Les revêtements compensateurs

Les revêtements compensateurs

Introduction

La réalisation de pièces prothétiques coulées (en métal ou en céramique) nécessite une mise en revêtement, celui-ci représente le moule dans lequel la pièce sera coulée. Les propriétés du revêtement doivent être en adéquation avec celles du matériau de coulée.

1. Définition du revêtement

Il s’agit d’un produit dentaire composé essentiellement d’une forme allotropique de silice capable de donner la dilatation thermique souhaitée et un liant assurant la résistance mécanique aux températures élevées. Ils sont destinés à assurer l’expansion compensatrice lors de la réalisation de pièces métalliques ou céramiques par la méthode de coulée à la cire perdue.

2. Classification des revêtements réfractaires

1. Les revêtements conventionnels

Ils sont classés selon la température de coulée :

a) Les revêtements pour coulée à basse température

Pour les alliages d’or dont la température de fusion varie entre 800°C et 950°C.

• Type I : expansion thermique
• Type II : expansion hygroscopique

b) Les revêtements pour coulée à haute température

2. Les revêtements spéciaux

a) Pour la coulée du titane

b) Pour la coulée de la céramique

c) Pour le soudage

3. Composition et rôle du composant

Les revêtements compensateurs sont composés du substrat et du liant.

1. Le substrat

Permet l’expansion thermique. La silice ou dioxyde de silicium se présente sous la forme d’un réseau tridimensionnel fait de tétraèdres SiO₄. La formule globale de la silice est SiO₂.

On connaît 8 formes de silice anhydre dont le quartz, la tridymite et la cristobalite sont les principales.

• Le quartz : sous sa forme de basse température (α), il est de structure hexagonale. À 573°C, la maille du quartz est hexagonale mais présente une organisation plus régulière. À 867°C, le quartz peut se transformer en tridymite.
• D’autres produits peuvent être utilisés pour la réalisation de moules réfractaires (à base d’alumine, de zircone ou de magnésie).

2. Le liant

Le premier liant utilisé dans la technique de la cire perdue est l’hémihydrate de sulfate de calcium. Il s’agissait de couler des alliages d’or où la température du moule pouvait rester en dessous de 700°C. Au-delà de 700°C, en présence de carbone, le plâtre se décompose en formant des oxydes de soufre qui nuisent à la qualité de l’alliage.

Il a donc fallu trouver des liants qui résistent aux températures élevées (900°C-1100°C). Ce sont :

• Les liants à base de phosphates.
• Les liants à base de silicate.

4. Rôle du revêtement

Le revêtement doit :

• Être de manipulation aisée.
• Avoir un temps de prise ni trop court ni trop long.
• Permettre une reproduction des détails morphologiques des maquettes en cire.
• Pouvoir résister à l’élévation de température et aux pressions dues à l’arrivée de l’alliage fondu dans le moule.
• Compenser la contraction de refroidissement de l’alliage.

Principe de la compensation

On distingue, lors de la coulée, les contractions suivantes :

• Contraction de solidification de l’alliage lors du passage de l’état liquide à l’état solide.
• Contraction de refroidissement de l’alliage de la limite inférieure de l’intervalle de fusion à la température ambiante. Elle peut atteindre 1,7 %.

Ces contractions seront compensées de façons différentes :

• La contraction de solidification est compensée par un apport continu de métal liquide par le biais de la nourrice.
• La contraction de refroidissement de l’alliage doit être spécifiquement compensée par une expansion contrôlée du revêtement constituant le moule. Cette expansion se fait selon 3 mécanismes distincts :
  • L’expansion de prise.
  • L’expansion thermique.
  • L’expansion hygroscopique.

1. Expansion de prise

• Résulte de la croissance normale des cristaux.
• Est de l’ordre de 4 % à l’air libre.
• Bridée par les parois du cylindre.

2. Expansion hygroscopique

• L’espace intermoléculaire est maintenu par un apport d’eau.
• Est de l’ordre de 1,2 à 2,2 %.
• Se produit dans un moule extensible.

3. Expansion thermique

• L’augmentation de la température induit un changement de la configuration spatiale des molécules de silice.
• Elle varie entre 1,25 et 2,9 % suivant le revêtement utilisé.

5. Les revêtements conventionnels

a) Les revêtements pour coulée à basse fusion

Pour une température de fusion inférieure à 800°C.

i. Revêtement à liant plâtre

Destiné à la coulée d’alliages précieux.

• Composition :
  • Poudre :
    • Hémihydrate de sulfate de calcium.
    • Silice (masse réfractaire).
    • Agents réducteurs, accélérateurs et retardateurs.
  • Liquide : eau distillée.
• Réaction de prise : Identique à celle du plâtre, avec un emprisonnement du matériau réfractaire.
• Expansion de prise : Pendant la prise, le matériau subit une expansion qui augmente par la présence de silice, elle varie entre 0,3 et 0,4 %.
• Expansion hygroscopique : Par un phénomène d’absorption, l’eau d’immersion en supplément de l’eau d’hydratation. L’expansion hygroscopique est obtenue par l’immersion complète ou partielle du cylindre dans l’eau. Cette expansion est comprise entre 1,3 et 1,8 %.

b) Les revêtements pour coulée à haute température

Ces revêtements sont caractérisés par une résistance pyroscopique.

Indications :

• Coulée des alliages non précieux (Ni-Cr).
• Coulée des alliages céramométalliques.
• Coulée des alliages d’or platinés ou palladiens.

1. Revêtements à liant phosphate

Ils sont destinés à la coulée d’alliages non précieux et d’alliages d’or à céramométallique.

• Composition :
  • Poudre :
    • Silice (quartz) : masse réfractaire.
    • Phosphate d’ammonium (liant) + magnésie.
    • Agents réducteurs.
  • Liquide : suspension aqueuse de silice colloïdale.

2. Revêtement au liant silicate

Ce type de revêtement est utilisé presque exclusivement pour les alliages Co-Cr-Mo. Il est assez peu prisé à cause de la complexité des manipulations et du caractère toxique (HCl) et dangereux (vapeurs inflammables d’alcool) de certains constituants.

Le système est généralement constitué :

• D’une poudre (silice sous forme de quartz et de cristobalite, verre) et de l’oxyde de magnésium qui permet de contrôler la réaction.
• De trois liquides (solution aqueuse de HCl, silicate d’éthyle et alcool éthylique dénaturé) servant à préparer un gel de silice tridimensionnel qui servira de matrice pour les particules réfractaires. Ces dernières fourniront l’essentiel de l’expansion.

6. Revêtements spéciaux

Revêtement pour la coulée du titane

Il doit :

• Résister à de hautes températures.
• Avoir une perméabilité gazeuse suffisante, car la coulée se fait en présence d’argon.
• Ne pas contenir de silice dans le substrat réfractaire car elle réagit avec le titane liquide.

Le substrat réfractaire peut contenir :

• Magnésie.
• Alumine.
• Oxyde de calcium.
• Silicate de calcium.
• Zirconite de calcium.

Revêtement pour le soudage

Les revêtements pour soudage sont caractérisés par une faible expansion, de façon à maintenir les pièces assemblées dans leur position exacte.

Revêtement pour la céramique

Revêtement à haute température. Un duplicata du maître modèle est réalisé avec ce revêtement. Tous les revêtements pour la cuisson de la céramique doivent être soigneusement humidifiés avant l’application de la céramique afin d’éviter une trop forte absorption du liquide du modelage de la céramique qui se fait directement sur le modèle en revêtement. Les cuissons successives se font également sur le modèle qui sera éliminé ultérieurement par sablage.

Les revêtements compensateurs

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