1
/ 2 0 1 2
53
T E C H N I K A
D E N T Y S T Y C Z N A
Fizykochemiczne
podstawy lutowania
w technice dentystycznej
uzyskanie trwałej adhezji. Jeżeli
jednak pomiędzy te powierzchnie
zostanie wprowadzona cienka war-
stwa substancji płynnej, która wy-
pełni istniejące nierówności, nastąpi
silne przyleganie tych powierzchni
do siebie. Substancja taka powinna
mieć łatwość wpływania do istnieją-
cych mikrozagłębień. Cecha ta nosi
nazwę zdolności zwilżania i im jest
ona większa, tym silniejsza adhezja
pomiędzy zwilżoną powierzchnią
a substancją.
Zdolność płynu do zwilżania mie-
rzy się za pomocą kąta zwilżania (kąt
kontaktu), którym jest kąt utworzony
pomiędzy kroplą substancji zwilżają-
cej a zwilżaną powierzchnią (rys. 1)
(2). Jeżeli przyciąganie pomiędzy czą-
steczkami płynu zwilżającego a po-
wierzchnią, na której się znajduje,
jest niewielkie, płyn ma tendencję
do tworzenia kropli, a tworzący się
pomiędzy płynem a powierzchnią kąt
jest bardzo duży. Natomiast gdy wza-
jemne przyciąganie jest duże, płyn
łatwo rozpływa się po powierzchni,
a kąt zwilżania zmniejsza się. Sub-
stancja o idealnych właściwościach
adhezyjnych powinna tworzyć tak
Proces lutowania składa się z kilku
etapów, do których należą: ukształ-
towanie i oczyszczanie łączonych po-
wierzchni, nagrzanie ich do tempera-
tury bliskiej temperaturze topnienia
lutu, nałożenie topnika, stopienie
lutowia i wprowadzenie go pomię-
dzy łączone elementy, co prowadzi
do wzajemnej dyfuzji łączonych me-
tali oraz ciekłego lutu, a następnie
schłodzenie i skrzepnięcie lutowi-
ny (1). W praktyce powyższe etapy
z reguły wzajemnie się zazębiają,
a niektóre z nich przebiegają wręcz
równocześnie, jak na przykład na-
grzewanie metalowych elementów
i topienie lutu. Zadowalająca jakość
i trwałość połączenia są w tym przy-
padku uzależnione nie tylko od odpo-
wiednio dobranej dla danego metalu
temperatury oraz użycia właściwe-
go lutowia, lecz przede wszystkim
od zdolności dokładnego przylega-
nia lutu do łączonych powierzchni
(1). Po przyłożeniu do siebie dwóch
idealnie gładkich powierzchni kon-
taktują się one mikroskopowo tylko
wystającymi cząsteczkami, co unie-
możliwia bezpośredni kontakt po-
zostałych cząsteczek, a tym samym
TITLE
Soldering in dental technology
and the physical-chemical process
involved
SŁOWA KLUCZOWE
lutowanie,
adhezja, energia powierzchni
STRESZCZENIE
Proces lutowania
składa się z kilku etapów. Zadowalająca
jakość oraz trwałość połączenia
są w tym przypadku uzależnione
od wielu czynników.
KEY WORDS
soldering, adhesion,
surface energy
SUMMARY
The soldering process
involves steps which in many cases.
In order to achieve satisfactory results
and create a durable soldered joint
it is important that the procedure
be performed.
mgr inż. Arkadiusz Kubik
1
, dr hab. n, med. Mariusz Pryliński
2
, prof. dr hab. med. Honorata Shaw
3
L
utowanie jest procesem
polegającym na łączeniu
metali lub ich stopów
za pomocą lutowia, którego
temperatura topnienia
jest niższa od temperatury
łączonych elementów.
N
O W O C Z E S N Y
T
E C H N I K
D
E N T Y S T Y C Z N Y
54
T E C H N I K A
D E N T Y S T Y C Z N A
cienką warstwę, że kąt zwilżania jest
bliski zeru (3, 4). Na zdolność zwil-
żania ma również wpływ energia po-
wierzchni, która jest spowodowana
różnicą pomiędzy siłami przyciągania
atomów wewnątrz ciała stałego, gdzie
to przyciąganie jest wzajemne, a tym
samym zrównoważone we wszyst-
kich kierunkach, a siłami przyciąga-
nia atomów znajdujących się na po-
wierzchni, które są przyciągane tylko
przez atomy z nimi sąsiadujące i znaj-
dujące się pod nimi (3, 5). Ze względu
na fakt, że nic nie równoważy ich sił
przyciągania skierowanych na ze-
wnątrz, ta niezrównoważona energia
tworzy energię powierzchni (5).
Na energię powierzchni wpływ
ma również obecność czynnych grup
chemicznych oraz budowa kryszta-
łów tworzących siatkę przestrzenną
określonego ciała stałego. Im wyższa
jest energia, tym łatwiejsze jest zwil-
żanie powierzchni, a co za tym idzie
uzyskanie zadowalającej adhezji. Sku-
teczność zwilżania zależy również
od czystości zwilżanej powierzchni
oraz lepkości i napięcia powierzch-
niowego substancji zwilżającej.
