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NEM-Legierungen
I.
Dental-Stahl
Definition:
Was ist Stahl?
Stahl ist eine schmiedbare Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit einem Kohlenstoff-Gehalt < 2% .
Rostfreie Stähle z.B. Dentalstahl haben einen besonders geringen Kohlenstoff-Gehalt
nämlich unter 0,1%.
Weitere Bezeichnungen für Dental-Stahl:
18/8 -Stahl, V2A-Stahl, Rostfreier Stahl, Edelstahl u.s.w.
Wo wird Dental-Stahl heute in der Zahntechnik angewendet ?
Dental-Stahl wird heute nur noch als einfacher kieferorthopädischer Klammerdraht verwendet,der nicht gelötet werden darf.
Zur Beachtung:
Für den sogenannten Stahlguß wird kein Dental-Stahl verwendet.Hierfür verwendet man heute Kobalt-Chrom-MolybdänLegierungen. Bis in die sechziger Jahre wurde hierfür tatsächlich Dental-Stahl verwendet,der jedoch durch die besseren CoCr-Mo-Legierungen ersetzt wurde.Der heute falsche Ausdruck ist also historisch bedingt.
Zusammensetzung von Dental-Stahl:
Fe : ca. 75%,
C : <0,1%
Cr : ca. 18%
Ni : ca. 8%
daher die Bezeichnung 18/8 -Stahl
Warum darf einfacher Dental-Stahl Klammerdraht nicht gelötet werden ?
Klammerdrähte müssen sehr hart sein damit einer gute Federwirkung zustande kommt.Die Härte der Klammerdrähte ist eine
Kaltverformungshärte die durch den Ziehvorgang erreicht wurde.Dental-Stahl hat eine sehr kurze Weichglühdauer. Wird ein
solcher Draht gelötet,dann erfolgt durch den Lötvorgang ein gleichzeitiges Rekristallisationsglühen.Die Kaltverformungshärte
wird hierdurch rückgängig gemacht und die Klammer ist dadurch weich.Eine weiche Klammer federt jedoch nicht mehr.
Bei einfachem Maschinenbaustahl könnte die verlorengegangene Härte durch einen Vergütungsvorgang wiedergewonnen
werden.Rostfreie Stähle sind jedoch wegen des geringen Kohlenstoffgehalts nicht vergütbar. Die Klammer ist also nach einem
Löten nicht mehr verwertbar.
Zur Beachtung: Ein Vergüten nach dem Weichglühen ist jedoch bei Edelmetall-Klammerdrähten möglich.Ein Weichglühen
macht die Klammer leichter verformbar und durch Härten kann dann die Federkraft wieder hergestellt werden.
II.Kobalt-Chrom-Molybdän- Legierungen
Verwendung in der Zahntechnik: Diese Legierungen werden ausschließlich in der Gießtechnik verwendet als
Modellgußlegierungen z.B. für partielle Prothesen (sogen. Stahlgußplatten).
Diese Legierungen haben den früher verwendeten Dental-Stahl vollkommmen ersetzt.Der sogenannte Stahlguß hat also heute
mit Stahl nichts mehr zu tun.
Typische Firmen-Marken: Wisil (Krupp), Biosil (Degussa),Resilium (Renfert),Wironium (Bego) ,Remanit (Dentaurum) u.s.w.
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Zusammensetzung:
Co : 60%-65%
Cr : 27% - 31 %
Dichte: 8,3 g/cm3
Mo : 4,5% - 5,5%
C : 0,3%
Schmelzbereich : 1350°C - 1425°C
Eigenschaften: Diese Legierungen haben eine besonders dünnflüssige Schmelze und dadurch eine hervorragende
Gießfähigkeit (Im Gegensatz zum Dental-Stahl!). Es können also sehr grazile Formen gegossen werden.
Die hohe Korrosionsbeständigkeit ist durch den Chromgehalt bestimmt.(Passivierung der Oberfläche durch Oxidbildung)
Zusätzlich wird durch den hohen Schmelzpunkt von Molybdän eine Kornverfeinerung verursacht und dadurch Härte und
Korrosionsbeständigkeit erhöht.Das hexagonale homogene
Mischkristallgefüge erhöht außerdem die Härte und verhindert elektrochemische Korrosion.Die Härte dieser Legierungen
wird außerdem wesentlich durch den geringen Kohlenstoffgehalt bestimmt.Es bilden sich Karbide
(Chromkarbid,Molybdänkarbid) die die Härte und Sprödigkeit der Legierung stark beeinflussen.
