AMT | Anwendung von Pulvermetallurgie bei strukturellen Teilen in Dental-Amalgam-Legierungen

Date：2025-07-31   Views：1020

Dentalamalgamlegierungen entstehen durch die Reaktion von flüssigem Quecksilber mit einer silberbasierten Legierungspulver. Die Pulverzusammensetzungen lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen: niedrig- und hochkupferhaltige Legierungen. Niedrigkupferlegierungen enthalten mehr als 65 % Silber, 29 % Zinn und ≤ 6 % Kupfer. Hochkupferlegierungen, die in den 1960er und 1970er Jahren entwickelt wurden, enthalten bis zu etwa 30 % Kupfer.

Wenn Silber-Zinn-Legierungspulver mit Quecksilber in Kontakt kommt, lösen sich Silber und Zinn im Quecksilber, während Quecksilber in das Pulver diffundiert. Da die Löslichkeit von Silber und Zinn in Quecksilber begrenzt ist, bilden sich Ausscheidungen: γ (Ag₂Hg₃) und für die Zinnphase γ₂ (Sn₈Hg). Diese Reaktionen setzen sich fort, bis das Quecksilber erschöpft ist. Die entstandene Kompositstruktur besteht aus unreaktierten Legierungspartikeln, die von Schichten aus Silber-Quecksilber- und Zinn-Quecksilber-Intermetallverbindungen umgeben sind, mit etwas Restporosität. Die Eigenschaften des Amalgams hängen vom Quecksilber-Pulver-Verhältnis, der Pulverzusammensetzung und -morphologie sowie dem Verdichtungsverfahren ab. Hochkupferlegierungspulver können Mischungen aus Silber-Kupfer- und Silber-Zinn-Pulvern oder vorgelegierte Silber-Zinn-Kupfer-Pulver sein. Der grundlegende Amalgamierungsmechanismus (Interdiffusion und Ausscheidung) ist derselbe wie bei niedrigkupferhaltigen Legierungen.

In binären Mischungen aus Silber-Kupfer- und Silber-Zinn-Pulvern bildet sich an der Oberfläche der Silber-Kupfer-Partikel eine Cu₆Sn₅-Schicht. Diese Cu₆Sn₅-Phase entsteht durch Zinn, das gelöst und an die Silber-Kupfer-Partikeloberfläche diffundiert ist. Diese Reaktion beseitigt den größten oder gesamten γ₂ (Sn₈Hg)-Phasenanteil, die am wenigsten beständige Komponente des Amalgams und die Phase mit der höchsten Korrosionsanfälligkeit in der Mundhöhle.

Bei der Amalgamierung vorgelegierter Silber-Zinn-Kupfer-Pulver treten ähnliche Reaktionen auf, jedoch nimmt die Cu₆Sn₅-Phase eine andere Morphologie an – stäbchenförmige Ausscheidungen, die die Partikel beschichten. Diese stäbchenförmige Struktur verbessert die Bindung an die Matrix und erhöht die Verformungsbeständigkeit. Das fertige Amalgam besteht aus unreaktierten Legierungspartikeln, die mit Cu₆Sn₅ beschichtet sind, eingebettet in eine γ₁ (Ag₂Hg₃)-Matrix, wodurch die unerwünschte γ₂-Phase minimiert oder beseitigt wird.

Pulver

Die frühesten Pulver für zahnärztliche Restaurationen waren drehmaschinell geschnittene Pulver, die durch die Bearbeitung gegossener Barren hergestellt wurden. Dieser Prozess liefert dichte, leicht längliche Späne (Abbildung 10-12). Vor der Bearbeitung werden die Barren durch Wärmebehandlung kurz unterhalb des Erstarrungspunkts der Legierung homogenisiert. Die Abkühlrate am Ende der Homogenisierung kann angepasst werden, um die Phasenverteilung im Barren zu verändern.

