Metaller - sammanfattning

## TP6OR2 – Metaller med Per Svanborg (PS) – Kap 3, 5, 6, 20 i boken

1. Metaller | 2. Legeringar | 3. Metallkorrosion | 4. Framställningsteknik

1. METALLER

METALLER FINNS I:

1. Partialproteser (CoCr)

2. Mk-kronor (metall i botten och ytporslin på)

3. Implantat (skruv och distans i titan)

BEGREPP (LÄS GÄRNA SAMMANFATTNINGEN PÅ MATERIALLÄRA FRÅN T5)

- Elastisk deformation = utsätter material för kraft à formförändring som återgår när belastningen släpper

- Plastisk deformation = formen kvarstår när belastningen släpper, händer vid sträckgränsen

- E-modul = beskriver styvheten i det elastiska området, dvs lutningen på linjen vid elastiska området

- Brottgränsen = här går materialet sönder

- Duktilitet (seghet) = ett mått på hur mkt materialet kan deformeras innan det går sönder, dvs hur stor plastisk deformation är innan materialet når brottgränsen

o CoCr är styvt, dvs har liten elastisk deformation

o Och inte duktilt, dvs det har inte stor plastisk deformation innan det går sönder

- Sprödhet = motsatsen till duktilitet, material C i diagrammet är sprött material, dvs har liten duktilitet och ingen plastisk deformation innan det går sönder

- Metaller har ”necking” = om vi drar ut dem kommer de nå sin brottgräns men sen deformeras lite till plastiskt efter (få elongation), för att till slut gå av helt

- Tänk typ silvertråd eller tuggummi som man drar i och som smalnar av precis innan det går av

VAD SKA VI TÄNKA PÅ NÄR VI VÄLJER MATERIAL I MUNNEN?

- Hur mycket plats har vi? à Ocklusalt, liten/stor käke, behöver det göras litet men ändå hållbart

- Vilken form ska vi ha? à Stora connectorer i broar, behöver vi mycket metall eller porslin

- Vad kräver vi av materialet? à Hållfasthet hos material, biokompabilitet (nickelallergi)

- Vilken framställningsteknik (processteknik)? à Gjutning, fräsning, additiv (printing)

- Hur påverkar det miljön? à Metaller från konfliktområden i Afrika, spillmaterial från fräsning

- Vad kostar det? à Både för pat (guld dyrare) och framställningstekniken för oss

VILKA METALLER FINNS DET MEST AV I LEGERINGARNA FÖR METALLKERAMIK?

1. KOBOLT

- Bas i Co-Cr-legeringar, det som det finns mest av (basen) säger man först

- Passiveras med krom så det inte korroderar

- Hög hållfasthet (hög e-modul) och lätt att gjuta

2. NICKEL

- Bas i Ni-Cr-legeringar

- Passiveras också med krom

- Hög e-modul

- Allergirisk och används därför inte i Sverige (men finns i ortodonti), vanligare i USA

3. KROM

- Skyddar som sagt kobolt- och nickellegeringar mot korrosion genom att passivera

- Bildar ett kromoxidskikt när det kommer i kontakt med syre à blir ett skikt runt som inte oxiderar à skyddar mot korrosion

4. JÄRN

- Finns som 10-50% i legeringar

- Påverkar hårdheten och oxidbildningen

- Viktigt när vi vill ha oxidskiktet på metaller för att ytporslinet sedan ska kunna binda på

5. MOLYBDEN

- Mindre mängd i legeringar

- Passiverar kobolt och nickel och förhindrar korrosion

- Förhindrar ”gropfrätning” när kloridjoner angriper krom (se korrosionsföreläsning)

6. WOLFRAM/TUNGSTEN

- Mindre mängd i legeringar

- Påverkar draghållfasthet och hårdhet

7. GALLIUM

- Liten mängd i legeringar

- Sänker gjuttempàger låg smältpkt à behöver inte värma upp materialet så mkt à lättare att gjuta

8. BERYLLIUM

- Liten mängd i legeringar

- Förbjudet i Sverige pga cancerogent slipdamm för tandtek

- Påverkar gjutbarheten, hållfasthet och gjuttemperatur

BINDNINGAR

1. KOVALENTA BINDNINGAR – atomer som delar valenselektroner

2. JONBINDNINGAR – atomer bildar positiva/negativa joner som sen binder till varandra

3. METALLBINDNINGAR

- Atomer släpper sina valenselektroner och blir till positiva joner med elektronmoln runt sig

- Atomerna ordnar sig sen i ett kristallgitter

- Elektronmolnet delas av alla metalljonerna och ger bindningskrafterna mellan metalljonerna

- Elektronmolnet har rörlighet à el (kablar) och värme (stekpanna) kan ledas genom metallen

- Elektronmolnet gör också att vi kan polera metallen så den blir blank och fin

- Metallen kan värmebehandlas så den återgår till sin ursprungsform, tänk när man pantar burkar

METALLER HAR KRISTALLSTRUKTURER = GITTER

- Metaller är kristallina material à atomerna sitter på bestämda platser i mönster = i kristallgitter

- Enhetscell = den minsta byggklossen i ett kristallgitter, det minsta återupprepade mönstret

- I odontologi har metallen oftast enhetscellen fcc, bcc eller hcp

- Typen av enhetscell påverkar metallens elasticitet, termisk expansion, motstånd mot plastisk defor.

