Kieferorthopädische Werkstoffkunde Flashcards
3 Materialklassen Unterschied im atomaren Aufbau
Metalle: Polykristalline, aus metallischen Atomen aufgebaute Festkörper
Polymere: Aus Makromolekülen aufgebaut
Keramiken: anorganische, nichtmetallische Festkörper
Grade der Ordnung eines Festkörpers
Kristallin: Regelmäßige Anordnung
Polykristallin: Besteht aus vielen Kristallinen, die regellos zueinander ausgerichtet sind (häufigste Form)
Amorph: regellose Anordnung der Atome, nur Nahordnung vorhande
Kristalline Ordnung und die relevanten Raumgitter
Regelmäßige, periodische Anordnung. Insgesamt 14 Kristallgitter mit unterschiedlichen Symmetrieeigenschaften.
Einfach kubisch
Kubisch raum-/innenzentriert (Fe, Cr, Ti)
Kubisch flächenzentriert ( Fe, Ni)
Hexagonal (Co, Ti)
Kristallstruktur wovon abhängig
Temperatur
z.B Eisen
Gitterdefekte Kristall
Punktdefekte (Atome an falschen Plätzen)
Liniendefekte (Stufen- und Schraubenversetzungen)
Flächendefekte (Korngrenzen)
Schottky-Defekte (unbesetzte Gitterpunkte)
Frenkel-Fehlordnung (besetzte Zwischengitterstellen)
Chemische Fehlordnung
RELEVANT KFO: Verschobene Gitterebenen
Warum ist KFO Draht bei gleicher chemischer Zusammensetzung federhart und hart?
Unterschiedliche Zahl der Gitterfehler
Federhart: Mehr Fehler eingebaut
Keramikaufbau
Aus mehreren Elementen, nichtmetallisch und anorganisch und Atomen aller Art
Unterschiedliche Graden der Ordnung
Hooksche Gesetz und Verhalten Metallen
Elastisches Verhalten eines Festkörpers proportional einwirkender Belastung.
Metalle bei kleinen Belastungen linear elastisch
Belastungsarten
Kraft senkrecht auf Fläche: Zug-/Druckspannung oder Normalspannung
Kraft parallel zur Angriffsfläche: Schub- oder Tangentialspannung
Elatische Spannung definieren
Quotient aus Längenanderung und Länge
Normalspannung definieren
Quotient aus senkrechter Kraft und Fläche
Elastizitätsmodul und Einheit
Maß für Widerstand eines Körpers gegen elastische Verformung durch Zugbelastung
Gleiche Einheit wie Spannung
Wo haben wir Scherung in KFO?
Bestimmung von Scherhaftfestigkeit von Brackets
Verformungsformen
Elastische Verformung: Kleine Auslenkungen. Körper kehrt in seinen Ausgangszustand zurück nach Krafteinwirkung
Plastische Verformung: Ab einer bestimmten Spannung, gilt das Hooksche Gesetz nicht mehr. Kein Rückkehr.
Materialformen
Spröde: Kaum plastische Verformung möglich
Duktil-plastisch: Initial elastische Verformung, dann plastische Verformung nach Verlassen des elastischen Bereiches
Mechanismus der plastischen Verformung
Beispiele
Beruht darauf, dass zwischen den Gitter-Ebenen eine Gleitung möglich ist
Hexagonales Gitter: Dicht. Nur ein Ebenenschar.
Kubisch-flächenzentriert: 4 Scharen von Gleitebenen
Polymer: Vernetzungen reißen
Fließgrenze erklären und unterschiedliche Formen
Bei vielen Metallen nach Überschreitung der Proportionalitätsgrenze doch noch teilweise elastisch. Danach vollständig plastische Verformung.
