mini|Muffel mit Einbettmasse. Links: Formteil, das den Gusstrichter in der Einbettmasse erzeugt hat. mini|Die Einbettmasse trägt entscheidend zur Passgenauigkeit von zahntechnischen Werkstücken bei (hier: Goldkrone auf Gipsmodell). Unter einer Einbettmasse () versteht man in der Zahntechnik eine feuerfeste Masse, in die zahntechnische Gussmodelle aus Wachs oder Kunststoff zur Herstellung von Kronen, Inlays, Brücken oder Modellguss zum Gießen eingebettet werden. Nach dem Ausschmelzen des Wachses beziehungsweise dem Ausbrennen des Kunststoffes wird das Werkstück in dem entstandenen Hohlraum passgenau gegossen. Für das Gussergebnis ist entscheidend, dass sich durch eine Expansion der Einbettmasse der Hohlraum vor dem Gießen genau um den Faktor vergrößert, um den das Metall beim Erkalten schrumpft. Je nach erforderlicher Vorwärmtemperatur und zu gießendem Material werden gipsgebundene, phosphatgebundene, silikatgebundene oder acetatgebundene Einbettmassen verwendet. Die Einbettmasse ist der zentrale Werkstoff für den wichtigsten Herstellungsprozess im zahntechnischen Labor. Das Wachsausschmelzverfahren ist aus den Zeiten des alten Ägyptens aus nichtzahntechnischen Anwendungen bekannt. Trotz Einführung der CAD/CAM-Technologie, bei der Zahnersatz aus Blöcken gefräst oder im Lasersinterverfahren hergestellt wird, dominieren nach wie vor traditionelle Press- und Gusstechniken unter Verwendung von Einbettmassen bei der Anfertigung gegossenen Zahnersatzes.
Anwendung Beim Dentalguss werden die kleinsten Gussobjekte mit Abmessungen im Millimeterbereich bei minimalen Wandstärken im Bereich von 0,3 Millimeter erreicht. Zahntechnische Werkstücke, die im Gussverfahren hergestellt werden, werden zunächst aus rückstandslos verbrennbarem organischen Wachs oder Kunststoff modelliert. Nachdem an die Modellationen Gusskanäle angebracht wurden, werden die Werkstücke in einer Muffel (Stahlring) mit der flüssigen Einbettmasse umhüllt. Hierzu wird die Einbettmasse mittels eines zeitgesteuerten Anrührgeräts unter Vakuum angemischt. Auf grazile Teile wird die Einbettmasse mit einem Pinsel aufgebracht und anschließend die Muffel aufgefüllt. Nach Aushärten der Einbettmasse wird die Muffel in einem computergesteuerten Vorwärmofen zunächst auf 300 °C für etwa 45 Minuten erwärmt, wodurch das Wachs oder der Kunststoff ausgeschmolzen und verbrannt werden („Wachsaustreiben“). Es entsteht eine Negativform. In einem zweiten Schritt wird dann stufenweise auf die benötigte Vorwärmtemperatur zum Gießen erhitzt. Dieses auch in zahlreichen anderen Branchen, beispielsweise in der Schmuckindustrie, bekannte Vorgehen wird als Wachsausschmelzverfahren bezeichnet. Der zahntechnische Präzisionsguss erfordert eine perfekte Prozessqualität, deren Erstausbeute bei 100 Prozent liegt. Ob beispielsweise ein gegossenes Schmuckstück nach dem Guss 1–2 % größer oder kleiner ausfällt, spielt – im Gegensatz zur Zahntechnik – kaum eine Rolle. Eine Zahnkrone müsste jedoch verworfen werden. Wäre sie zu klein, würde sie nicht auf den Zahn passen. Wäre sie zu groß, würde sie nicht dicht abschließen und der Karies Vorschub leisten. In der komplexen Prozesskette bei der Herstellung gegossenen Zahnersatzes spielt die Verarbeitung der Einbettmasse eine zentrale Rolle.Michael Rudolph: Randspaltmessung und Festigkeitsprüfung von Metallkeramikkronen mit lasergeschmolzenem Gerüst. Dissertation. 2006. Abgerufen am 22. August 2015.