- Atomer lägger sig i enhetsceller som skapar gitter à dessa bildar sen korn à kornen bildar tsm materialet

OLIKA SORTERS ENHETSCELLER – FCC, BCC OCH HCP

- Ju fler atomer i enhetscellen à ju mer plastisk deformation innan brott

- Dvs mer duktilt pga att atomerna kan röra sig i flera riktningar då

- Ytcentrerad (koppar) kan plastiskt deformera mer innan brott än hexagonalclosepacked (kobolt) pga att den innehåller fler atomer på ytan, dvs koppar är mer duktilt än kobolt

1. FCC – YTCENTRERAD KUBISK

5 atomer på varje sida (guld, platina, koppar) à mer rörlighet

2. BCC – RYMDCENTRERAD KUBISK

4 atomer på varje sida à mindre rörlighet

3. HCP – HEXAGONALCLOSEPACKED

7 st atomer (gråa) och 3 st under (svarta ringar) à minst rörlighet

Inte lika många atomer på samma yta, ex kobolt och zink

STELNING AV SMÄLTA OCH KÄRNBILDNING FÖR METALLER

- Vi har en ren metall som vi smält och sedan vill gjuta

- Dvs vi vill att temperaturen ska sjunka igen

- Kärnbildning =när smältan stelnar kommer det bildas små kärnor (embryon)

- Kärnorna kommer ha olika storlek och de större kommer fortsätta växa

- De mindre kommer gå tillbaka till smältan och sedan återbildas igen

- Har kärnan tillräckligt stor radie fortsätter den växa, annars smälter den igen

- Många kärnor växer och till slut möts de och stelnar ihop à har då bildat korn

- Många korn kommer då att ligga jämte varandra och ha korngränser mellan sig

KORNSTORLEKEN PÅVERKAS AV HUR SNABBT VI KYLER SMÄLTAN

- Det som påverkar om korn bildas eller inte är hur snabbt smältan kyls ner

- Kyler smältan långsamt à kärnorna behöver större radie för att växa à vi får färre och större korn

- Kyler smältan snabbt à kärnorna behöver mindre radie för att växa à vi får fler och mindre korn

KORNGRÄNSER STOPPAR DISLOKATIONER

- Atomer från ett korn kan aldrig hoppa in i ett annat korn pga att enhetscellerna i kornen är orienterade på olika sätt (se hur de blåa pluttarna alla ”lutar” åt olika håll på bilden)

- Det tar alltså stopp vid korngränsen och detta påverkar hållfastheten

- Ju fler korngränser vi har à ju bättre motstånd mot plastisk deformation

- Många korn vid snabb kylning à många korngränser à många stopp atomerna

à högre styvhet (mindre elastiskt) och mindre duktilitet (mindre plastiskt)

- Få korn vid långsam kylning à få korngränser à sämre styvhet (mer elastiskt) och mer duktilitet (mer plastiskt)

VAD HÄNDER I ENHETSCELLER VID DEFORMATION?

ELASTISK DEFORMATION OCH E-MODUL

- Bindningen mellan atomer kan ses som en fjäder

- Atomerna trycks ihop och dras ifrån varandra så länge fjädern tillåter, dvs vi är under sträckgränsen

- Vi tar bort kraften och fjädern (atomerna) återgår till sin ursprungsform, dvs elastisk deformation

- Fjädern är ett mått på elasticitet = e-modul

- När fjädern ändrar form permanent är det plastiskt à kommit förbi sträckgränsen (se nedan)

- Olika material har olika styvhet på fjädern, dvs olika e-modul

- CoCr har en hårdare fjäder än guld à högre e-modul

- Metallen i en mk-konstruktion ska inte elasticera och ge svikt eftersom porslinet inte kan elasticera

- Elasticerar metallen kommer det då bildas en spricka i porslinet

- Aktiva klammern på partialprotesen ska vara elastisk så vi kan ta av och på partprotesen

PLASTISK DEFORMATION OCH GITTERFEL/DISLOKATIONER

- Plastisk deformation sker när vi gått över sträckgränsen

- Materialet ändrar sin form permanent efter att kraften avlägsnats

- I ett perfekt material är alla enhetsceller (gittret) fyllda av atomer

- Detta ger hög hållfasthet pga att atomerna inte kan röra sig någonstans då

- Gitterfel/dislokationer = i verkligheten saknas atomer i enhetscellerna (gittret), dvs har hålrum i sig

- Om vi applicerar en kraft kommer atomerna i enhetscellen att hoppa in i hålrummen

- Då lämnar de andra hålrum efter sig som fylls av andra atomer

- Dvs det sker en dislokation à materialet plasticerar (deformeras)

- Dislokation sker inte i rumstemp utan först när vi belastar eller värmer materialet

- Dislokationerna bildas inne i materialet när smältan stelnar

- Kantdislokation = innebär att ett halvt atomplan saknas

- Då kan den gröna atomen bryta sin bindning och flytta sig till hålrummet längs ett glidplan(disloc line)

- Plastisk deformation sker alltså längs glidplan i gittret

- I en enhetscell med många atomer, ex fcc, kommer atomerna kunna röra sig åt många olika håll

