Comparative study of bond characteristics between titanium/titanium alloy and ceramic

Abstract

Heutzutage ist der Gebrauch Titan-keramischer Restauration vermehrt, aber es gibt einige Probleme, die gelöst werden müssen. Um die Festigkeit von unlegiertem Titan zu verbessern, wurde die TiAl6Nb7 Legierung entwickelt, die einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizient im Vergleich zu Reintitan hat. Aufgrund der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten und elastischen Eigenschaften von Titan/Titan Legierung und verblendeter Keramik, beeinflusst die entstehende Spannung die metallkeramische Kompatibilität. Der Tübinger Gabel Test wurde entwickelt, um die thermische Kompatibilität zwischen Metall und verblendeter Keramik experimentell bewerten zu können. Das Ziel dieser Untersuchung sollte sein, die effektive thermische Kontraktionsdifferenz zu berechnen und die Verbundfestigkeit am System Reintitan/TiAl6Nb7 Legierung mit Keramik zu messen. Gabelförmige Prüfkörper mit zwei parallelen Ästen wurden von Reintitan Grade 2 und TiAl6Nb7 Legierung mit dem Einkammer-Vakuum-Druckgussgerät mit Lichtbogen-Schmelzeinrichtung gegossen. Nach der Oberflächebearbeitung mit SiC 1200 und Reinigen in Äthylalkohol, wurde Titankeramik auf der entgegengesetzten Seite jeden Astes gemäß Herstellerangaben verblendet. Nach dem Abkühlen wurde der Abstand der Durchbiegung der zwei Äste mit dem Mikroskop an der Front der Äste gemessen. Auf der Basis dieser Daten wurde die effektive thermische Kontraktionsdifferenz zwischen rein Titan/TiAl6Nb7 Legierung und Keramik berechnet. Der Dreipunktbiegeversuch nach Schwickerath wurde gemäß ISO 9693 durchgeführt, um die Verbundfestigkeit zu messen. Die Anzahl jeder Gruppe war zehn und die Ergebnisse wurde mit dem T-Test analysiert. Die Haftungskraft von Keramik mit Reintitan war 41,0 ± 5,9 MPa, dass ähnlich von Keramik mit TiAl6Nb7 Legierung (41.6 ± 12.6 MPa) war. Dafür haben sich die effektiven thermischen Kontraktionsdifferenzen beträchtlich geändert: Reintitan-Opaque (1,29 ± 0,43) x 10-3, TiAl6Nb7-Opaque (0,39 ± 0,18) x 10-3, Reintitan-Opaque&Dentin (2,37 ± 0,88) x 10-3, TiAl6Nb7-Opaque&Dentin (0,89 ± 0,25) x 10-3. Im Gegensatz zu den Ergebnissen des Dreipunktbiegeversuch, nach Schwickerath, die kein statistischen bedeutsamen Unterschied zeigte, waren die berechneten Werte für die effektive thermische Kontraktionsdifferenz anfällig für materielle Kombination und für die bearbeitenden Bedingungen. Dadurch gibt der Tübinger Gabel Test, mit dem versucht wurde, die thermische Kompatibilität zu bewerten, weitere Informationen über die metallkeramischen Verbundeigenschaften und stellt ferner eine einfache und reproduzierbare Methode dar.

Nowadays the use of titanium-ceramic restorations is increased, but there are some problems to be solved. To improve the strength of unalloyed titanium, the TiAl6Nb7 alloy was introduced, and TiAl6Nb7 alloy has higher coefficient of thermal expansion compared with cp titanium. Due to the different thermal expansion coefficients and elastic properties of titanium/titanium alloy and veneered ceramic, the resulting stress influences the metal–ceramic compatibility. Tuebinger Gabel test was developed to estimate the thermal compatibility between metal and veneered ceramic experimentally. The aim of this study was to calculate the effective thermal contraction difference and to measure the bond strength of cp titanium/TiAl6Nb7 alloy-ceramic composites. Split samples of cp titanium grade 2 and TiAl6Nb7 alloy with two branches were cast using a pressure unit. After grinding to 1200 SiC and cleaning in ethanol, titanium ceramic was fused on the opposite side of each branch according to the manufacturer. After cooling, the expanded distance between tips of two branches was measured microscopically at the front of the branches. Based on these data the effective thermal contraction difference between cp titanium/TiAl6Nb7 alloy and ceramic was calculated. The Schwickerath crack initiation test was performed to measure bond strength according to ISO 9693. Number of each group was ten and results were analyzed using t-test. The bond strength of ceramic to cp titanium was 41.0 ± 5.9 MPa, which was similar to that of ceramic to TiAl6Nb7 alloy with 41.6 ± 12.6 MPa. However, the effective thermal contraction differences varied considerably: cp TI-Opaque (1.29 ± 0.43) x 10-3, TiAl6Nb7-Opaque (0.39 ± 0.18) x 10-3, cp Ti-Opaque&Dentin (2.37 ± 0.88) x 10-3, TiAl6Nb7-Opaque&Dentin (0.89 ± 0.25) x 10-3. In contrast to the results of the three-point bending test, which revealed no statistically significant difference, the calculated effective contraction difference values were susceptible to the material combination and to the processing conditions. Thus, Tuebinger Gabel test to estimate the thermal compatibility gives additional information on the metal-ceramic compatibility and is found to be a simple and reproducible method.