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International Poster Journal of Dentistry and Oral Medicine
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Int Poster J Dent Oral Med 7 (2005), No. 2     15. June 2005

Int Poster J Dent Oral Med 2005, Vol 7 No 02, Poster 269

Technische und klinische Aspekte zum Einsatz von TiAl6Nb7-Legierungen

Sprache: Deutsch

Autoren:
Dr. Burkhard Wolf,
Dr. Ulrike Lenz, Universitätsklinikum Carl-Gustav-Carus, Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik,
Prof. Klaus Päßler, Fa. Girrbach Dental GmbH, Pforzheim,
Prof. em. Edwin Lenz, FSU Jena,
Prof. Michael Walter, Universitätsklinikum Carl-Gustav-Carus, Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik

Datum/Veranstaltung/Ort:
13.-16. Mai 2004
53. Jahrestagung der DGZPW
Kiel

Einleitung

Die mechanischen Eigenschaften des Reintitan (cp-Titan) weisen eine geringe 0,2% Dehngrenze, geringen E - Modul und eine geringe Dauerfestigkeit auf und zeigen sich daher als kritisch für den Einsatz in der Modellgussprothetik (Abb. 1, 2). Titanlegierungen dagegen zeigen ein günstiges elastisches Verhalten bei gleichzeitig hoher Festigkeit und sollten daher auf ihre klinische Einsatzmöglichkeit hin untersucht werden (Abb. 2, 3).

Abb. 1 gegossene abnehmbare Teilprothese aus cp-Titan (Grad 1) Abb. 2 Vergleich mechanischer Kenndaten von cp-Titan und Titanlegierungen Abb. 3 gegossene abnehmbare Teilprothese aus einer TiAl6Nb7-Legierung

Problemstellung

Klärung der Fragestellung: Sind Titan-Aluminium-Niob-Legierungen für den klinischen Einsatz geeignet?

Material und Methoden

Zur Einschätzung der klinischen Eignung wurden folgende Untersuchungen durchgeführt:

1. Formfüllungsvermögen
Ausfließindex (AI) nach Meyer (Abb. 4) im Vergleich der Legierungen TiAl5Fe2,5, TiAl6V4 und TiAl6Nb7 vergossen in den Gießanlagen TiCast und SymbioCast (Fa. Girrbach) unter standardisierten Bedingungen

Abb. 4 Ausfließindex (AI) nach Meyer

2. Elastisches Verhalten (Abb. 5 a, b)
statischer Biegeversuch an gegossenen Klammerprofilen (Profil "Ringklammer") im Vergleich TiAl6Nb7-Legierung, cp-Titan und CoCr-Legierung mit Aufnahme der Werte: einwirkende Kraft (P) zu erzielter Durchbiegung (f) entsprechend der Klammerlänge (L) bei maximaler elastischer Verformung

Abb. 5a: Versuchsanordnung statischer Biegeversuch mit Aufnahme der Parameter L = Länge, f = erzielte Durchbiegung und P = einwirkende Kraft
Abb. 5b: konfektioniertes Wachsprofil "Ringklammer"

3. Schweißbarkeit
metallographische Untersuchung (Abb. 6, 7) der Laserfuge von Laserschweißungen zwischen cp-Titan und TiAl6Nb7-Legierung geschweißt unter standardisierten Bedingungen

Abb. 6: Laserfügungen von Titan, makroskopische Aufnahme Abb. 7: Laserfügung von Titan, mikroskopische Aufnahme

Zudem soll das Ergebnis einer 4. Klinischen Beobachtung dargestellt werden.

Ergebnisse

1. Formfüllungsvermögen

Ausfließindex (AI) nach Meyer
Vergleich der 3 Titanlegierungen (Abb. 8):
- 100% Formfüllung für Legierungen TiAl6V4 und TiAl6Nb7
- TiAl6V4- und TiAl6Nb7-Legierung keine signifikanten Unterschiede im Formfüllungsvermögen
- TiAl5Fe2,5-Legierung deutlich schlechtere Ergebnisse
Vergleich der beiden Gießapparaturen (Abb. 9):
es konnte kein signifikanter Unterschied zwischen den Gussergebnissen der Gießanlagen SymbioCast und TiCast festgestellt werden

Abb. 8: Formfüllungsvermögen von TiAl5Fe2,5, TiAl6V4, TiAl6Nb7 Legierungen Abb. 9: Vergleich der beiden Gießanlagen TiCast und SymbioCast (Fa. Girrbach)

2. elastisches Verhalten

- Durchbiegung der Klammerprofile bei stufenweise steigender Belastung (L=13mm) (Abb. 10):
 Proportionalitätsgrenze
   = max. elastische Beanspruchbarkeit
   = max. Federweg des Klammerarms
- cp-Titan = geringster Widerstand und größte Durchbiegung
- TiAl6Nb7-Legierung = ähnlich cp-Titan, etwas niedrigere Werte
- CoCr-Legierung = größte Steifigkeit
- Titanwerkstoffe zeigen bei gleichem Unterschnitt (=Durchbiegung) eine geringer aufzuwendende Kraft als CoCr-Legierung im Verhältnis:
    CoCr-Leg. TiAl6Nb7-Leg. cp-Ti
          1       :      0,96       :  0,86