- Vi har därför många dislokationer, dvs materialet kan plastiskt deformera mkt innan brott (mer duktilt)

2. LEGERINGAR

- Legering är en blandning av minst två metaller

- Dentala legeringar är ofta 5-6 metaller, vi använder inte rena metaller

- Legeringar används pga att rena metaller inte har de egenskaperna som krävs

- Då blandar man metaller för att få bra egenskaper:

1. En metall kan vara hård och den andra gör att man får oxidskikt

2. Atomer med olika radier i ett gitter förhindrar dislokationer via substitutionella och interstitiella atomer à ökad hållfasthet (lösningshärdning)

3. Förhindra korrosion genom att passivera mha krom i en legering

OLIKA LEGERINGSSYSTEM

1. KONVENTIONELL TEKNIK (C-GULD)

- Vid kronor, broar, individuellt gjuten pelare, inlägg, konus-attachments

- Guld-silver-koppar, guld-palladium-silver och palladium-silver

- De är lågsmälta = lägre smälttemp, behöver inte lägga porslin på dessa, enklare att jobba med

2. METALLKERAMIK (MK)

i. ÄDLA LEGERINGAR – ovanliga, dyra

- Guld- och palladiumbaserade, bra korrosionsmotstånd men dåliga mekaniska egenskaper

- Guld är ädelt och korroderar inte, är lättbearbetat (duktilt) men bildar ingen ytoxid

- Guldfyllningar görs genom kallsvetsning = små guldkorn pressas ihop till en stor klump

- Palladium kan legeras med silver, men kan då missfärga porslinet och är en allergirisk för pat

ii. OÄDLA LEGERINGAR – vanligast, billiga

- Vid kronor, broar, partprotes (CoCr)

- Högsmälta = högre smälttemp på metallen så den inte smälter när man lägger på porslinet

- Koboltkrom, guldlegeringar, palladiumlegeringar, Titan grad 2-5 och 23 (grad 1-4 är ren titan)

- Ju högre gjuttemperatur à ju mer teknikkänsligt vid gjutning

o Titan har högst gjuttemperatur och är mer teknikkänsligt än guld, palladium och kobolt

- Ju högre densitet (ju tyngre legering) à ju lättare är det att gjuta legeringen

o Guld har högst densitet och är lättare att gjuta än kobolt, palladium och titan

- E-modulen är lika för guld och titan, palladium har högre, kobolt har högst

o Kobolt är styvare à kan dimensioneras mindre än guld, kan göra mindre konstruktioner

- Termisk utvidningskoeff. (TEK) = hur mkt metallen expanderar vid värmning och krymper vid kylning

o Vi vill att TEK för metallen ska vara större än TEK för porslinet à ger porslinsbindning

o Guld, palladium och kobolt har samma TEK och därför kan man använda samma ytporslin

o Titan har lägre TEK och riskerar fasomvandlas (se nedan) à kräver därför ett annat ytporslin

Koboltkrom (co-cr)

- Vid kronor, broar, pelare, partprotes (skelett), implantatstödda konstruktioner, kombinationsprot

- Innehåller krom för styrka och korrosionsmotstånd

- Hög e-modul och hårdhet à kan minska dimensionen, men blir svårt att ta bort pga hårt att slipa i

- Dess lägre densitet är tillräcklig för bra gjutbarhet och ger lättare konstruktion än det tyngre guldet

- Använder inte Ni-Cr pga allergirisk

- Kan svetsas och lödas och används därför som Co-Cr skelett i partproteser

- Mindre risk för ”sag” = att metallen smälter vid porslinsbränning

- Detta pga dess högre smältintervall, dvs det är en stor skillnad i smälttemp mellan porslin och CoCr

- Hypotes om att koboltkrom har sämre biokopmabilitet på slemhinnan, men inte sett i studier ännu

Titan grad 2-5 och 23

- ­Dess höga smälttemperatur ger liten risk för sag och gör den lämplig för mk-konstruktioner

- Mycket god biokompabilitet och korrosionsmotstånd

- Titan passiveras när det kommer i kontakt med syre à bildas titanoxid-skikt på ytan à förhindrar oxidering/korrosion och ger också den goda biokompabiliteten

- Dess höga reaktivitet med syre gör att det är teknikkänsligt vid framställning

- Måste därför ha en argongas runt när man gjuter det så det inte kommer i kontakt med syre

- Låg densitet à ger lätta konstruktioner

- Titan består av två faser (se även keramer med Malin):

1. Alfa-fas upp till 883 grader, består av enhetscell HCP à svårarbetad men bra korrosionsmotstånd

2. Beta-fas över 883 grader, fasomvandlas till BCC à lättbearbetad men sämre korrosionsmotstånd

- Man hettar inte upp titan över 883 grader när man bränner porslin på det pga att man inte vill få:

1. Fasomvandlingar mellan alfa- och beta à volymsförändringar à porslinet lossnar

2. Alltför tjocka oxidlager som lossnar från titanet à försämrad porslinsbindning

- Anledningen till att vi använder annat ytporslin till titan än CoCr/guld/palladium (tentafråga):

1. Förhindra fasomvandlingar à volymsförändringar à porslinet lossnar

2. Lägre TEK – kräver därför annat ytporslin för att TEK för metall ska vara större

VAD HÄNDER VID STELNING AV SMÄLTA FÖR EN LEGERING?