Zugbelastung: Streckgrenze S
Druckbelastung: Quetschgrenze Q
Biegebelastung: Biegegrenze B
Torsionsgrenze: Verwindungsbelastung T
Eigenschaften Materialklassen
Metalle:
Hervorragende mechanische, chemische Beständigkeit
Nachteil: Thermische und optische Eigenschaften
Keramik/Polymere:
Thermisch und optisch optimal
Nachteil: Kunststoff verformen plastisch, abradieren und verfärben. Keramik ist spröde, Bruchgefahr.
Metalllegierungen Eigenschaften
E-Modul Drähte: 30,000 - 200,000 MPa
Sehr duktil-plastisch
Plastische Verformung durch Gleitung zw. Gitterebenen
Polymere Eigenschaften
Folgt Hooksche Gesetz nicht, sonder je nach Vernetzungsgrad Gummieelastizität (Sigma Kurve)
Elastischer Bereich endet am Wendepunkt
Krümmung entsteht durch unt. Kettenlänge
Plastische Verformung durch Reißen der Vernetzungen
Keramiken Eigenschaften
Spröde
Spannungs-Dehnungs-Diagramm gerade
Keine plastische Verformung möglich, d.h Bruch nach Überschreitung der Elastizitätsgrenze
KFO Drähte zentrale Aufgaben
Bogendraht/Bewegungselemente: Erzeugung einer orthodontischen Kraft zur Zahnbewegung
Ligaturen: Verbindung von Bogendraht und Bracket
Halteelement: Passive Befestigung von herausnehmbaren Apparaturen am Zahnbogen
Verarbeitung KFO Drähte
Biegen: Kaltverformung. Steigerung der Festigkeit/Härte, Gefahr Versprödung und Bruch
Weichglühen: Glut bei 600-1000 C. Reduktion Härte u. maximale Belastbarkeit. Irreversible Erniedrigung der elastischen Dreheigenschaften
Electro-Polishing: Reduzierung der Drahtdimension und Steifigkeit in elektrolytischem Säurebad
Warum nicht zu oft Draht biegen?
Bei plastischer Verformung erhöhte Versetzungsdichte. Mehr Kraft zum weiteren Verformen nötig.
Materialeigenschaften ändern sich auch
Können Drähte nach Biegungen wieder geheilt werden?
Durch Erwärmung durch professionelles Recycling.
Heißverarbeitung KFO Drähte
Löten: Verbinden zweier Metalteile durch Schmelzen
Schweißen: Unmittelbares Verbinden zweier Metallen durch Hitze und Druck
Vergüten: Erhöhung Härte und Dehngrenze durch Wärme. (Nur CoCrNi)
Legierung KFO Drähte + Bestandteile + E-Modul
Edelstahl (Cr, Ni, C, Fe) : 200,000
Ni-Ti Legierungen (Ni, Ti, Cu): 40,000
ß-Titan Legierungen (Ti, Mo, Zr, Sn): 80,000
Co-Cr-Ni Legierungen (Co, Cr, Ni, Fe, Mo, Mn/C/Be): 220,000
Legierung Definition und Formen
Stoffmenge aus zwei oder mehr Elementen, mindestens ein Metall.
Einphasige Legierung: Grundelement kann eine feste Lösung mit dem Legierungselement bilden
(durch Zusammensetzung bestimmt)
Zweiphasige Legierung: Durch Phasenverteilung bestimmt
Edelstahl Eigenschaften
Hohe Dehngrenze und Resilienz
Glatte OF
Löt- und schweißbar
Korrosionsbeständig und nicht toxisch, aber Allergene möglich
Weich,Hart,Federhart, extra federhart, super federhart
Verfestigung/Härtung durch Kaltverformung
Ni-Ti Legierung Eigenschaften
Sehr niedriger E-Modul Große elastische Dehnung/Reversibilität Raue OF im Vergleich zu Edelstahl Korrosionsbeständig u nicht toxisch Löten und schweißen NICHT zulässig
Lösungen zu Nickel-Allergien
Kunststoffbeschichtete Metalle
Kunststoff-/Keramik Brackets
Nickelfreie Drähte (TMA)
Phasen von Ni-Ti Legierungen
Austenitische Phase: Hochtemperaturphase, geringe Belastung, Kubisch-flächenzentrier
Martensitische Phase: Niedertemperaturphase, hohe Belastung, monoklin/triklin/hexagonal
Japanese NiTi Besonderheit
Bei Mundtemperatur in Austenitphase, nicht linear elastisches Verhalten (2 Plateaus in SD Diagramm)
Pseudoelastizität verursacht durch reversiblen mechanisch induzierten Austenit-Martensit-Phasenübergang
-> Spannungsabhängiger Übergang von Austenit zu Martensit
Work-hardened NiTi
Nicht pseudoelastisch, da bereits bei Mundtemperatur bei Martensitphase. Aber hohes Deflektionsvermögen bei kleinerem E-Modul als CoCrNi/Edelstahl
Immer Martensitphase!