Wird dieser Kohlenstoffgehalt nur gerinfügig verändert z.B. Durch Aufkohlung der Schmelze während dem
Gießvorgang,dann wird hierdurch die Härte wesentlich gesteigert und es kommt zur Versprödung der Legierung
(Bruchgefahr).
Verarbeitungshinweise:
Beim Schmelzen mit offener Azetylenflamme ist eine Aufkohlung durch richtige Brennereinstellung und richtigen
Brennerabstand zu vermeiden.Besser: Vakuum-Hochfrequenz-Tiegelschleuder verwenden.
Die Schutzschlacke darf während des Schmelzens nicht zerstört werden .Die Schmelze darf nicht spiegeln. Die
Schutzschlacke schützt die Schmelze vor weiterer Oxidation.Kein Schmelzpulver erforderlich.
Die hohe Schwindung im festen Zustand nach dem Guß (2,5% lin.) macht phosphatgebundene Cristobalit-Einbettmassen
erforderlich.
Die hohe Härte und der hohe Elastizitätsmodul der Legierung (210 000 ) erlauben,daß Klammern als sogenannte
Gußklammern beim Modellieren in die gegossene Prothesenplatte miteinbezogen werden können.Durch ein sogenanntes
Anlaßglühen kann die Karbidausscheidung im Kristallgitter gefördert werden und dadurch noch gesteigert werden. (Ähnlicher
Vorgang wie beim Vergüten)
III. Kobalt-Chrom-Nickel-Legierungen (Wiptam)
Diese Legierungen sind speziell für die Zahntechnik entwickelte lötbare Klammerdrahtlegierungen.Sie sind besonders für die
Kaltverformung geeignet (Klammern biegen).Sie haben eine hohe
Dehnbarkeit und schon eine geringe Kaltverformung hat eine wesentliche Steigerung der Kaltverformungshärte und der
Elastizität zur Folge.
Zusammensetzung:
Co: 45%
Cr: ca. 27%
Ni: ca. 25% sowie geringfügig C,Fe,Mn
Warum können Co-Cr-Ni-Drähte gelötet werden ?
Im Gegensatz zum 18/8-Stahl haben Co-Cr-Ni-Legierungen eine lange
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Weichglühdauer und hohe Weichglühtemperatur,sodaß ein kurzfristiges Glühen wie beim Löten keine Rekristallisation zur
Folge hat.Die Kaltverformungshärte bleibt erhalten.
IV.
Nickel-Chrom-Legierungen
Diese kostengünstigen NEM-Legierungen werden meist in Verbindung mit Haftoxidbildnern
als keramisch verblendbare NEM-Legierungen für große Brücken verwendet.Wegen des hohen Nickelgehalts jedoch wird die
Biokompatibilität dieser Legierungen in der Fachliteratur immer wieder in Frage gestellt.
Typische Markennamen:Wiron 88 , Wiron 99, Remanium,Rexilium,Wirolloy,Duceranium u.s.w.
Zusammensetzung: (Hauptbestandteile)
Nickel : 59% - 75% , Chrom : 13% - 26%, Molybdän : ca. 5% - 10%
Dichte: 8 - 8,5 g/cm³
(sowie Haftoxidbildner bei Aufbrennlegierungen)
Schmelzbereich: ca. 1200 °C - 1400 °C
Die Legierungen haben einen hohen Elastizitäts-Modul d.h. es sind hohe Kräfte erforderlich um eine
elastische Verformung zu bewirken.Auch bei längeren Brücken ist ein Abplatzen der Keramik bei Kaubelastung nicht zu
befürchten.Die hohe Härte und Biegefestigkeit erlaubt grazile Gerüste und dünne Kappen (0,2 mm Wandstärke) Wie bei den
Co -Cr-Mo -Legierungen sind die mechanischen Eigenschaften stark vom Kohlenstoffgehalt abhängig. (Versprödung durch
Aufkohlung)
Bei Gießvorgang mit neutraler Flamme arbeiten.Keinen Kohletiegel verwenden.Immer nur neues Material
verwenden.Schmelze darf nicht spiegeln.Wegen der Toxizität der Schwermetalle ist bei der Verarbeitung von NEM Legierungen ist ein Einatmen der Metalldämpfe zu vermeiden . Beim Schleifen unbedingt Absaugung einschalten.
V. Reintitan
Technische Daten: Schmelzpunkt 1668 °C, Dichte 4,51 g/cm³
Der in der Zahntechnik verwendete Ausdruck "Reintitan" ist nicht ganz richtig.