- Samma som för metaller

- I legeringar kan vi också tillsätta en metall med hög smältpunkt som då bildar kärnor tidigt vid stelningen = en finkornbildare à vi får fler kärnor och legeringen kommer då innehålla fler korn

- Dendrittillväxt = de kärnor med tillräcklig storlek kommer att fortsätta växa när smältan svalnar och gör det i dendritform, dvs i form av långsträckta korn (dendriter) som får en slags ”trädstruktur”

- Beroende på temperaturskillnaden i formen de stelnar i varierar tillväxtriktningen av dendriterna

FASDIAGRAM VISAR EFFEKTERNA OM MAN BLANDAR OLIKA METALLER

- Fasdiagram gör att man kan välja hur man ska blanda sin legering

- Visar hur olika sammansättningar av legeringar (faser) påverkar smälttemp

- Om vi har 100% av metall A kommer smälttemp (L) vara högre (1100 grader)

- Tillsätter vi metall B som har lägre smälttemp (600 grader) till metall A utgörs smältpunkten för legeringen av ett intervall (l+s) som blir mindre ju mer av metall B som finns

- Ju längre åt höger i intervallet vi kommer har alltså mer av metall A stelnat

- Fas = beskriver hur man blandat sin legering

- 0% B 100% A är en fas | 40% B 60% A en annan

- För metaller som inte löser sig i varandra får man ”eutektiska fasdiagram ”

HUR SER ENHETSCELLERNA UT NÄR VI LEGERAT IN MATERIAL?

- Gitterfel (saknas atomer i enhetscellerna) gör att vi kan få substitutionella och interstitiella atomer

- Vakans = en atom saknas i gittret, ledig plats som fylls av en substitutionell atom

- Interstitiell = en extra interstitiell atom som klämt in sig mellan övriga atomer

- Substitutionella och interstitiella atomer kommer utöva tryck på området runt sig (röda pilar)

- Detta gör att dislokationer försvåras

- Dvs vi får lösningshärdning om vi legerar in metaller --> ökad hållfasthet

DIFFUSION

- Diffusion = förflyttning av atomer i ett fast material kan ske genom att atomer:

o Hoppar från vakans till vakans (substitutionell atom)

o Mellan olika interstitiella platser (inlegerad interstitiell atom)

o Längs korngränser och dislokationer

- Diffusionen är liten vid rumstemp men ökar om vi hettar upp materialet eller utsätter det för tryck

LEGERINGARS STELNANDE

I fullständig smälta är metaller helt lösliga i varandra. Vid kylning under smältpunkten kan sedan ngt av följande ske:

1. METALLERNA ÄR FORTFARANDE HELT LÖSLIGA I VARANDRA

- Atomerna bildar då en fast lösning (som ger lösningshärdning) där atomerna från metallerna sitter:

1. Slumpmässigt fördelade i kristallgittret (substitutionell lösning)

2. I utrymmena mellan de ordinarie gitterplatserna (interstitiell lösning)

2. METALLERNA ÄR DELVIS LÖSLIGA I VARANDRA

- Metallen består då av en typ som är rik på A och den andra rik på B = eutektiska föreningar

- Utskiljningshärdning = värmebehandlar metallen och gör så att atomer av samma slag i materialet ”hittar varandra”, ex alla kopparatomer i en eutektisk förening klumpar ihop sig à stoppar dislokationer runt sig à ökar hållfastheten

3. METALLERNA ÄR HELT OLÖSLIGA I VARANDRA

- Vissa områden består då helt av en viss ren metall och andra områden av den andra rena metallen

- Då får vi segring och risk för korrosion

- Ungefär som att hälla olivolja i vatten

SEGRINGAR

- Första materialet som stelnar (i kornets kärna) är rikt på metallen som har högsta smältpunkten

- Sist stelnade materialet (nära korngränsen) är rikt på metallen med lägre smältpkt

- Detta leder till segring = ansamlingar av metaller på olika ställen, dvs heterogena korn

- Segring innebär risk för (mikrogalvanisk) korrosion i kornet

- Segringar minimeras genom

o Långsam kylning à tillåter diffusion av atomerna à koncentrationsvariationerna utjämnas à blir mer homogent korn, men risk att kornen blir större om man kyler långsamt

o Homogenisering (en sorts värmebehandling) – legeringen upphettas till precis under smälttemp och hålls där i några timmar à tillåter diffusion av atomerna

VÄRMEBEHANDLING = HOMOGENISERING SAMT AVSPÄNNINGSGLÖDNING

- Homogenisering = se ovan

- Kallbearbetning = bankar eller pressar materialet och det blir hårdare, hållfastheten ökar

- Avspänningsglödning = hårdnandet vid kallbearbetning kan motverkas genom värmebehandling

- Värmebehandlar vi material efter vi har kallbearbetat det (grönt område) så sker det en omkristallinisering av kornen --> bildas nya korn

- Då kommer vi få minskad styvhet (mer elastiskt) och ökad duktilitet (mer plastiskt innan brott)

- På partprotes vill man ha klamrar som inte är för styva för att få på och då gör man avspänningsglöd

