1998 LS 8.1 Zusammensetzung schwer

Einleitung

Warum Legierungen vs Reinmetalle?

Kurze Info wie Legierungen hergestellt werden … Schmelzen der Legierungsbestandteile und Gießen; anschließend testen der Eigenschaften

Zusammensetzung

Legierungselemente

Legierungen bestehen aus verschiedenen Elementen (siehe PSE) welche zusammengeschmolzen werden, wobei eins davon ein Metall sein muss. Dabei ist das Element mit dem größten Massenanteil das Hauptelement. Das Hauptelement hat normalerweise nicht alle Eigenschaften die wir brauchen, es ist z.B. es bricht leicht oder es ist nicht gut Verformbar. Die Elemente die hinzugefügt werden, nennt man Legierungselemente. Alle Elemente in einer Legierung zusammen sind Legierungsbestandteile.

So gilt für eine Legierung mit der Zusammensetzung Au (Gold): 55 %; Ag (Silber): 29 %; Pd (Palladium): 10 % , Zn (Zink): 1,4 % folgendes:

Hauptelement (größter Massenanteil)	Legierungselement (nicht größter Massenanteil)
Au	Pd, Ag, Zn

Es handelt sich also um eine Goldlegierung mit den Legierungselementen Silber, Palladium und Zink.

Wirkung der Legierungsbestandteile

Die Legierungsbestandteile sollen die Eigenschaften der Legierung verbessern.

GOLD Aufgrund der leichten Bearbeitbarkeit wird Gold in den meisten Dental-Legierungen als Hauptbestandteil verwendet. Es ist sehr korrosions-, anlauf- und mundbeständig, hat eine gute Festigkeit und senkt die Oxidation bei hohen Temperaturen. Gold beeinflusst das Schmelzintervall und den Wärmeausdehnungskoeffizienten. Die Geschmeidigkeit von Gold ermöglicht das Ausschlagen von Blattgoldfolien bis zu 0,0001 mm sowie auch das Ziehen von Drähten bis zu 0,003 mm. Die Eigenschaft der Kohäsivität von Gold – die Möglichkeit, Gold kalt zu schweißen – wurde früher für gehämmerte Goldfüllungen oder für Goldstopffüllungen verwendet.

PLATIN Die positiven Eigenschaften von Platin machen dieses Metall zu einem wichtigen Bestandteil in Dental-Legierungen. Platin steigert die Mundbeständigkeit der Legierung, dient als Kornfeiner und steigert die Härte. Stabilität und Warmfestigkeit werden angeho- ben, während sich die Oxidschicht verringert. Reines Platin wird als „bleitote“ Platinfolie in der Dentalkeramik zum Anfertigen von Platinkäppchen oder als Löthilfe verwendet. Nach dem Walzen durch Ausglühen ist bleitote Platinfolie vollständig rekristallisiert und lässt sich weich und geschmeidig verarbeiten. Die Wegold Platinfolie verfügt über eine Stärke von 0,027 mm.

PALLADIUM Palladium steigert die Korrosions-, Anlauf- und Mundbeständigkeit. Das Metall homogenisiert die Legierung, steigert die Härte und Festigkeit, erhöht die Warmfestigkeit und erleichtert das Vergüten. Außerdem kann durch Zusatz von Palladium das Schmelzintervall angehoben werden.

SILBER Silber steigert in Legierungen die Härte und verbessert das Fließverhalten beim Gießen deutlich. Außerdem wird die Lötfähigkeit verbessert. Bei Aufbrenn-Legierungen wird Silber als Oxidbildner und auch zum starken Anheben des Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet.

KUPFER Als Legierungszusatz steigert Kupfer die Härte und Festigkeit der Legierung. Das Metall bildet bei Aufbrenn-Legierungen ein sehr dunkelfarbiges Haftoxid. Kupfer erleichtert die Vergütbarkeit der Legierung, versprödet sie und hebt den Wärmeausdehnungskoeffizi- enten an. In der Keramik führt Kupfer nicht selten zu Verfärbungen.

