Einfluss des Lötens bzw. Laserschweißens auf die Verbundfestigkeit von Metall- Keramik-Systemen

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit war es, experimentell zu untersuchen, welchen Einfluss das Löten bzw. Laserschweißen auf die Scher-Verbundfestigkeit von Metall- Keramik-Systemen hat. Zur Anwendung kamen die EMF-Legierungen Wirobond® 280, Wirobond® LFC und Wirocer® plus, die Verblendkeramiken Omega 900® bzw. Response® sowie entsprechende Lote bzw. Schweißzusatzstoffe. 189 Prüfkörper wurden entsprechend DIN EN ISO 9693 angefertigt. Dies ergab aus drei Legierungen jeweils acht Serien mit wiederum jeweils sieben Prüfkörpern. Die Gerüste der ersten drei Serien blieben ungefügt: als Referenz, Gerüst nicht abgestrahlt bzw. Gerüst nicht gefräst. Drei weitere Serien wurden gelötet: nach Arbeitsanweisung, Lot verschmiert und mit Flussmittel kontaminiert bzw. nur Lot verschmiert. Die letzten drei Serien wurden lasergeschweißt: nach Arbeitsanweisung, Schweißraupe belassen, Schweißzusatzstoff überschüssig. Gefügt wurde vor dem keramischen Verblenden. Die Ermittlung der Verbundfestigkeit erfolgte durch den Dreipunkt-Biegeverbundtest nach SCHWICKERATH. Im Anschluss wurden ausgesuchte Prüfkörper in der Aufsicht hinsichtlich ihres Bedeckungsgrades und im seitlichen Anschliff bezüglich des Bruchlinienverlaufs und eventueller Unregelmäßigkeiten untersucht. Fast ausnahmslos zeigte sich, dass die simulierten Fügetechniken keinen signifikanten Einfluss auf die Verbundfestigkeit haben. Bei den gelöteten Serien führte die Kontamination mit Flussmittel nicht zu niedrigeren Haftfestigkeiten, was aber im Versuchsaufbau begründet zu liegen scheint. Ebenso wurde die Verbundfestigkeit durch das flächige Verschmieren von Lot nicht erniedrigt. Da Lote andere WAK und E-Moduln als die Basislegierungen besitzen, haben sich die geprüften Werkstoff-Kombinationen als günstig für den Verbund erwiesen. Das Laserschweißen der Gerüste ergab keine veränderten Haftfestigkeiten, mit Ausnahme von der überschüssigen Anwendung von einem Schweißzusatzstoff, der einen ungeeigneten WAK besaß. Überwiegend signifikant niedrige Werte weisen hingegen die Serien auf, bei denen die Gerüste vor dem Verblenden nicht abgestrahlt wurden. Die Untersuchung der Bruchflächen ergab hauptsächlich gemischt adhäsiv-kohäsive Brüche. Auf nicht abgestrahlten Oberflächen war das Bruchmuster adhäsiv, die kontaminierten Serien wiesen durch Flussmittel infiltrierte Keramik-Reste auf. Von der Seite betrachtet wurden bezüglich der gefügten Serien keine abweichenden Bruchlinienverläufe oder Unregelmäßigkeiten festgestellt, mit Ausnahme der Flussmittel-Reste. Eine generelle Korrelation zwischen der Höhe der Verbundfestigkeit und den oberflächlichen Keramik-Resten bzw. den Bruchlinien-Verläufen konnte hinsichtlich der gefügten Serien nicht gefunden werden.

The aim of this experimental study was to investigate the influence of brazing and laser welding on the shear-bond strength of metal-ceramic alloys. According to DIN EN ISO 9693, 189 patterns were cast in the non-precious alloys Wirobond® 280, Wirobond® LFC, and Wirocer® plus, veneered with Omega 900® or Response® ceramics, yielding eight groups with seven specimens each. The unveneered frameworks of the first three groups were not divided and joined: serving as a control, a non-blasted, and a non-milled group. In the next three groups the frameworks were divided and brazed: according to the manufacturer’s instructions, application of the brazing material all-over the area to be veneered with flux contamination, and without contamination. In the last three groups the frameworks were divided and laser-welded: according to the manufacturer’s instructions, leaving a welding bead, and welding filler material application all-over the area to be veneered. Ceramic veneering was performed after the joining procedures. The specimens were subjected to SCHWICKERATH's 3-point flexural test. Selected samples were investigated under the microscope for residual ceramics on the surface and for irregularities in the metal-ceramic interface from a lateral view. Almost all groups revealed no significant influence on the bond strength by the simulated joining procedures. As for the brazed groups, contamination with flux did not lower the bond strength, maybe caused by the test set-up or by how these samples were contaminated. The bond strength was not lowered either by all-over application of brazing material under the veneered surface. Since brazing materials and parent metals show differences both in modulus of elasticity and thermal expansion, the selected combination of materials was beneficial for the bond. Laser welding of the frame works did not result in different bond strengths, except for the all-over application of a welding filler material with an unsuitable thermal expansion coefficient. Most non-blasted samples had significantly lower values of bond strength. The investigation of the fracture surfaces showed mostly mixed adhesive-cohesive failures. Adhesive failures were observed on non-blasted samples. The contaminated groups exhibited residual ceramics infiltrated with flux. As for the joined groups there were no altered fracture lines or irregularities in the metal-ceramic interface observed from a lateral view except for the flux. No general correlation can be declared for the joined groups regarding the residual ceramics or fracture lines and the levels of bond strength.