WAK vereinfacht
Wärmeausdehnungkoeffizient
Der Wärmeausdehnungskoeffizient (WAK) ist ein Materialwert, der angibt, wie stark sich ein Werkstoff bei Temperaturänderung ausdehnt (auseinander gezogen wird) oder staucht (zusammen gedrückt wird). Der WAK-Wert wird normalerweise in 10-6 · K-1 angegeben.
Beim Erwärmen dehnen sich Werkstoffe aus. Die Werkstoffe werden gedehnt (auseinander gezogen).
Beim Abkühlen stauchen sich Werkstoffe. Die Werkstoffe werden gestaucht (zusammen gedrückt).
Die Einheit Kelvin (K) ist wie Grad Celsius eine Temperatureinheit (siehe Abbildung rechts). Eine Temperaturänderung von 1 Kelvin ist das selbe wie eine Temperaturänderung von 1 °C.
Ein Beispiel: Ein 1 Meter lange Kupferstange mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 16,4 · 10-6 1/K wird sich bei einer Temperaturerhöhung um 1 Kelvin auf 1,0000164 Meter dehnen.
Bedeutung des WAK in der Zahntechnik
Bei einer Verblendkeramik wird die Keramik auf eine Aufbrennlegierung gebrannt. Nach dem Brand kühlen sich die Keramik und die Aufbrennlegierung gemeinsam ab. Die Keramik ist im Verbindungsbereich zwischen Keramik und Aufbrennlegierung fest mit der Aufbrennlegierung verbunden. In diesem Bereich sind bei dem Abkühlvorgang beide Werkstoffe gezwungen sich gleich zu stauchen, auch wenn beide Werkstoffe unterschiedliche WAK-Werte haben und sich somit normalerweise anders stauchen würden.
Im Verbindungsbereich sind Aufbrennlegierung und Keramik fest miteinander verbunden.
Im Verbindungsbereich werden beim Abkühlvorgang die Aufbrennlegierung und Keramik gezwungen sich gleich zu stauchen.
Im äußeren Bereich werden beim Abkühlvorgang die Aufbrennlegierung und Keramik sich normal stauchen.
Deutlich wird dies in den folgenden 3 Fällen:
1. WAK_Legierung = WAK_Keramik. (Der WAK der Legierung ist gleich dem WAK der Keramik.)
2. WAK_Legierung < WAK_Keramik. (Der WAK der Legierung ist kleiner als der WAK der Keramik.)
3. WAK_Legierung > WAK_Keramik. (Der WAK der Legierung ist größer als der WAK der Keramik.)
1. WAK_Legierung = WAK_Keramik. Der WAK der Legierung ist gleich dem WAK der Keramik.
Im Abkühlvorgang stauchen sich die Legierung und die Keramik gleich stark.
Leider gibt es dies in der Praxis nie, da man nie absolut gleiche WAK-Werte bei zwei Stoffen erreichen kann. Daher werden in Legierungstabellen meist mittlere WAK-Werte angegeben oder Bereiche (von ... bis ...), da man immer Abweichungen hat.
Der WAK der Legierung und der Keramik sind praktisch nie gleich. Daher gibt es diese Situation in der Praxis nie.
2. WAK_Legierung < WAK_Keramik. Der WAK der Legierung ist kleiner als der WAK der Keramik.
Im Abkühlvorgang staucht sich die Keramik normalerweise mehr als die Aufbrennlegierung.
Im äußeren Bereich kann sich die Keramik und die Aufbrennlegierung im Abkühlvorgang normal stauchen (siehe Abbildung). Die Keramik staucht sich im außeren Bereich also mehr und wird somit etwas kleiner.
Im Verbindungsbereich kann die Keramik sich nicht so stark stauchen wie sie normalerweise würde (siehe Abbildung). Die Keramik wird im Verbindungsbereich von der Legierung auseinander gezogen, die Keramik dehnt sich also im Verbindungsbereich stärker. Dies führt zu Zugspannungen. Geringe Zugspannungen führen bereits zu Rissen in der Keramik.
3. WAK_Legierung > WAK_Keramik. Der WAK der Legierung ist größer als der WAK der Keramik.
Im Abkühlungsvorgang staucht sich die Keramik normalerweise weniger als die Legierung.
Im äußeren Bereich kann sich die Keramik und die Aufbrennlegierung im Abkühlvorgang normal stauchen (siehe Abbildung). Die Keramik staucht sich im äußeren Bereich also weniger und wird somit etwas größer.
Im Verbindungsbereich kann die Keramik sich nicht so stark stauchen wie sie normalerweise würde (siehe Abbildung). Die Keramik wird im Verbindungsbereich von der Legierung zusammen gedrückt, die Keramik staucht sich also im Verbindungsbereich stärker. Keramiken können großen Druckspannungen stand halten. Der WAK der Keramik darf bis zu 1·10-6 1/K kleiner sein.