Formgedächtniseffekt bei japanese NiTi
Reversibler temperaturinduzierter Martensit-Austenit-Phasenübergang
Deformierter Martensit zurück zu Austenit bei Temperaturerhöhung und umgekehrt.
ß-Titan Legierungen Eigenschaften
Geringer E-Modul
Raue OF
Erhöhte Bruchgefahr bei scharfen Biegungen
Korrosionsbeständig und nicht toxisch (KEIN allergenes Potential)
Schweißen möglich, Löten nicht empfehlenswert
CoCrNi Legierungen Eigenschaften
Steife Drähte mit geringer Dehngrenze und Zugfestigkeit
Verschiedene Härtegrade
Geringe Bruchgefahr
Glatte OF
Korrosionsbeständig u nicht toxisch (Allergen möglich)
Löten und Schweißen meist möglich
Vergütung möglich
Flächenträgheitsmoment
Maß für die Steifigkeit eines Querschnitts gegen Biegung
Drahtlänge Beziehung mit Kraft
Verdoppelt man die Drahtlänge (z.B Loops) ist die Kraft nur noch 1/8 so groß
Drahtradius Beziehung mit Kraft
Verdoppelt man den Drahtradius so kann man die 16 fache Kraft erwarten.
Wechsel von 0.012” Niti auf 0.018” Niti kann man mit der 5 fachen Kraft rechnen
Drahthöhe und Breite Beziehung mit Kraft
Beim Vierkantbogen verhält sich die Kraft proportional zur 3. Potenz der Drahthöhe und proportional zur Breite.
Wie können Kräfte bei Drähten reduziert werden?
Erhöhung Drahtlänge
Verkleinerung des Drahtdurchmessers
Kleineres E-Modul vom Material
Aufgabe KFO Brackets
Materialmöglichkeiten?
Übertragung von orthodontischer Kraft und Drehmoment auf den Zahn
Kunststoff, Keramik -> Ästhetische Brackets
Metalllegierungen
Brackets aus Metalllegierungen
Aus rostfreiem Stahl/Titan
Durch Gießen gefertigt
Optimierung des Basisgitters und Material für erhöhte Haftfestigkeit
Mögliche Probleme wegen Nickelanteil
Brackets aus Keramik
Aus Aluminiumoxid u Zirkoniumoxid
FZB geeignet
Aufwendiges und teures Herstellungsverfahren
Kompromiss zw. Optik und Mechanik
Verwendung Metallslots zur Verringerung Friktion zw. Draht u. Bracket
Gefahr Bruch beim Einligieren oder Schmelzausrissen bei Abnahme
Gefahr Zahnabrasion bei Kontakt mit Antagonisten
Brackets aus Kunststoff
Aus Polycarbonat oder Polyurethan
Gefahr der Verfärbung/Verformung
Erhöhung der Steifigkeit durch Metall/Keramikverfestigungen
Gute Abschereingenschaften aufgrund hoher Elastizität
Klassifizierung der Adhäsive
Harz Matrix (Kunststoff Adhäsiv):
Entstehung durch Polymerisation
Anätzen des Schmelzes nötig
Nachteil: Aufwändigere Entfernung
Salz-Matrix (Zement):
Entstehung durch Säure-Base-Reaktion
Kein Anätzen nötig
Nachteil: Häfigeres Versagen (Bracketverluste)
Ausgangsstoffe der Polymerisation
