, объем алмазных частиц не может превышать 25% объема используемой для спекания смеси. Заготовки покрывают этой смесью и спекают  в специальных формах в защитной атмосфере. Изделия формируется за счет оплавления слоя материала, соприкасающегося со стенками формы и последующего охлаждения вместе с формой. Толщина спекшегося слоя зависит от температурных режимов и состава используемой смеси. Затем заготовки опрессовывается до определенных размеров. Обработка до точных размеров и геометрии производиться механическим способом. Эти процессы делают неизбежным возникновение внутренних напряжений в инструменте. Поэтому, после опрессовывания и последующей механической доводки, необходима температурная обработка – отжиг — для снятия этих внутренних напряжений, чтобы уменьшить количество микротрещин в процессе эксплуатации.

Ступенчатые многократные нагревы делают основной металл более хрупким и подверженным излому. Это ведет к дальнейшей хрупкости покрытия, выкрашиванию алмаза, неравномерному износу бора. Сохранять точный размер (калибр) направляющего стержня становиться очень трудно. А это один из самых важных параметров в сохранности дорогостоящего наконечника и устранения биения бора в процессе работы. Кроме того, для связки и в качестве металлической основы покрытия используются металлы, имеющие невысокую (сравнительно) температуру плавления с некоторым добавлением тугоплавких металлов для повышения стойкости алмазного слоя. Но содержание тугоплавких композитов (кобальт, победит) невелико из-за невозможности однородного спекания состава при высоком содержании таких составляющих. Низкая концентрация алмазных зерен не позволяет сохранять изначальную форму и геометрические параметры, износ происходит неравномерно. Но есть и преимущество: несколько более  длительное время эксплуатации инструмента без полной потери алмаза, так как слой алмазного покрытия глубже, чем при гальванической обработке. Правда нужно помнить, что, несмотря на сохранение алмазного зерна, из-за неравномерности износа скоро меняется геометрия инструмента  и первоначальные размеры бора. По причине объемного распределения зерен алмаза в абразивном слое невозможно изготовить достаточно мелкие формы или рабочую поверхность сложной конфигурации (боры типа «торнадо») все по той же причине более толстого слоя покрытия  и дальнейшей доводки размеров и формы.

В современном производстве алмазных боров используется чаще метод гальваностегии (гальванопластики).

Метод гальванического нанесения алмазного покрытия гораздо сложнее с точки зрения химии и физики. Он основан на упорядочивании теплового броуновского движения частиц под действием электрического тока и, соответственно, осаждению их на поверхности заготовки. При пропускании через раствор электролита электрического тока, на поверхности заготовки осаждается металл (первая фаза — матрица) и частицы абразивного порошка (вторая фаза), которые цементируются матрицей. Частицы алмаза увлекаются осаждаемым металлом, закрепляются в нем и образуют новый единый композитный материал на поверхности заготовки. Вторая стадия протекает благодаря электростатическим, адсорбционным и гравитационным силам, действующим на частицу, находящуюся на поверхности катода. В качестве катода используется заготовка бора, анод – обычно стержень из металла, который осаждается на катоде, а в виде суспензии в электролите содержится никель, кобальт и алмазные зерна, где содержание алмазных зерен почти в два раза больше, чем при спекании.

Современное оборудование и отработанные режимы процесса создают при гальваностегии двойной слой зарядов, который повышает адгезию (впитываемость) частиц основным слоем материала. Получаемый в растворе суммарный электрический заряд образует двойной слой зарядов – одна часть этого слоя локализована на поверхности инструмента, а вторая в виде диффузного (проникающего) слоя распространяется в глубь металла заготовки. При этом возникает химическая адсорбция частиц на поверхности инструмента, перераспределение (выравнивание) их концентрации, что приводит к поглощению частиц поверхностью твердого тела и взаимному проникновению поверхностных слоев соединяемых веществ на молекулярном уровне. Электропроводящие частицы намного увеличивают шероховатость и, следовательно, емкость поверхности. Частицам алмазов придают дополнительное ускорение периодическим сгущением и перемешиванием концентрированного электролита. В результате всех этих операций, алмазные зерна настолько цементируются никелем (либо никелем с кобальтом), что бор можно эксплуатировать до полного износа без изменений геометрических параметров и форм. Кроме того, при электролизе из суспензии происходит также «исправление» дефектов механической подготовки (если таковые имелись, но были упущены в процессе сортировки), что дает дополнительную возможность соблюдать точность размеров и геометрии бора и соответственно повышает износостойкость инструмента. Подобный способ дает возможность за один прием наносить как однослойные, так и двухслойные алмазные покрытия.

Полученные гальваническим способом покрытия отличаются от «спекаемых» покрытий отсутствием обязательной последующей термической обработки — отжига. Поэтому практически нет внутренних напряжений и бор можно многократно нагревать в автоклаве без угрозы изменить его параметры или размеры. Гальванический способ нанесения алмазного покрытия дает возможность изготавливать достаточно мелкие формы инструмента для тонкой работы и сложные формы рабочей части – винтовые и перекрестные — «торнадо».

По плотности укладки алмазных зерен инструмент, изготовленный  гальваностегией, превышает аналогичный инструмент, полученный методом спекания в 16 раз, что резко повышает режущие свойства бора. Давление, оказываемое на инструмент в процессе работы, снижается, увеличивается срок службы турбинного наконечника.

Хотелось бы еще сказать несколько слов о различиях при использовании для создания абразивного слоя синтетических и натуральных алмазов.

Прежде всего, прекрасно известно, что не существует в природе материала, более твердого, чем натуральный алмаз. Но он дорог, а синтетические алмазы также имеют высокие показатели твердости. Но серьезный недостаток синтетического алмазного порошка, применяемого для стоматологического инструмента, по сравнению с природным – это отсутствие самозатачивания. В процессе обработки поверхности верхняя кромка грани притупляется и возникает сила резания, превышающая силы физико-химических связей. В результате происходит микро скалывание, которое создает новую грань. У синтетических алмазных зерен кристаллическая решетка не позволяет образовываться микро сколам и поэтому возникающая сила вырывает зерно из металла полностью.

            Мы изложили за и против каждого из способов изготовления алмазного покрытия. Каждая операция требует своего подхода, каждый врач имеет свои приемы работы и выбор остается за врачом. Каким же бором – спеченным или гальваническим, натуральным или синтетическим алмазом пользоваться – профессионал решает всегда сам, исходя из своих желаний и потребностей. Каждый из возможных инструментов может быть использован для конкретных работ, в зависимости от того, где и как удобнее и практичнее в работе использовать изготовленный именно этим способом бор.

            Как Вы, наверное, знаете, общепризнанными мировыми лидерами в области производства  инструментария являются фирмы Швейцарии. Одной из лучших является торговая марка DIA-TESSIN. По сложившейся традиции, эта компания применяет в производстве только высококлассные материалы и натуральные алмазы высокой чистоты фирмы De Beers. Проведенная оценка качества изготовленных инструментов поражает точностью выполненных работ. Процесс приемки производиться под микроскопом, и достоин более детального описания и отдельной публикации в будущем.

            Эти высококлассные инструменты Вы можете приобрести в России у эксклюзивного дистрибьютора фирмы «Родэн».