Artikeln är tidigare publicerad i Heavy Metal Bulletin/Schwermetall Bulletin No. 3, 2000.
Författare: M.Kauppi. Denna version är något modifierad.

Keramik och natursten

-vad är det egentligen för skillnad?

Råvaran till keramik fjnns i naturen. Den oxid som dentala keramiska material består av till 70-99 % utgör 100 % av det genomskinliga mineralet korund. Lägger man till lite järnoxid blir det en safir. En del ädelstenar framställs även syntetiskt.

Från bränd lera till specialkeramik

Ordet "keram" kommer från det grekiska ordet "keramos" som betyder "bränd lera". Konsten att göra krukor av lera praktiserades redan i civilisationens gryning. Tidigt lärde man sig också att tillverka silikatglas ²⁾.

Begreppet keramer i modern tid innefattar tusentals material, allt från emalj och glas till keramer med specialfunktioner eller speciella egenskaper, exempelvis konstruktionskeramer, elektrokeramer, magnetiska och optiska keramer, biokeramer, osv. Ny kunskap och modern processteknik under 1970 och 1980 talen har medfört att det kommersiella användningsområdet för keramer utvidgats och att det nu blivit ett av de snabbast växande områdena inom materialteknologin.¹⁾

Den starka bindningen mellan atomer i keramiska föreningar gör dem hårda och sköra men också resistenta mot temperaturförändringar och korrosion.¹⁾²⁾ I allmänhet expanderar keramer väldigt lite och har en låg täthet. Beroende på konstruktionsteknologi, mikrostruktur och tillsatser, kan olika profiler erhållas. En liten strukturell förändning kan förändra egenskaperna, exempelvis kan en tiodels procent i porositet förändra keramen från genomskinlig till halvgenomskinligt.²⁾

De mest använda konstruktionskeramerna är aluminiumoxid, zirkoniumoxid, silikon nitrit, sialoner, silikon karbid och aluminium nitride. Råvaran i dentala keramer består ofta av aluminiumoxid (Al₂O₃.) och/eller zirkoniumoxid (ZrO₂). Båda dessa oxider förekommer rikligt i naturen. Dock finns inte metallerna aluminium och zirkonium i naturen - de måste framställas genom en industriell process, så kallad reduktion. ³⁾ Smälttemparaturen för aluminiumoxid är 2015° C.

Definitioner på keramer

- (Syntetiskt*), oorganiskt, icke-metalliskt (högtemperatur) material¹⁾.
- Konsten och vetenskapen att tillverka och använda fasta föremål, vilkas huvudkomponent är och vilka i huvudsak består av oorganiskt icke-metallisk material ²⁾.
- En kombination av en eller flera metaller med ett icke-metalliskt element, vanligen syre³⁾.

*) att syntetisera betyder att kombinera en eller flera existerande ämnen och skapa ett nytt

Funktionella keramer - familjer ¹⁾

Dentala keramer - historik ³⁾

Dentala keramer som baseras på aluminiumoxid innehåller i allmänhet 70- 99 % Al₂O₃.3). Den återstående delen består av andra oxider och tillsatser. Keramen i form av fint pulver pressas ihop och tätas genom värmebehandling, så kallad sintring, och bakas ihop med de andra komponenterna¹⁾

•  Under tidigt 1900-tal, introducerades jacketkronor för användning i framtänder.


•  Omkring 1960, föddes den så kallade MK-tekniken* som innebär att man fäster fältspatporslin  på metaller. Detta material som också kallas metall-bundet porslin kan vara mycket korrosivt.


•  I mitten på 1960-talet utvecklades tekniken så att starkare keramer kunde framställas för att  användas som understrukturer*


•  På 1990-talet konstruerades keramiska inlägg, kronor och broar över flera tänder.


•  För närvarande är keramer det området inom odontologin som utvecklas snabbast.

        *Metall-Keramik - tyskt ord

Naturligt eller framställt av människan

Ädelstenar är "naturliga keramer" ²⁾ Det genomskinliga mineralet korund består till 100 % av aluminiumoxid (Al₂O₃.). När man "förorenar" korund med en krom-blyoxid (Pb₂CrO₅) får man en vacker rubin och om man istället "lägger till" lite järn eller titan får man en vacker blåfärgad safir⁴⁾.

För två tusen år sedan använde Maya indianerna i Mexiko äderstenar som tanddekorationer (se HMB Nr. 1, 2000) och i modern tid har försök gjorts att använda safir som dentalt inplantat. En grupp patienter hade inplantaten i 12 år utan problem⁵⁾.

Äderstenar har en kristallin struktur (ett regelbundet atom eller molekylmönster). De flesta naturliga eller industriframställda fasta kroppar har en kristallin struktur. Keramer kan vara kristallina, amorfa (oregelbunden struktur) eller en blandning av kristallina eller amorf struktur. Glas, glasyr och emalj är icke-kristallina till sin struktur. Kristallina strukturer är vanligtvis mer stabila än icke-kristallina. De mest stabila strukturerna är de vars atomer packats tätast consistent med andra krav, såsom antal bindingar per atom, atomstorlek och bindningsriktning ⁵⁾.

En del naturstenar består av enkla kristaller, medan dentala keramer är poly-kristallina. Enkla kristaller av flera olika material tillverkas antingen för att ersätta naturliga kristaller som är svåra att få tag på eller för sina egna unika egenskaper. Rubiner och garent laser kristaller och safirtuber odlas från en smälta; stora kvantiteter kvarts kristaller odlas genom en speciell hydrotermal process.⁵⁾

Det finns tre olika typer av bindningar mellan atomer. Covalent bindning innebär en exakt orientering av bindningen och delade elektroner. Detta är den kemiskt starkaste bidningen. I en jonstruktur flyttar atomer från ett element (positivt) till ett annan element (negativt). I en metallisk struktur, är elektronerna fria (det är det som gör metaller elektriskt ledande och orsakar jonfrisättning i en fuktig miljö (galvanisk korrosion).³⁾

I tätsintrade kristallina dental keramer såväl som i många naturstenar har jon och kovalent bindning kombinerats, vilket åstadkommer låg termisk och elektrisk ledningsförmåga, hög elastisk modulitet, hårdhet och resistens mot kemikalier.³⁾

Monica Kauppi

Källor:

1. Hermansson L. Keramer. Utdrag ur "MMS handbok 6 Pulverteknik", Materialvetenskap, Ångströmlaboratoriet, Uppsala Universitet
   
2. Kingery. W.D. Introduction to ceramics, Second Edition. John Wiley & Sons, Inc., 1976. ISBN 0-471-47860-1
   
3. Anusavice, Philips´`Science of Dental materials, tenth edition, W.B.Saunders Company, 1996, ISBN 0-7216-5741-9
   
4. Enghag Per, Jordens Grundämnen och deras upptäckt. Del I. Några viktiga teknikmetaller. Industrilitteratur. 2000. ISBN:91-7548-511-7
   
5. Bahman F.Single crystal sapphire dental implants. Experience and clinical studies. Dissertation 1996. Karolinska Institute, Dental Center Huddinge, 1996.

Ytterligar information om moderna industriella keramer finns på www.ceramics.com