WAK (Wärmeausdehnungskoeffizient):
Alle Stoffe dehnen sich bei Wärmezufuhr aus, denn je höher die Temperatur, desto weiter schwingen die Teilchen um ihre Ruhelage. Folglich wird der Platzbedarf der Teilchen größer. Der WAK gibt an, um welchen Betrag sich ein Material bei Erwärmung um 1 Kelvin ausdehnt.
Keramische Massen und Aufbrennlegierungen müssen übereinstimmende WAK`s haben. Ansonsten entstehen beim Abkühlen in der spröden Keramik Risse oder Abplatzungen. Nur bei exakt identischen Ausdehnungskoeffizienten ergeben sich keinerlei Spannungen zwischen der Keramik und dem Metallgerüst. Dies hätte zur Folge, dass man für jede Aufbrennlegierung eine spezielle Aufbrennkeramik verwenden müsste. Da man praktisch alle Dentalkeramiken auf nahezu jede Edelmetalllegierung aufbrennen kann, sind auch deren WAK´s grundsätzlich geringfügig verschieden.
Nachdem die Dentalkeramik gegen Druckspannungen erheblich widerstandsfähiger als gegen Zugspannungen ist und um Zugspannungen in der Keramikmasse weitgehend auszuschließen, sollen die Aufbrennlegierungen einen geringfügig höheren WAK als die Keramikmassen haben. Dadurch schrumpft das Metallgerüst beim Abkühlen stärker als die Keramik.
Dadurch entstehen im Verblendmaterial Druckspannungen, in der Legierung dagegen Zugspannungen. Die meisten Keramikmassen tolerieren einen Unterschied im WAK von bis zu 0,5 * 0,000001/K. Größere Differenzen führen zu Problemen.
Festigkeit:
Als Festigkeit bezeichnet man die Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffes gegen Formveränderungen. Wird die Festigkeitsgrenze überschritten, so kommt es zum Bruch.
Festigkeit = Kraft/Querschnitt
Festigkeitsarten:
- Statische Festigkeit = Widerstand gegen eine stetig ansteigende stoßfreie Belastung Beispiele: Küvettenpresse, Prothesenbelastung beim Kauen, Ausbettgerät,…
- Dynamische Festigkeit = Widerstand gegen eine stoßweise (schlagartiger) Belastung. Beispiele: Rüttler, Ausbettmeisel, Niethammer,…
- Dauerfestigkeit = Widerstand gegen sich ständig wiederholende geringe Belastung führt zum Ermüdungsbruch
Beispiele: Klammerarm, Basis einer Totalprothese,…
Nach dem Wesen der Belastung können diese Festigkeitsarten nochmals unterschieden werden.
- Biegefestigkeit, ist vor allem für keramisch verblendete Brücken von Bedeutung. Aufbrennlegierungen für Brücken dürfen sich unter dem Kaudruck nicht verformen, ansonsten würde die spröde Keramik abplatzen (Festigkeit von EM-Leg. ~ 500 N/mm² , NEM ~ 700 N/mm² Zirkonoxid ~ 900 N/mm²)
- Druckfestigkeit: Gipsmodelle und Einbettmassen werden u. a. auf Druck belastet (Hartgips: ~ 60 N/mm²)
- Zugfestigkeit Abhängigkeit der Festigkeitswerte (vgl. E-Modul)
- vom Material
- vom Werkstoffgefüge (grob/feinkörnig)
- von der Temperatur
- von der Werkstoffform
- von der Beanspruchungsart (Zug-, Druck-, Biege-, Torsionsbelastung)
- von vorhandenen Schädigungen
Härte:
Als Härte bezeichnet man den Widerstand eines Körpers, den es dem Eindringen eines anderen Körpers entgegensetzt.
Je größer dieser Widerstand ist, desto größer ist die Härte.
Die Härteprüfung nach Mohs, HM (Ritzhärte)
Dieses älteste Härteprüfverfahren wurde von dem Mineralogen Friedrich Mohs entwickelt und geht davon aus, dass ein härteres Material ein weicheres ritzen kann.