Expansion mini|Bindungswinkel von 144° des β-Quarzes Beim zahntechnischen Präzisionsguss handelt es sich jeweils um die Herstellung eines Unikats, das in Originalgröße modelliert wird und nach dem Gussvorgang exakt auf dem Zahn passen muss. Beim Abkühlen der Gusslegierung schrumpft das Werkstück. Damit es jedoch die gleiche Größe hat, wie es in Wachs modelliert wurde, muss die Einbettmasse um den Schrumpfungsfaktor expandieren, d. h., die Hohlform muss vor dem Gießvorgang größer sein, nämlich so groß, dass das Gussobjekt nach dem Erkalten die gewünschte Größe besitzt. Demzufolge muss es mit einem Aufmaß (Schwindmaß) hergestellt werden. Die thermische Kontraktion beträgt etwa 1,6 % bei Goldguss- und 2,2 % bei Modellgusslegierungen. Würde man das flüssige Metall in eine kalte Gussform gießen, würde es sich während des Einfließens bereits wieder der Solidustemperatur annähern und teilweise in die feste Phase übergehen, also hart werden, wodurch die Gussform nur teilweise gefüllt würde. Die Vergrößerung geschieht einmal durch die Abbindeexpansion, demnach während die Einbettmasse aushärtet. Sie liegt bei etwa 1–1,5 %. Durch Zwischenlegen von Vliesen in die Muffelringe muss dem Material Gelegenheit gegeben werden, diese Expansion ungehindert auszuführen.
Zum anderen expandiert die Form durch Erwärmen auf die Vorwärmtemperatur um 0,5–1,5 %, wofür die feuerfesten Bestandteile der Einbettmasse (Quarz, Cristobalit) sorgen. Die thermische Umwandlung von Quarz und seinen Modifikationen hängt mit der Anordnung der Atome zusammen. Eine Umwandlung von β-Quarz in α-Quarz (Tiefquarz in Hochquarz), erfolgt bei 573 °C (±10 °C) durch eine Änderung des Bindungswinkels der SiO2-Moleküle (Siliciumdioxid) von 144° auf 147°. Die Umwandlung von tetragonalem α-Cristobalit in kubisches β-Cristobalit (Tiefcristobalit in Hochcristobalit) erfolgt durch eine solche von 147° auf 148°, bei einer Temperatur von 240–275 °C.
15px = Siliciumatom 15px = Sauerstoffatom
Durchführung Die Anmischzeit und die Ausgangstemperatur der Einbettmasse haben Einfluss auf die Abbindeexpansion. Die ideale Ausgangstemperatur der Flüssigkeit und des Pulvers liegt bei 17 °C, die durch eine Lagerung der Flüssigkeit und des Pulvers in einem Thermoschrank erreicht wird. Hierzu werden regelbare Thermoschränke verwendet, die eine Temperatur von +15 °C bis +28 °C zur exakten Temperierung von Einbettmassen einstellen lassen. Bei einer angenommenen Raumtemperatur von 23 °C, die der Wachsmodellation entspricht, wird bei einer Ausgangs-Anmischtemperatur von 17 °C kurz nach dem Anrühren ein Temperaturanstieg auf 19 °C bis 23 °C erreicht. So trifft die Einbettmasse die Wachsmodellation in einem thermischen Gleichgewicht, ohne dass die Wachsmodellation abgekühlt wird und dadurch schrumpft oder sich verzieht.Andreas Hoffmann: In: Quintessenz Zahntech. 36(6), 2010, S. 814–827. Abgerufen am 22. August 2015. Das Anmischverhältnis der Einbettmasse muss präzise eingehalten werden, um eine Passgenauigkeit des zahntechnischen Werkstücks zu erreichen. Zahntechnische Laboratorien arbeiten mit jeweils geringfügig modifizierten Anmischverhältnissen, je nach Abdruckmaterial der Abformung, die sie vom Zahnarzt erhalten. Es ist ebenso auf das Meistermodell des Zahntechnikers abgestimmt, das eventuell durch seine eigene Abbindeexpansion geringfügig vom Originalgebiss abweichen kann. Die Einbettmasse wird unter Vakuum gerührt, um Luftblasen und damit Gussfehler (Gasblasen) zu vermeiden (Lunker können sich bei der Volumenkontraktion bei der Abkühlung des Gussteiles bilden). Das Einfüllen der Einbettmasse in die Muffel erfolgt auf einem Rüttler, der die Einbettmasse verdichtet und eventuelle Luftbläschen austreibt. Der Rüttler darf höchstens zehn Sekunden verwendet werden, da sich andernfalls Körner absetzen könnten.
Gießvorbereitung In die entstandene Hohlform kann eine geschmolzene und damit verflüssigte Dentallegierung entweder mittels einer Schleuder durch Zentrifugalkraft oder im Vakuumdruckgussverfahren eingebracht werden. Es entsteht eine Temperaturdifferenz zwischen der Außenwand der Muffel und dem Kern. Die heißere Außenwand erreicht die angestrebte Endtemperatur, während der Kern in Abhängigkeit von der spezifischen Wärmeleitfähigkeit der jeweiligen Einbettmasse, die wie ein Isolator wirkt, bis zu 80 °C kälter sein kann. Bei 820 °C bis 870 °C findet die Quarzversinterung der Einbettmasse statt.Andreas Sabath: Gießen in der Zahntechnik. S. 2.13. Die Gießtemperatur soll etwa 150 °C über der Liquidustemperatur liegen. Letztere liegt je nach zu verarbeitender Legierung (Gold, Chrom-Kobalt-Molybdän) zwischen 1200 °C und 1500 °C. Titanguss erfolgt bei Temperaturen zwischen 1800 °C und 2000 °C. Nach dem Guss wird die Form durch das Ausbetten des Werkstücks zerstört.