ZINK Durch den Zusatz von Zink in Legierungen verbessern sich die mechanischen Eigenschaften. Die Schmelztemperatur wird herabgesetzt und die Schmelze wird dünnflüssiger. Als Desoxidationsmittel verbessert Zink außerdem die Fließfähigkeit.

ZINN Zinn bewirkt in Dental-Legierungen eine Verzerrung der Raumgitter und erzielt dadurch eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften. Es steigert die Härte und Festigkeit, verringert die Kohlenstoffaufnahme und wird zur Haftoxidbildung bei Aufbrenn-Legierungen eingesetzt. Zinn erhöht zudem die Benetzungsfähigkeit in Loten und verschiebt den Wärmeausdehnungskoeffizienten nach oben. Zu große Anteile von Zinn führen zu Inhomogenität, Versprödung oder auch zu Warmbrüchigkeit. Früher wurde Zinn zum Herstel- len einer schweren Unterkieferprothesenbasis verwendet. Auch heute noch werden Zinnfolien zum Abdecken und Hohllegen bestimmter Modell-Kieferbereiche verwendet.

INDIUM Indium ist in modernen Edelmetall-Legierungen ein wichtiger Bestandteil. Es verzerrt die Gitter der Legierungen und bewirkt so eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften. Da Indium leicht fließt und den Schmelzpunkt absenkt, wird es zur Herstel- lung von Loten verwendet. So wird die Fließfähigkeit der Legierung beim Gießen erhöht und der Wärmeausdehnungskoeffizient nach oben verändert. Bei Aufbrenn-Legierungen bildet Indium ein Haftoxid, das zum Anhaften keramischer Massen an Metallen beiträgt.

IRIDIUM Chemisch gesehen ist Iridium widerstandsfähiger als Platin. In der Zahntechnik wird Iridium zur Kornfeinung von Gold-Legierungen eingesetzt. Wegen seines hohen Schmelzpunktes, der weit über dem von Platin liegt, trägt es in Legierungen zur Ausbildung eines feinen Kornes bei. Die Warmfestigkeit und Vergütbarkeit werden deutlich verbessert und das Schmelzintervall durch den Zusatz von Iridium angehoben.

TITAN Titan verbessert die Korrosions- und Anlaufbeständigkeit und trägt zur Kornfeinung der Legierung bei. Es dient als Haftoxid und bindet Sauerstoff. Durch Zusatz von Titan werden Legierungen fließfähiger.

EISEN Eisen wird zur Haftoxidbildung bei Aufbrenn-Legierungen benötigt, steigert die Kornfeinung und damit die Härte und Festigkeit der Legierung.

RHODIUM Rhodium wirkt als Zusatz von Edelmetall-Legierungen weißfärbend, indem es gelbe Farbe reduziert. Es macht die Legierungen feinkörniger, härter und chemisch beständiger. Darüber hinaus steigert das Metall die Fließfähigkeit sowie die Vergütbarkeit der Legierung.

GALLIUM Als Legierungsbestandteil senkt Gallium das Schmelzintervall, verbessert die Fließfähigkeit und das Formfüllvermögen. Beim Erstarren dehnt sich Gallium um 3,3% aus. Durch eine Gitterverzerrung trägt es zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften bei. Gallium hält den Oxidfilm dünn, verbessert die Vergütbarkeit und hebt den Wärmeausdehnungskoeffizienten an.

TANTAL Durch seinen extrem hohen Schmelzpunkt wird Tantal zur Kornfeinung und Härtesteigerung verwendet. Es reduziert das Schmelzintervall und macht Legierungen fließfähiger.