Die Moh`sche Härteskala besteht aus 10 beispielhaft ausgewählten Mineralien:
| HM |
Mineralien |
| 1 |
Talk |
| 2 |
Gips |
| 3 |
Kalkspat |
| 4 |
Flussspat |
| 5 |
Apatit |
| 6 |
Feldspat |
| 7 |
Quarz |
| 8 |
Topas |
| 9 |
Korund |
| 10 |
Diamant |
Die Härteprüfung nach Moh`s wird u. a. zur Härtebestimmung von Schleif und Poliermitteln eingesetzt. Die Moh`sche Härteskala (HM) hat den Nachteil, das die Härtezahlen untereinander nicht direkt vergleichbar sind. Wegen dieser Ungenauigkeit werden nur mineralische Stoffe mit dieser Methode getestet, für die Metalle und Legierungen gibt es exakte Härteprüfverfahren.
Härteprüfung nach Brinell, HB, Kugeldruckhärte
Eine Kugel aus Stahl oder Hartmetall (z.B.: Wolframcarbid) wird mit einer solchen Kraft in die Oberfläche des zu prüfenden Werkstoffes gedrückt, dass in ihm eine bleibende Vertiefung entsteht. Der Durchmesser des Kugeleindrucks wird gemessen und daraus, anhand einer Tabelle oder eines Computerprogramms, die Oberfläche des Kugeleindrucks (= Kalottenfläche) und damit Brinellhärte bestimmt.
Die Härteprüfung nach Brinell wird meist für Reinmetalle verwendet!
Härteprüfung nach Vickers, HV , Pyramidenhärte
Diese Härteprüfmethode ist der nach Brinell sehr ähnlich. Der Prüfkörper ist eine Diamantpyramide mit einem Spitzenwinkel von 136°.
Hinweis: Die Härtezahlen von HB und HV sind bis zu einem Wert von 350 nahezu identisch.
Härteprüfung nach Rockwell, HR
Hier wird die Eindringtiefe des Prüfkörpers gemessen. Diese Zahlen auf dem Messinstrument geben die Härte direkt an, d.h. diese muss nicht erst errechnet werden. Es sind zwei Verfahren gebräuchlich:
- Rockwell – b – Härte, HR für weichere Werkstoffe. Der Prüfkörper ist eine Stahlkugel.
- Rockwell – c – Härte, HR für harte Werkstoffe. Der Prüfkörper ist ein Diamantkegel.
Bruchdehnung:
Die Bruchdehnung besagt, welche Reserven eine Legierung besitzt, nachdem sie über den elastischen Bereich verformt wird, bis der Bruch eintritt. Das Ergebnis wird in Prozent angegeben. Ist der Wert relativ gering, weist dies auf ein relativ sprödes Material hin, im Gegensatz zu einem hohen Wert, was auf ein relativ zähes Material deutet.
Elastizitätsmodul:
Der Elastizitätsmodul ist das Verhältnis der Spannung zur Dehnung im elastischen Bereich. Er beschreibt die Formstabilität (Steifigkeit) eines Werkstoffes.
Berechnungsgrundlage ist, wie bei allen elastischen Verformungen, das Hook`sche Gesetz. Je höher der E-Modul eines Werkstoffes ist, desto größer ist die für seine elastische Verformung notwendige Kraft. Der Elastizitätsmodul wird in MPa bzw. in N/mm² angegeben.
Die Elastizität (der E-modul) eines Werkstoffes ist abhängig:
(Nicht mit der Dehnbarkeit verwechseln!)
- vom Material (Kunststoff, Legierungen, Keramik,...) Meist gilt: Je härter desto elastischer.
- vom Gefüge des Werkstoffes: Ein feinkörniges Gefüge ist elastischer, da es mehr Korngrenzflächen besitzt.
- von der Materialvorbehandlung: kaltverformt (steigend), weichgeglüht (rekristallisiert) (fallend), vergütet (steigend)
- von der Temperatur: je niedriger die Temperatur, desto elastischer ist der Werkstoff
- von der Form der runde Querschnitt hat den höchsten E-modul
0,2% Dehngrenze:
Je höher die Festigkeit ist, desto mehr Kraft wird benötigt, um das Material dauerhaft (bleibend) zu verformen.
Als 0,2% Dehngrenze bezeichnet man die Spannung (Kraft/Querschnitt), die erforderlich ist, um das Material um 0,2% bleibend zu verformen. Das Material wird fast nur elastisch verformt, es tritt kaum eine bleibende Veränderung auf.