Abb. 10: elastisches Verhalten von TiAl6Nb7-Legierung, cp-Titan, CoCr-Legierung im statischen Biegeversuch bei stufenweiser Belastung und korrelierender Durchbiegung mit Darstellung der Proportionalitätsgrenze

- elastisches Verhalten in Abhängigkeit von der Klammerlänge (Abb. 11):
stufenweise Be- und Entlastung bis zur Proportionalitätsgrenze
cp-Titan und TiAl6Nb7-Legierung können bei konstanter Klammerlänge höhere Unterschnitttiefen elastisch überwinden. Zur elastischen Überwindung eines 0,8mm tiefen Unterschnitts sind z.B. folgende Klammerlängen erforderlich:
TiAl6Nb7-Leg. = 11 mm
cp-Ti = 13 mm
CoCr-Leg. = 17 mm

Abb. 11: elastisches Verhalten von TiAl6Nb7-Legierung, cp-Titan, CoCr-Legierung in Abhängigkeit von der Klammerlänge bei stufenweiser Be- und Entlastung bis zur Proportionalitätsgrenze und Aufnahme des maximalen Federweges

3. Schweißbarkeit

- metallographische Untersuchung der Laserfügung cp-Titan und TiAl6Nb7-Legierung
Abb. 12:
- Fehlerfreie Verschmelzung der beiden Titanwerkstoffe
- Homogene, feinkristalline Struktur der erstarrten Schmelze
- Aufhärtung im Bereich der Verschmelzung bei Titan auf das 2,3 fache und bei der Titanlegierung auf das 1,7 fache des Grundmaterials
Abb. 13:
- Feinkristalline Wärmeeinflusszonen im Schweißbereich: etwa 150 - 250 µm breit
- Aufhärtung < 20 %

Abb. 12: Metallographische Schliff einer Laserschweißung aus cp-Titan und TiAl6Nb7- Legierung (Farbätzung nach Weck) Abb. 13: Metallographische Schliff einer Laserschweißung aus cp-Titan und TiAl6Nb7- Legierung mit Darstellung der Mikrohärte nach Vickers (Farbätzung nach Weck)

4. Beispiel einer klinischen Beobachtung (Abb14 a-f):

Klinische Ausgangssituation:
UK: Pat. trägt 10 Jahre alte Modellgussprothese, wünscht Neuversorgung, Allergiesymptomatik, Kronenversorgung 45 indiziert
OK: Cover denture

Festsitzende Versorgung:
Verblendkrone mit oraler Fräsung aus Reintitan Grad 1, verblendet mit Triceram (Fa. Dentaurum)

Abnehmbare Versorgung:
Einstückgussprothese mit Klammerverankerung an 34, 44, 45 und 47, hergestellt aus einer TiAl6Nb7-Legierung (Girotan L; Fa. Girrbach)

Abb. 14 a UK: Klinische Ausgangssituation Abb. 14 b Einstückgussprothese aus einer TiAl6Nb7-Legierung und Krone (cp-Titan) mit oraler Fräsung Abb. 14 c Detailansicht: großer und kleiner Verbinder mit gegossenen Klammern
Abb. 14 d eingegliederte Versorgung: Verblendkrone mit oraler Fräsung an 45, Einstückgussprothese zum Ersatz von 37-35 und 46 Abb. 14 e Detailansicht Ringklammer 34 Abb. 14 f Detailansicht großer und kleiner Verbinder regio 44-46

Schlußfolgerungen

  1. Titanlegierungen sind mit den verwendeten Gussapparaturen Hochleistungsgießanlage für Reintitan) problemlos vergießbar
  2. Gussklammern aus TiAl6Nb7 erzeugen im Vergleich zu CoCr-Legierungen etwas geringere Klammerkräfte und können deutlich höhere Federwege elastisch aufnehmen
  3. Fügungen im Laserschweißverfahren sind zwischen Reintitan und TiAl6Nb7-Legierung problemlos und ermöglichen den Einsatz in der Kombinationsprothetik
  4. im klinischen Einsatz bewähren sich Titanlegierungen, v.a. für die Herstellung mechanisch hoch beanspruchter herausnehmbarer Prothesengerüste

FAZIT: TiAl6Nb7-Legierungen können für den klinischen Einsatz empfohlen werden

Ausblick:
- Untersuchung der Dauerfestigkeit von Klammerelementen und Laserfügungen
- Untersuchung der Langzeitbewährung des Legierung-Keramik-Verbundes
- klinische Langzeiterfahrungen

Dieses Poster wurde übermittelt von Dr. Ulrike Lenz.

Korrespondenz-Adresse:
Dr. Ulrike Lenz.
Universitätsklinikum Carl-Gustav-Carus
Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik
Fetscherstr. 74
01307 Dresden