Aufheizen der Einbettmasse Eine gleichmäßige und spannungsarme Aufheizung der Einbettmasse in einer Muffel muss durch ein sehr langsames Erwärmen erfolgen. Durch die Körnigkeit des Pulvers kommt es beim Anmischen zum Einschluss von Wasser. Wasser geht bei 100 °C in den gasförmigen Zustand über. Für diese Umwandlung ist eine gewisse Energie notwendig, die eine Volumenzunahme des Wassers bei Normaldruck auf das 1700fache bewirkt. Diese Volumenzunahme erzeugt bei Einschluss Gasdruck, wodurch der Wasserdampf in der Einbettmasse durch die Zwischenräume langsam herausgedrückt wird. Bei zu schneller Zufuhr der Wärme würden sich durch den schnellen Druckanstieg feinste Risse bilden.
Im Wesentlichen wird die Erwärmung durch Wärmestrahlung innerhalb des Ofens erzeugt. Die auf einen Körper auftreffende Strahlung wird von diesem zum Teil absorbiert, zum Teil reflektiert. Die absorbierte Wärme wird im Inneren des Körpers weitertransportiert. Der Wärmetransport im Inneren von Muffeln wird im Wesentlichen durch Wärmeleitung erzeugt. Die Geschwindigkeit hängt dabei von der Wärmeleitfähigkeit des Materials ab. Die Wärmeleitfähigkeit von Cristobalit ist 900 mal schlechter als die von Gold. Beim Auffüllen eines Ofens mit vielen Muffeln können Isothermen entstehen, die quer durch die Muffeln gehen können. Der Boden der Ofenkammer sollte mit einer gewellten Platte bedeckt werden, um die Kontaktfläche zur Muffel zu verkleinern, was zur Verringerung des Wärmeflusses durch Wärmeleitung führt.Andreas Tilburg: Das Verhalten cristobalithaltiger Einbettmassen beim Vorwärmen. Abgerufen am 1. November 2015.
Arten von Einbettmassen Je nach erforderlicher Vorwärmtemperatur und zu gießendem Material werden gipsgebundene, phosphatgebundene (Ammoniumphosphat), silikatgebundene oder acetatgebundene Einbettmassen verwendet. Um Mikrorisse der Einbettmasse zu vermeiden, erfolgt die Vorwärmung in genau vorgegebenen Temperaturschritten, die 10 °C/min betragen sollen. Die Vorwärmtemperatur sollte etwa 250–300 °C unter dem Soliduspunkt der Legierung liegen. Die Druckfestigkeit der Einbettmasse für Edelmetallguss muss mindestens 250 N/mm² betragen, bei der Modellgusstechnik mindestens 1000 N/mm². Die Dichte der Einbettmasse bestimmt das Wärmeleitvermögen, den Expansionsverlauf und das Volumenverhalten.
Abgrenzung Bei der Herstellung einer Einstückgussprothese wird neben der Form auch das Modell zerstört. Dieses wird als Verfahren mit verlorenem Modell bezeichnet, gelegentlich als Verfahren mit verlorener Form. (Ein „Modell“ dient zur Herstellung einer „verlorenen Form“ (Sandform, Kokille, Spritzgussform, Druckgussform) und dient zur Herstellung eines Gussstückes, das nach dem Gießvorgang zerstört wird. Ein „verlorenes Modell“ wird bei der Herstellung der Form zerstört). In der Industrie werden Serien von Werkstücke gegossen, indem Dauerformen aus Eisen oder Stahl (Kokillengießverfahren) oder Holz, Kunststoffen oder Metallen verwendet werden. Dauerformen können auch aus Schamotten im Metallguss oder Beton im Beton- und Kunststeinguss bestehen. In Einzelfällen werden Einbettmassen aus der Zahntechnik auch in anderen Produktionsbereichen verwendet. Es handelt sich beim Gießen von Rohlingen, die den späteren Verwendungszweck zwar andeuten, aber intensiv weiterbearbeitet werden müssen, nicht um einen Formguss. Die Bezeichnung „Modellgussprothese“ leitet sich davon ab, dass das Prothesengerüst auf einem Duplikatmodell des Gebisses aus spezieller Einbettmasse gegossen wird, welches beim Ausbetten zerstört wird.
Gipsgebundene Einbettmasse