GULDREGELN – 4 SÄTT ATT HÄRDA METALLER OCH LEGERINGAR

1. KORNGRÄNSHÄRDNING

- Genom att få många korngränser, dvs små korn, begränsas dislokationernas rörlighet

- Detta eftersom dislokationer bara kan röra sig inom ett korn och inte över korngränserna

- Små korn fås på två sätt:

1. Värmebehandling – värm upp och kyl ner materialet snabbt

à radien som krävs för att korn ska växa blir mindre à fler korn à fler korngränser

2. Tillsats av finkornbildare (legeringsämnen med hög smälttemp) à bildas många små korn tidigt

2. KALLBEARBETNING

- Vi bankar eller pressar materialet och det blir hårdare, hållfastheten ökar

- Vid kallbearbetning skapas fler dislokationer som ansamlas vid korngränser och låser till varandra

- Då ökas sträckgränsen på materialet, så att ytterligare deformation kräver större kraft

- Förändrad kornstruktur: Kornen får vid kallbearbetningen en utdragen avlång form

- Brott: När kallbearbetningen blivit alltför stort sker ett brott i materialet

- Dvs det finns inga dislokationer kvar och atomerna kan inte röra sig någonstans längre

3. UTSKILJNINGSHÄRDNING (inte för rena metaller)

- Vi har en legering där ena metallens atomer (koppar) lägger sig på ett utspritt sätt i gittret

- Värmebehandlar legeringen à atomerna klumpar ihop sig (skiljs ut) och bildar stora partiklar

- Dessa stora partiklar kommer då förhindra dislokationer à ökad hållfasthet i materialet

4. LÖSNINGSHÄRDNING (inte för rena metaller)

- Legerar in ett annat atomslag som tar substitutionella eller interstitiella platser i gittret

- Inlegerade atomerna utövar tryck på atomer runt sig à dislokationer försvåras à ökad hållfasthet

KRAV SOM VI STÄLLER PÅ LEGERINGAR

1. PASSFORM, som påverkas av

- Lägre gjuttemperaturà bättre passform (guld vs titan)

- Högre densitet (tyngre)à bättre passform (guld vs CoCr)

2. DIMENSIONERING, som påverkas av

- Hög e-modul à kan dimensionera konstruktionen liten men utan att det elasticerar i munnen

- Draghållfasthet och hårdhet

3. PORSLINGSBINDNING (VID MK), som påverkas av

- TEK – metallen har större TEK än porslinet à metallen utvidgar sig mer än porslin när det värms upp à bildas tryck mot porslinet à håller kvar porslin till metall

- Mekaniskt (ytråhet på metallen) – porslinet kan flyta in i hålrummen

- Oxidbindningen – behandlar metall à får ett oxidskikt som man bygger porslin på

- Kylningen – om porslinet behöver långsam eller snabb avkylning

4. BIOKOMPABILITET

FRAMSTÄLLNINGSTEKNIKENS EFFEKT PÅ HÅLLFASTHET

- Framställningstekniken används ofta för att förbättra ett materials egenskaper

- Men kan leda till att porositeter, sprickor och defekter bildas à sämre hållfasthet för materialet

FORMATIV – GJUTNING

- För titan, CoCr, guld och palladiumsilver-legeringar

- Inte för tunn konstruktion (minimitjocklek) eftersom smältan ska kunna lägga sig och stelna

- Vill man ha en alltför tunn konstruktion kommer smältan då inte kunna lägga sig och stelna där

- Maxtjockeleken blir också begränsad pga smältan krymper när den stelnar

- Krympningen leder till volymsförändring à kan ge sämre passform för konstruktionen

- Gjutna legeringar har grövre mikrostruktur och lägre styrka än smidda legeringar

- Vid gjutning av titan får man ett hårt ytlager (”alpha-case”) som måste slipas bort för att få porslinsbindning

SUBTRAKTIV – FRÄSNING

- För titan- och CoCr-legeringar

- Minimitjocklek begränsad pga hur stabil fräskmaskinen är – ju större maskin à ju mer stabil

- Mindre maskiner har vibrationer i sina fräsverktyg och man kan inte göra små konstruktioner då

- Begränsad maxstorlek pga hur stora block och maskiner man har

ADDITIV – SINTRING OCH PRINTING

- För titan och CoCr-legeringar

- Begränsad minimitjocklek pga pulverstorleken – stora pulverkorn kan inte återge lika mkt detaljer

- Homogeniteten är större (färre porositeter) och hållfastheten högre för additiva konstruktioner jmf med gjutning

3. METALLKORROSION (ROST)

- Korossion = angrepp på material genom kemisk, oftast elektrokemisk, reaktion med omgivande medium

- Även icke-metaller som plaster och keramer kan korrodera

- Korrossion är en naturlig strävan att gå från ett energirikt tillstånd till ett energifattigare tillstånd

TVÅ GRUNDTYPER AV KORROSION

1. KEMISK KORROSION

- Korrosion som sker i torr gas eller vattenfri, elektrisk ledande vätska

- Sker ingen transport av elektroner mellan materialen

- Bildas istället en ny förening av de deltagande ämnena

- Titan kommer i kontakt med syre à bildas titanoxid på ytan = ny förening

2. ELEKTROKEMISK KORROSION – ALLA KOROSSIONER I SAMMANFATTNINGEN ÄR ELEKTROKEMISKA

- Vanligare än kemisk

- Korrosion som sker i elektriskt ledande vätskor = oxidationsmedel, ex saliv

- Vi har en transport av elektroner mellan materialen, dvs avgivande och upptagande av elektroner