Te dwa ostatnie elementy wpływają
w sposób bezpośredni na zdolność
wpływania substancji zwilżającej
do mikroretencyjnych zagłębień po-
wierzchni (3, 5).
Roztopione metale oraz stopy
metali charakteryzują się różnymi
wartościami napięcia powierzch-
niowego. Pierwiastki, takie jak sód,
bizmut i ołów, zmniejszają napięcie
powierzchniowe lutów na osnowie
cyny, natomiast miedź, kadm, man-
gan, cynk i aluminium je zwiększają.
W przypadku lutów na bazie ołowiu
zmniejszenie napięcia powierzchnio-
wego powodują sód, bizmut, potas
i wapń.
W procesie lutowania niezwykle
istotne znaczenie ma lejność lutu,
czyli zdolność wypełniania drobnych
szczelin pod wpływem działania siły
ciężkości. Lejność ciekłego metalu
jest uzależniona od różnicy wielko-
ści pomiędzy początkową i końcową
temperaturą krzepnięcia. Im większa
jest ta różnica, tym gorsza lejność
metalu. Dlatego też lutowia powinny
mieć możliwie mały zakres różnic po-
między omawianymi wartościami, jak
to ma miejsce w przypadku czystych
metali lub stopów eutektycznych (6).
D
YFUZJA
Ważną rolę odgrywa również zjawi-
sko dyfuzji, występujące pomiędzy
ciekłym lutem i metalem, polegają-
ce na przemieszczaniu się atomów
będących składnikami lutu w głąb
łączonych metali i odwrotnie. Wielko-
ścią charakterystyczną dla procesów
dyfuzyjnych jest tzw. współczynnik
dyfuzji, który określa masę metalu
w gramach, jaka podlega dyfuzji
w ciągu 1 s przez 1 cm² powierzch-
ni. Współczynnik ten zależy głów-
nie od temperatury i staje się coraz
wyższy wraz z jej przyrostem. Jednak
nadmierne podwyższenie tempera-
tury może prowadzić do nadtopienia
lutowanych krawędzi i silnego utle-
niania płynnego lutu. Dlatego też dla
każdego rodzaju lutowia określona
jest optymalna temperatura lutowa-
nia, w której dyfuzja jest zadowalają-
ca, a niekorzystne zjawiska uboczne
jeszcze nie mają miejsca (7).
S
WOBODNE
PŁYNIĘCIE
Kolejnym ważnym elementem w pro-
cesie lutowania jest swobodne płynię-
cie, które jest powiązane z napięciem
powierzchniowym roztopionego lu-
towia. Oba te parametry kontrolu-
ją działanie kapilarne, co sprawia,
że roztopiony metal penetruje drobne
szczeliny pomiędzy łączonymi ele-
mentami. Lutowia o niższej próbie
są bardziej płynne w stanie stopio-
nym niż lutowia o wyższej próbie
z powodu mniejszej zawartości złota
oraz obecności małych ilości metali
stapiających, takich jak cyna i cynk.
Z tego też względu do łączenia okre-
ślonych elementów aparatów orto-
dontycznych korzystniejsze wydają
się być lutowia o niższej próbie, po-
nieważ szybciej i swobodniej zapły-
wają do dostępnych obszarów.
1
Studium Doktoranckie,
Zakład Technik i Technologii Dentystycznych
Uniwersytetu Medycznego
im. K. Marcinkowskiego w Poznaniu
2
Zakład Technik i Technologii Dentystycznych
Uniwersytetu Medycznego
im. K. Marcinkowskiego w Poznaniu
3
Emerytowany profesor
Uniwersytetu Medycznego
im. K. Marcinkowskiego w Poznaniu
Piśmiennictwo
1. Anusavice K.: Skinner’s science of dental ma-
terials. 11
th
. PA, W.B. Saunders, Philadelphia
2003.
2. Jaroszyk F.: Biofizyka. PZWL, Warszawa
2008.
3. Limanowska H.: Adhezja tkanek zęba i ma-
teriałów dentystycznych oraz warunki jej
uzyskania. „Pozn. Stom.”, 1991, 75-80.
4. Newman G.E.: Adhesion and orthodontic
plastic attachments. „Am. J. Orthod.”, 1969,
56, 573-588.
5. Pryliński M.: Mosty adhezyjne oparte
na wkładach koronowych. Elamed, Katowice
2010.
6. Radomski T., Ciszewski A.: Lutowanie.
„NTD”, 1979, 5, 63.
7. Ciszewski A., Radomski T., Szumer A.: Ma-
teriałoznawstwo. OWPW, Warszawa 2003.
Rys. 1. Różne kąty zwilżania pomiędzy płynem a ciałem stałym
ry
s. autor
ów