Abbildung 10-12 REM-Aufnahme (250×) von drehmaschinell geschnittenem Dentalamalgampulver

Nach der Homogenisierung und Bearbeitung können die Pulver weiter verarbeitet werden – beispielsweise durch Kugelmahlen zur Reduzierung der Partikelgröße. Proprietäre Säurebehandlungen können zur Reinigung der Pulver eingesetzt werden, um deren Amalgamierungsverhalten zu modifizieren. Spannungsarmglühen kann ebenfalls angewendet werden, um Eigenspannungen zu beseitigen, die während der Bearbeitung entstanden sind.

Atomisierte Pulver, die durch konventionelle Atomisierung hergestellt werden, sind leicht unregelmäßig geformt (Abbildung 10-13); kleinere Partikel neigen zur Kugelform. Diese Pulver werden wärmebehandelt, um die Korngröße innerhalb der Partikel zu erhöhen und dadurch die Reaktion mit Quecksilber zu verlangsamen. Atomisierte Pulver werden oft säuregewaschen. Mischungen aus drehmaschinell geschnittenen und atomisierten Pulvern werden ebenfalls verwendet (Abbildung 10-14).

Abbildung 10-13 REM-Aufnahme (250×) von atomisiertem Dentalamalgampulver

Abbildung 10-14 REM-Aufnahme (250×) einer Mischung aus drehmaschinell geschnittenen und atomisierten Amalgampulvern [die kugelförmigen Partikel sind atomisiertes Pulver]

Mechanische Eigenschaften und Pulvervariablen

Wichtige Eigenschaften von Dentalamalgam umfassen Druckfestigkeit, Erhärtungscharakteristika und dimensionsstabilität. Pulvervariablen wie Partikelgrößenverteilung, Oberflächengröße und Zusammensetzung beeinflussen diese Eigenschaften stark. Handelspulver haben typischerweise eine Partikelgröße < 44 μm (-325 Maschen) mit einem Durchschnitt von ~30 μm. Feinere Pulver führen zu schnellerer Erstarrung und höherer Anfangsfestigkeit, aber übermäßige Ultrafeinanteile (< 3 μm) erhöhen die Oberfläche und erfordern mehr Quecksilber, was die Eigenschaften möglicherweise verschlechtert.

Die Partikelform spielt ebenfalls eine Rolle. Bei gleicher Größe haben kugelförmige Pulver eine geringere Oberfläche als drehmaschinell geschnittene Pulver und benötigen weniger Quecksilber – ein Vorteil aus Sicht der mechanischen Eigenschaften. Tabelle 10-2 zeigt den Zusammenhang zwischen Druckfestigkeit und Restquecksilber für Amalgam aus Spänepulver: ein höherer Quecksilbergehalt verringert die Druckfestigkeit deutlich.

Tabelle 10-2 Druckfestigkeit vs. Restquecksilbergehalt von Spänepulveramalgam

Amalgame aus kugelförmigen Pulvern zeigen eine größere Plastizität als solche aus drehmaschinell geschnittenen Pulvern. Zahnärzte können mit geringeren Verdichtungsdrücken höhere Festigkeiten erzielen, aber die erhöhte Plastizität erfordert Sorgfalt beim Formen, um die gewünschte Anatomie zu erreichen.

Wie erwähnt enthalten hochkupferhaltige Amalgame wenig oder keine γ₂-Phase. Da γ₂ schwächer, kriechfähiger und korrosionsanfälliger als γ ist, ist deren Abwesenheit vorteilhaft. Vergleichende Studien zeigen, dass hochkupferhaltige Materialien eine höhere Anfangs- und Alterungsdruckfestigkeit besitzen, aber einen etwas geringeren Kriechwiderstand.

Einige Legierungen enthalten Zink als Desoxidationsmittel beim Schmelzen. Während Zink die Duktilität verbessert, kann seine Anwesenheit bei Feuchtigkeit während des Misch- und Verdichtungsprozesses zu übermäßiger Expansion führen. Diese Expansion ist mit Wasserstoffentwicklung verbunden und beginnt 4–5 Tage nach dem Einsetzen, was möglicherweise Schmerzen verursacht. Zinkarme, hochkupferhaltige Legierungen vermeiden dieses Problem.