- Överföring från ämnet som oxiderAr (Anod Avger) till ämnet som redUcerar (Katod Upptar)

- Anod: oxidation sker på metallytan, metallen bildar metalljoner och avger elektroner

- Katod: upptar elektronerna och binds till oxidationsmedlet (saliven)

- Järnet (Fe) är anod och avger e- till katoden koppar (Cu) och e- binds sen till oxidationsmedlet (bild)

- Kopparn är mer ädel och därför sker oxidationen på järnet

- Potentialen är det som påverkar vilket ämne som blir anod (avger) och katod (upptar)

- Ju högre potential à ju ädlare metall, alltså kommer ämnet med lägst potential troligen bli anod

- Exempelvis har guld, silver och platina hög potential och är ädla jmf med järn och aluminium

VAD PÅVERKAR KORROSIONEN?

1. Temperatur – högre temp à högre risk för korrosion

2. pH-värde

3. Syretillgänglighet – lågt syre à sänker potentialen i området à ökad risk för att bli anod

4. Jonkoncentration

5. Övriga ämnen som påskyndar/bromsar reaktionerna,

kloridjoner förhindrar att oxidskiktet på CoCr återbildas à ökar korrosionsrisken (gropfrätning)

OLIKA TYPER AV ELEKTROKEMISK KORROSION

1. ALLMÄNKORROSION

- Både anod- och katodreaktionerna sker på metallen (se bild)

- Platserna för anod- och katodreaktionerna är små zoner som hela tiden flyttar sig slumpmässigt

- Resultatet blir att korrosionen är jämnt fördelad över hela metallens yta

2. MIKROGALVANISK KORROSION

- Mellan två metaller som är i en legering eller lösta i varandra, ex inuti en krona

- Galvanisk korrosion som beror på heterogen sammansättning av materialet (eutektiska legeringar) eller pga segringar

- Segring innebär risk för (mikrogalvanisk) korrosion i kornet och homogenisering minskar risken

3. KONCENTRATIONSCELLSKORROSION

1. Spaltkorrosion: en form av koncentrationscellskorrosion som sker i smala spalter

- I saliv har vi syre och när vi kommer ner i en smal spalt kommer inte syret ner där

- Blir lägre syrehalt i spalten à potentialen blir lägre i spalten à bildas anod i spalten och katod utanför à metallen i spalten upplöses

2. Avlagringskorrosion: som vid spalt, blir område under en avlagring (plack) där syre inte kmr in

Gropfrätning: som vid spalt, lägre syrehalt i små gropar eller repor,

ex dåligt putsade metaller eller kloridjoner som angriper krom

4. SPÄNNINGSKORROSION

- När en metall kallbearbetas (deformeras genom att man bankar på det) uppstår spänningar i det

- Områden som deformerats får mycket spänningar i sig à högre energi à blir till anoder

- Områden som är opåverkade har lägre energi à blir till katod

- Då får vi en anod-katodreaktion

- Samma princip vid sprickor

– utsätter de för energi à spänning ökar vid sprickspetsen (där har vi också lägre syrehalt) à korrosion

5. GALVANISK KORROSION/BIMETALLCELLSKORROSION

- Mellan två metaller som inte är i en legering eller lösta i varandra, ex mellan 2 olika kronor

- Skillnaden från mikrogalvanisk korrosion är alltså att det inte är mellan två metaller i en legering

- Uppstår när två metaller som är olika ädla kommer i kontakt i en elektrisk ledande vätska, ex saliv

- Mindre ädla metallen blir då anod och mer ädla blir katod à mindre ädla metallen korroderar

- Kliniskt kan det bli problem om man har olika lagningsmaterial i munnenà ger galvaniska strömmar

- Kan bli ström mellan amalgam-krona i ök och guld-krona i uk när man biter ihop à smärtsam stöt

PASSIVERING (ROSTSKYDD) SKYDDAR METALLER MOT KORROSION

- Passivering = legerar en metall (kobolt) med en annan metall (krom) à skyddande oxidskikt på metallytan à oxidationen stannar efter detta à metallen under skyddas då från korrosion

- Blir det en repa i oxidskiktet så återbildas skiktet eftersom det finns metall under som är legerad

- Finns det kloridjoner närvarande ökar korrosionsrisken genom att de förhindrar att oxidskiktet på passiverat CoCr återbildas à risk för gropfrätning

- Oxidskiktet som bildas på titan är däremot inte känsligt för kloridjonerna

- Passiverbara metaller: krom, aluminium, titan och stål à kromoxid, aluminiumoxid, titanoxid

4. FRAMSTÄLLNINGSTEKNIK (PROCESSTEKNIK)

- På tentan kan det komma frågor om alla material

HUR GÖR MAN?

