Wärmeausdehnungskoeffizient
Wird ein Körper erwärmt, dehnt er sich aus. Die Ausdehnung in eine Raumrichtung (lineare Ausdehnung) wird mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten (WAK) α angegeben. Er beschreibt, um den wievielten Teil seiner Länge sich ein Körper bei einer Temperaturerhöhung um 1 Kelvin verlängert. So bedeutet z.B der WAK α von Kupfer
16,4 · 10-6/K,
dass sich Kupfer bei einer Erwärmung um 1 Kelvin um den 16,4 · 10-6 sten Teil seiner Ursprungslänge ausdehnt. Anders augedrückt, Kupfer dehnt sich bei Erwärmung um 1 K um den 0,0000164ten Teil seiner Ursprungslänge aus. Ein Rohr von 1 Meter Länge würde daher um 1 Meter · 0,0000164, also um 16 tausendstel Millimeter länger. Dehalb kann man den WAK α von Kupfer auch mit 16,4 μm/m · K angeben.
Der WAK α kann daher mit folgender Formel berechnet werden:
Der WAK von Dentalegierungen ist in Legierungstabellen von großer Bedeutung. Sollen verschiedene Werkstoffe, in unserem Fall Keramik und Legierung verbunden werden, müssen sie einen ähnlichen WAK aufweisen. Ganz genau betrachtet muss der WAK der Keramik geringfügig niedriger sein als der WAK der Aufbrennlegierung. In diesem Fall kontrahiert das Metallgerüst beim Abkühlungsvorgang nach dem Brennen geringfügig stärker als die Keramik der Verblendung. Die Keramik wird also unter Druckspannung gesetzt und ist damit sogar belastbarer. Das Metall zwingt sozusagen die Keramik etwas kleiner zu werden, als sie von allein werden würde. Im umgekehrten Fall würde die Keramik stärker kontrahieren als das Metall und wäre damit sehr ungünstigen Zugspannungen ausgesetzt. Das Metall zwingt sozusagen die Keramik etwas größer zu bleiben, als sie von allein geblieben wäre. Sprünge und Risse könnten unter Belastung die Folge sein!
Hersteller von Keramikmassen müssen also auch den WAK ihrer Werkstoffe angeben, damit Zahntechniker die richtige Legierung zur Keramik auswählen können. So schreibt die Firma VITA z.B. auf ihrer Hompage:"... VITA VM 13 wurde als spezielle Verblendkeramik mit Feinstruktur für alle gängigen Legierungen im WAK-Bereich 13,8 - 15,2 entwickelt ..." . Im Datenblatt der Keramik wird der WAK der Keramik mit 13,1 - 13,6 angegeben.
Bestimme mit dem bereitstehenden Versuchsaufbau den WAK der Kupfer-Zinn-Legierung des Probenrohres. Du musst Wasser mit einer bestimmten Temperatur durch das Rohr leiten und die Längenänderung an der Messuhr ablesen. Nun kannst du den WAK der Legierung ausrechnen. Vergleiche dein Ergebnis mit den hier angegebenen (WAK)-Werten von Zinn und Kupfer.
Wäre eine Brücke aus dieser Legierung bzgl. des WAK mit der VITA VM 13-Keramikmasse verblendbar? Begründe deine Aussage!