Nach DIN 17850 sind dem Titan geringste Mengen Fremdstoffe beigemischt,die wesentlich die
mechanischen Werkstoffeigenschaften bestimmen.Dies sind bis zu 0,05% Stickstoff, 0,06% Kohlenstoff
und 0,013% Wasserstoff sowie Sauerstoff. Durch die bewußte Zugabe von Sauerstoff können die
mechanischen Werkstoffeigenschaften gezielt beeinflußt werden.Je nach Sauerstoffgehalt wird
Reintitan in vier Gruppen eingeteilt, mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften je nach prothetischer Indikation:
Sauerstoffgehalt
Vickershärte
HV
Zugfestigkeit
N/mm²
Bruchdehnung
%
Ti 1
0,12%
120
350
45
Ti 2
0,18%
150
470
35
Ti 3
0,25%
170
560
25
Ti 4
0,35%
200
640
25
Ti 1 wird z.B. für Brücken und Kronen verwendet sowie für Aufbrennarbeiten.
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Ti 4 verwendet man für Modellgußprothesen.
Prothetische Eigenschaften:
Titan hat als Prothesenwerkstoff viele Vorzüge:
1. Äußerst Korrosionsbeständig durch Passivierung.
2. besonders gute biologische Verträglichkeit
3. geschmacksneutral
4. geringe Wärmeleitfähigkeit
5. röntgenstrahlendurchlässig,ermöglicht die Kontrolle überkronter Zähne
6. Geringe Dichte
Verarbeitbarkeit
Die positiven prothetischen Eigenschaften werden leider durch eine besonders schwierige Verarbeitbarkeit zum Teil
aufgehoben.Die Gießbarkeit ist nur mit aufwendigen Vakuum-HF-Anlagen möglich.
1) Hohe Gießtemperatur (ca. 1800°C)
2) Hohe chemische Affinität im geschmolzenen Zustand zu Kohlenstoff,Stickstoff,Wasserstoff,Phosphaten,Sulfaten und
Sauerstoff,deshalb Vakuum erforderlich
3) Besondere Einbettmassen sind erforderlich,wegen den obengenannten Gründen
4) Wegen der geringen Wärmekapazität von Titan muß der Gießvorgang schnell erfolgen. Geringe Gußverzugszeit.
5) Im gegossen Zustand hat das Gußobjekt eine Art Zunderschicht (- case-Schicht)
die relativ dick ist (100 µ bis 200 µ) mit negativen Eigenschaften und deshalb entfernt werden muß.
6) Oberhalb 805°C nimmt Titan Sauerstoff auf und macht bei 882°C eine Gefügeumwandlung durch,die mit einem
Volumensprung verbunden ist. Dies erfordert spezielle keramische Massen mit entsprechenden niedrigen Brenntemperaturen.
7) Die Abkühlung im festheißen Zustand sollte bei Titanguß schnell erfolgen (Abschrecken, kalte Muffel), denn je langsamer
die Abkühlung umso dicker ist die unerwünschte - case-Schicht.Diese muß spanabhebend entfernt werden und beinträchtigt
dadurch auch die Paßgenauigkeit.Ein weiterer Grund für die schnelle Abkühlung ist die Gefügeumwandlung bei 882° C.
Oberhalb der Kristallumwandlungsgrenze ist das Gefüge kubisch-raumzentriert und damit härter und hat bessere mechanische
Eigenschaften.Unterhalb 882° C ist das Gefüge hexagonal. Bei einer schnellen Abkühlung bleibt das kubisch-raumzentriete
Gefüge erhalten und die mechanischen Eigenschaften entsprechen dann denen von extraharten Edelmetall-Legierungen.
8) Titan schmiert bei spanabhebender Verarbeitung. Dies kann durch kreuzverzahnte Fräser etwas vermindert werden.
9) Nach und während der spanabhebenden Bearbeitung muß ein Kontakt mit Wasser vermieden
werden bis die Passivierungsschicht wieder hergestellt ist (ca. 10 min.) Sonst bilden sich Flecken.
NEM-Legierungen
1) Was ist Stahl ? (keine Co-Cr-Mo-Legierung!)
2) Warum darf einfacher Dental-Stahl-Klammerdraht nicht gelötet werden?
3) Nennen Sie drei NEM-Legierungen, deren Zusammensetzung und deren Anwendung in der
Zahntechnik.
4) Welche besondere Eigenschaften haben Edelmetall-Legierungen und NEM-Legierungen für
zahntechnische Zwecke. (je 6 Beispiele)
5) Wie unterscheiden sich die Titansorten Ti 1 bis Ti 4 in der Zusammensetzung und in ihren
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mechanischen Eigenschaften ?
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