Labbet tar emot information från tandläkaren

- Antingen via avtryck i silikon/alginat eller att vi skannat in på kliniken (Cerec) och det blir digitalt

- 75% av avtrycken som kommer in till labbet är inte bra

- Gipsmodellen som tandtekniker sen gör på avtrycket kan också expandera och ändra form

- Passformen vid konstruktion gjord mha vanliga avtryck är mer ojämn

- Digitala avtryck har större säkerhet, dvs om vi gör 10 kronor blir det oftare bra passform med digitalt jmf med konventionell

- Tandtek kan skanna in gipsmodeller från vanliga avtryck och få dem digitala mha optiska scanners

- Digitalt avtryck = preparationen/tanden belyses med laser eller vitt ljus som studsar på tanden och en kamera fångar sen upp ljuset à får en digital modell på hur tanden ser ut

Design – vad ska vi göra, en krona, bro, bettskena

- Formativ = vaxar upp konstruktionen för hand

- Subtraktiv/additiv = designas i datorn, CADCAM - Computer Aided Design/Manufacturing

- ”Cut-back” = för att få plats med ytporslin på en krona, datorn tar bort ex 1 mm överallt på kronan

Framställning – gjutning/pressning/sintring vid formativ, fräsning vid subtraktiv, sintring/printing vid additiv

FRAMSTÄLLNINGSTEKNIKER FÖR KONSTRUKTIONER

1. FORMATIVA METODER – FORMAR FRAM NÅGOT MED HÄNDERNA

- Klassisk, traditionell framställning

- Kräver alltså inte digital framställning

- Kronor och broar à gjutning av metall, pressning av keramer och proteser, sintringsteknik (sintrar på porslin)

GJUTNING = MATERIALET FORMGES I FLYTANDE TILLSTÅND I EN FORM FÖR ATT SEN STELNA

- För guld, palladium och CoCr-legeringar samt titan

- Vissa legeringar kräver högre smälttemperatur

- Titan kräver gjutning under vakuum och argongas för att förhindra oxidation av titanet

Arbetsgång vid gjutning av mk-krona

1. Vaxar upp konstruktionen – i detta fall en krona

2. Sätter gjutkanaler på konstruktionen

3. Sätter på en kyvett (gjutform för konstruktionen)

4. Häller inbäddningsmassa i kyvetten och sätter in den i ugn à vaxet smälter à får hålrum i kyvetten

5. I en slunga kommer smältan (vår metallegering) tryckas ut i kyvettens hålrum genom centrifugalkraften

à vi får metallstommen för mk-kronan

6. Tar ut allt från slungan à blästrar av och slipar à nu är metallen redo att få porslin på sig

7. Porslinet byggs sedan upp genom att blanda pulver+vätska à penslar på det à sintras fast i ugn

8. Bränner fast porslin 5-7 ggr på en krona för att få färgskiftningar, ev missfärgningar, fluoros

Målar vi på porslinet slits det med tiden och vi blockar tandens translucens (ljus släpps inte igenom)

Viktigt med färgtagning – en för ljus tand kan tandtek måla mörk, men en för mörk tand måste allt porslin göras om på

PRESSNING = PRESSAR IHOP MATERIALET

- För glaskeramer (litiumdisilikat/e-max samt leucit/empress) och polymerer

- Glaskeramerna kan göras som monolitiska kronor eller bilayer

- Bilayer = krona där man lägger understruktur och ett ytporslin på

Arbetsgång vid pressning av glaskeram (Malin pratar om detta på keramer)

1. Vaxar upp konstruktionen

2. Sätter gjutkanaler på vaxet

3. Sätter gjutkanalerna på en kon

4. Sätteri en kyvett och bäddar in i inbäddningsmassa som stelnar

5. Sätter i ugnen à vaxet smälter bort

6. Väljer färg på konstruktionen genom att välja en passande kerampuck

7. Plockar ut kyvetten med hålrum från ugnen och sätter i vår kerampuck

8. Sätter in allt i pressugn som pressar ner kerampucken i kyvettens hålrum

à får konstruktionen i glaskeram

9. Kapar av kronan från keramklumpen, slipar till och målar, glansbränner

Arbetsgång vid cut-back teknik (plats för ytporslin) för litiumdisilikat

1. Gör en reducerad uppvaxning

2. Bäddar in i kyvett, smälter bort vax och pressar som vanligt

3. Får en konstruktion som har ”mamelonstrukturer” à plats för porslin

4. Bygger upp och bränner fast ytporslinet

5. Glansbränner

6. Cut-back ger mer translucens vid skären à lite snyggare vid skären

SINTRINGSTEKNIK

- Porslin skiktad med fältspat (skiktat fältspatsporslin) – för skalfasader eller som ytporslin på kronor

- Blandar pulver + vätska à lägger på en brännmodell à sintras ihop i ugn à blästrar bort brännmodell à färdig konstruktion à provar den på gipsmodell

- Porslinet i sig är svagt men blir starkt efter det binds med adhesiv teknik till metall eller preparation

SUBTRAKTIVA OCH ADDITIVA METODER KRÄVER DIGITAL FRAMSTÄLLNING – CAD/CAM

I. DESIGN AV KONSTRUKTIONEN

- Datan kommer från intraoral skanning eller att tandtek skannar gipsmodeller från silikonavtrycken

- Kan ändra inställningar: spacer (hur tight passformen ska vara), tjocklek på material och placering

- Markerar prepgränsen så programmet vet var den ska börja

- Prepgränsen ska vara synlig och utan saliv, blod och mjukvävnad på sig när man skannar