Füller (Quarz,Glas,Keramik) u Monomer
Klassifizierung der Aktivierung der Polymerisation
Durch Licht
Chemisch
Chemisch + Licht
Thermisch
Wasser
Zement zentrale Aufgabe
Befestigung von Bändern u. Bonding von Brackets
Materialien KFO Zemente
Phosphate
Phenolate
Polycarbonate
Kompomere/Kunststoffverstärkte Zemente
Zinkphosphat Zement (Harvard) Aufgabe,Reaktion, Druckfestigkeit, E-Modul, Löslichkeit
Befestigung von Bändern
Aushärten durch Reaktion Zinkoxid-Partikeln u Phosphorsäure -> Amorphes Gel mit Zinkoxid Partikeln
Druckfestigkeit über 80 MPa
Elastizitätsmodul um 11 GPa
Geringe Löslichkeit (nach vollständigem Aushärten)
Zinkpolycarboxylat Zement Aufgabe, Reaktion, Druckfestigkeit, E-Modul, Löslichkeit
Befestigung von Bändern. Hat adhäsives Potential an Schmelz und Dentin
Reaktion Zinkoxid Partikel mit Polycarboxylsäure -> Zink-/Mg-Oxid Partikeln in amorpher Salzmatrix
Druckfestigkeit über 50 MPa
Elastizitätsmodul um 5 GPa
Rasches Aushärten, geringe Löslichkeit
Glasionomer Zement Aufgabe, Vorteile, Reaktion, Druckfestigkeit, Festigkeit
Befestigung von Bänder, Bonding Brackets
Hohe Festigkeit, Adhäsives Potential, Fluoridfreisetzung
Mehrstufige Reaktion von Calcium-Fluoroaluminosilikat Partikeln -> Polycarbonatsalzmatrix mit Glaspartikeln
Druckfestigkeit über 90 MPa
Langsame Erhöhung der Festigkeit über Wochen
KFO Elastomere Aufgaben u. Einsatz
Verblockung von Zähnen am festsitzenden Bogen (Ketten)
Zahnbewegungen am festsitzenden bogen (Ketten, Elastics)
Okklusionskorrekturen (Ketten, Elastics)
Verbindung von Bogendraht und Bracket (Alastics, Ligaturen)
Separieren von Zähnen (Alastics)
Elastomere Eigenschaften
Langkettige Moleküle mit geringem Vernetzungsgrad
Formgebung durch Spritzgießen/Stichprägung
Gummieelastisch und hohe Reversibilität
Dehnungen von 100% möglich
Hohe Zugfestigkeit, geringer E-Modul erstrebenswert
Aufgabe Gummiketten u. -fäden
Grenze?
Zahnbewegungen und Verblockung von Zähnen am festsitzenden Bogen
Nach 24 St. 40-50% Kraftabbau
Aufgaben Elastics
Zahnbewegungen am festsitzenden Bogen (intramaxilläre Gummizüge)
Okklusionskorrekturen (intermaxilläre Gummizüge)
Aufgaben Alastics
Verbindung von Bogendraht und Bracket, Separieren von Zähnen
Vorteile Alastics
Nachteile
Glatte OF
Ästhetik
Leichtere Handhabung als Stahlligaturen
Sanfte Kraftausübung als Stahlligaturen
Nachteil: Kraftabbau, aber weniger als Elastics
Erhöhte Reibung zw. Ligatur/Draht
Polymerisation von KS wie? Schrumpfung?
30 min im warmen Wasserbad unter 2-3 bar
1,5-3%