RUTHENIUM Durch den hohen Schmelzpunkt bewirkt Ruthenium in Edelmetall-Legierungen die Ausbildung eines feinen Kornes. Als Legierungsbestandteil hat Ruthenium einen stark härtenden Effekt. Bei hohen Temperaturen wirkt es oxidreduzierend, verbessert die Kriechfestigkeit und vermindert Spannungsrisse beim Erstarren der Schmelze.

MANGAN Mangan dient als Kornfeiner und steigert die Festigkeit. Im Zusammenhang mit Zink erhöht Mangan die Duktilität. Das Metall dient als Haftoxidbildner und bindet Sauerstoff und Schwefel.

CHROM Für kobalt- und nickelhaltige Legierungen ist Chrom ein unverzichtbarer Zusatz, da diese Legierungen erst durch die Zugabe dieses Elements korrosionsbeständig werden. Dabei wird die Legierung durch eine dünne Schicht aus chemisch nahezu inerten Chromoxiden geschützt. Im Gegensatz zu sechswertigem Chrom, das sich jedoch unter Mundbedingungen nicht bilden oder herauslösen kann, ist metallisches und dreiwertiges Chrom für den Menschen relativ harmlos. Wie verbreitet Allergien gegen Chrom sind, ist schwer ab- zuschätzen, da fast ausschließlich Tests mit sechswertigem Chrom durchgeführt werden, die dann häufig positiv sind, da sechswertiges Chrom als höchst allergen gilt.

KOBALT Kobalt dient in Dentallegierungen hauptsächlich als Basismetall für Modellgusslegierungen. Kobalt an sich ist für den Einsatz in der Medizintechnik nicht beständig genug und muss durch Zugabe von Chrom und Molybdän passiviert werden. In sehr geringen Dosen ist Kobalt für den menschlichen Organismus sehr wichtig, da es vor allem in Vitamin B12 vorkommt. Allerdings enthält Kobalt nahezu immer auch Spuren von Nickel. Selbst dentale Werkstoffe, die als „nickelfrei“ gekennzeichnet sind, dürfen weniger als 0,1% Nickel enthalten. Das bedeutet, dass Patienten mit nachgewiesener Nickelallergie selbst auf diese Werkstoffe immunologisch reagieren können.

NICKEL Nickel wird unter anderem als Basismetall für sehr günstige Dentallegierungen und als Bestandteil in einigen Loten verwendet. Selbst Titan-Basis-Legierungen, die häufig in der Orthodontie Anwendung finden, enthalten Nickel. Für den Menschen ist Nickel das Metall mit dem höchstem Allergiepotenzial bei Hautkontakt. Etwa 1/6 der weiblichen Bevölkerung ist bereits gegen Nickel sensibilisiert und könnte durch die Versorgung mit nickelhaltigen Legierungen immunologisch gefährdet sein. Der durch die Bearbeitung nickelhaltiger Legierungen entstehende Schleifstaub ist krebserregend. Daher ist insbesondere bei der spanenden Verarbeitung solcher Legierungen das Tragen einer Staubschutzmaske zu empfehlen.

MOLYBDÄN In Kombination mit Chrom sorgt Molybdän in Kobalt- und Nickelbasis-Legierungen für eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit. Molybdän als Element ist für den Menschen nachgewiesenermaßen essenziell. Über Vergiftungen oder Allergien ist bisher nichts bekannt.

Die Zusammensetzung von Legierungen werden in Massenanteil angegeben.

Massenanteil und Volumenanteil

Der Massenanteil eines Legierungselements wie Gold

ist das Verhältnis zwischen d

Masse

m=F/a

Gewicht(skraft)

relative Größe, F=m*a; F=m*g; Beispiel Astronaut

Volumen

Den Raum den ein Körper einnimmt. Länge, Fläche, Raum

Allgemein m,m^2, m^3 -,-,l

Zahntechnik mm, mm^2, mm^3 -,-,ml

Massenanteil / Volumenanteil in %

Angaben in Prozent

Berechnung Angaben in Prozent mit dem Dreisatz