- Kan mäta om konvergensvinkeln är bra, se om det finns plats för material, fixa underskär

- Design i CAD och sen exporteras det till CAM (produktionsenheten)

II. FÖRBEREDNING FÖRE FRAMSTÄLLNING

- Subtraktiv (fräsning) --> Nesting = placerar in konstruktioner på block mha datorn, Verktygsbanor = vilken ordning allt ska fräsas, borr som ska användas

- Additiv (sintring och printing)

Skiktning av konstruktion

Var stödpelare ska vara

Riktning som det ska printas i

III. NU ÄR VI REDO FÖR FRAMSTÄLLNING MED ANTINGEN SUBTRAKTIVA ELLER ADDITIVA METODER

2. SUBTRAKTIVA METODER = FRÄSNING, SUBTRAHERAR FRÅN ETT BLOCK

- Från nestingen vi kör kommer det fräsas fram en konstruktion från homogena block

- På bilden ser vi hur man placerat flera konstruktioner på blocken mha nesting

- Fräsmaskinen kan ha 3-7 axlar (vinklar) som den fräser från

- Fler axlar à kan fräsa mer komplicerade konstruktioner, ex implantat

- Används för att fräsa

Oxidkeramer (alumina, zirkonia)

Glaskeramer (leucit, litiumdisilikat)

Hybrider (litiumdisilikat med zirkonia)

CoCr

Titan – både rena och legeringar, implantat

Plaster – temporära broar, bettskenor, ”try-in” = modeller som man prövar i pats mun

- Zirkonia och CoCr kan fräsas ur sintrade block, dvs man har blandat pulver+vätska som sintrats ihop

o Fullsintrat (HIP) = blocket helt sintrat à hårt à sliter på fräsarna men ger hög hållfasthet

o Semisintrat (white-stage) = blocket inte helt sintrat à mjukare à lättare att fräsa i men även lite större än vad de ska vara i munnen, så man färdigsintrar dem sen

- Fräsning sker i stora block för broar eller mindre block för singelkronor

- Blocken finns i flera färger

3. ADDITIVA METODER = SINTRING OCH PRINTING, ADDERAR IHOP MATERIAL

1. Lasersintring – sintrar (smälter ihop) pulver och vätska med laser

2. Elektronstrålesmältning – smälter ihop med elektronstråle

3. 3D-printing – ”skriver ut” konstruktionerna, större skrivare för metaller, mindre för plast och vax

LASERSINTRING

1. Har designat i CAD och vänder på konstruktionen så ocklusalytan är neråt

2. Skiktar konstruktionen – vi delar upp konstruktionen i olika skikt,

tjocka skikt går snabbt att bygga men har sämre detaljåtergivning och hållfasthet

3. Lasersintrar ihop skikten på stödpinnar – pulvret i pulverkammaren puttas över i skikt till byggkammaren mha en ”roller” à lasern sintrar (smälter) ihop pulvret i byggkammaren à rollern puttar över nästa skikt osv

4. Skär bort konstruktionen från stödpinnarna och nu har vi vår färdiga konstruktion

OLIKA TEKNIKER FÖR OLIKA MATERIAL

- För metaller–lasersintring, elektronstrålesmältning, 3D-printing

- För keramer – 3D-printing, fotopolymerisation = ljushärdar plast på zirkonia och sintrar sen zirkonia

- För plast och vax – 3D-printing

VILKA RESULTAT FÅR VI MED DE OLIKA FRAMSTÄLLNINGSTEKNIKERNA?

HÅLLFASTHET

- Sträckgränsen (innan det deformerar plastiskt) högre för additiv än subtraktiv CoCr

- Additiv har högre hållfasthet = hårdhet, homogenitet (mindre porositeter) och draghållfasthet

PASSFORM

- Passformen blir bra med alla tekniker kliniskt

- Men gjutna konstruktioner har större osäkerhet

- Dvs gör man 10st konstruktioner är det större risk att någon av dem inte passar jämfört med additiv

- Passformen ocklusalt blir sämre eftersom CADCAM programmet inte gör spacern rätt

- Passformen blir bättre efter porslinsbränning pga att materialet då krymper och blir mer tight

- Implantat ska inte gjutas pga att de får sämre passform då

- CAD/CAM kan ge konstruktioner med god passform men detta beror på:

o Avtrycket

o Scanner – olika scannrar har olika upplösning

o Designparametrar – spacer, var man sätter prepgränsen, om den är tydlig

o Framställningsteknik – subtraktiv eller additiv

o Porslinsbränningen – ger bättre passform

FRAMSTÄLLNINGSTEKNIK FÖR AVTAGBAR PROTETIK (PROTESER)

- Formativ – pressning är vanligast

o Vaxuppsättning à bäddar in i gips à smälter bort vax à pressar akryl i kyvetten à stelnar

- Subtraktiv – fräser fram slemhinnedelen sen bondar man in färdiga proteständer

- Additiv – printar upp allt

- Problemet vid subtraktiv och additiv teknik är att få ett bra digitalt avtryck vid intraoral scanning

- Vanliga silikonavtryck trycker undan mjukvävnaden bra, vilket intraoral scanning inte gör

Studier i slutet av föreläsningen (inte viktiga men bra inför inför examensarbetet)