Institut für Mineralogie und Kristallchemie der Universität Stuttgart

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Dentalkeramik

Nahezu alle Menschen sind mehr oder weniger von der Zahnkaries, also der Zerstörung der aus Hydroxylapatit Ca5OH(PO4)3 (HA) bestehenden Zahnhartsubstanz und deren Folgeerscheinungen betroffen. Genauere Untersuchungen bestätigen jedoch, daß Bewohner von Gebieten mit hohem Fluoridgehalt im Trinkwasser sich durch besonders kariesresistente Zähne auszeichnen. Ursache hierfür ist offensichtlich die Bildung eines hydroxylfluorapatitischen Mischkristalls Ca5(OH,F)(PO4)3, der dem reinen HA zahnmedizinisch überlegen ist. Dies resultiert aus der geringeren Löslichkeit des Fluorapatits (FA) gegenüber dem HA in saurer Lösung. Folgerichtig wird als Werkstoff für Zahndefektfüllungen aber auch als Zahnimplantatmaterial synthetischer FA vorgeschlagen.

REM-Aufnahme von Apatitkeramik
Abb. 16: Rasterelektronische Aufnahme von idiomorphen Kristallen aus Fluorapatit (1cm = 2µm)

Als Ausgangsmaterial für die Synthese von FA wird synthetischer Flußspat CaF2 und synthetischer Whitlockit Ca3(PO4)2 verwendet nach der Gleichung: CaF2 + 3 Ca3(PO4)2 = 2 Ca5F(PO4)3. Um eine optimale Verdichtung des FA zu erzielen werden die attritierten stöchiometrischen Pulvermischungen subeutektisch bei 1100°C mit einem uniaxialen Druck von 20 MPa unter Argon in einer Heißpresse reaktionsgesintert. Die Aufheizgeschwindigkeit beträgt 30 K/min. Es können homogene Probekörper von 5 mm Dicke und 50 mm Durchmesser hergestelltwerden mit 98% theoretischer Dichte. Das Gefüge der langprismatischen hexagonalen Kristalle zeigt annähernd eine Paralleltextur mit einer Einregelung senkrecht zur angewandten Druckrichtung (Abb. 16). Lokale Inhomogenitäten im Pulverpressling führen zu unerwünschtem Riesenkornwachstum. Das Heißpressen hat gegenüber dem drucklosen Sintern den Vorteil, daß eine rasche Verdichtung zu einer hohen Enddichte erzielt wird. In Abb. 17 ist die Vickershärte von natürlichem Zahnschmelz, Zahnbein und synthetischem FA in Abhängigkeit von der angewandten Auflast dargestellt. Danach ist FA nicht nur in saurer Lösung geringer löslich als HA, er ist auch wesentlich härter selbst als der natürliche Zahnschmelz.

Vickershärte von Apatit
Abb. 17: Vickershärte von synthetischem Fluorapatit, natürlichem Zahnschmelz und Zahnbein


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