Propriétés requises pour un alliage dentaire

• INTRO: rôle alliage (cf Q NP), importance, qualité. Les ≠ types, classif, compos, mise en forme, historique.

• Le choix d’un alliage est une prescription sous la responsabilité d’un praticien.‣Cahier des charges d’un alliage prothétique

‣ DE BASE (impératifs biologiques)‣ Biocompatibilité: absence de troubles systémiques, cytotoxicité‣ Inertie chimique et électrochimique‣ Précision de mise en forme (joint, tolérance ging.): fonderie, CFAO

‣ SPECIFIQUES‣ Propr physiques‣ Propr mécaniques‣ Propr de mise en forme‣ Emaillage des CCM‣ Aspects économiques

• CONCL:Etablir le choix d’abord sur des impératifs biologiques puis sur des critères techniques: choix très contreversé ! Tenir compte d el’homogénéité des restaurations. Précieux sont > d’un point de vue propriétés intrinsèques mais coût, situation clinique.

• Classif propr: Pour la fonderie de l’alliage: German• Autre classement: Meyer• pour CCM: Tucillo

1. PROPRIETES MECANIQUES (ɕ en bouche =20 GPa)

1.1. E• module= pente courbe contrainte/déformation• >: CCM, bridge, attelle, permet ép. plus fine si E>• <>: onlay, couronne• <: inlay• Ti pas assez rigide pour grandes infrastructures ou PAP mais avantage pour tenons (

surtout qu’associé à LE élevée)

• CoCr (220-190 GPa)>NiCr (150-200) >all.Ti(130)>Ti (100)>Pccm(100-130) >Pmétal(80-100 GPa)

1.2. LIMITE ELASTIQUE• contrainte pour laquelle on a une déformation permanente de 0.2% (MPa). Important

pour le praticien car aptitude à R aux forces auxquelles il est soumis sans subir de dé-formation permanente.

• ductilité inlay• fction mise en forme ou techn coulée alliage, tr. therm.

• idem mais All. Ti > (crochets PAP)

• all.Ti (800 MPa)>CoCr (500-700)>NiCr (260-700: hétérogène, él. addition!, >avec Be) >Ti (330=type IV)>Pccm(400-800 cf él.ad.) >Pmétal(100-400 MPa, cf Cu)

1.3. DURETE ET R à L’ABRASION• Dureté: R à la pénétration d’un indenteur normalisé sous une charge donnée, tps don-

né→ L, ténacité,capacité déformation plastique. Pas d’intérêt au niveau de l’usage.

• CoCr (300-380HV) et all.Ti >NiCr (210-380 HV)>Ti (186-196)>Pccm>Pmétal (150-170 AuAgCu)

• R à l’abrasion→ dépend aussi ɕ, cinét.glissement, lubrifiant, μstructure et état de sur-face (rugosités).

• type IV s’abrase moins. type II ou III pour bruxisme: ductilité et moindre abrasion. NP s’abrase plus.

1.4. POURCENTAGE D’ALLONGEMENT A LA RUPTURE (Ar), DUCTILITE• Aptitude à la déformation plastique. Ductilité ∺ Ar

• Rattraper erreurs, crochets de PAP• Evolution occlusion• ↘⊏ ⊐ ɕ en occlusal

• inv.∺ L• ∺ %age déformation plastique, déformation permanente.

• Ti ductilité très favorable pour brunissage. • Ti (35)>all Ti (15)Pmétal (15-30%)>Pccm (8-12%)>NiCr (8-20%)>CoCr(1,5-10%)• ≠ entre Ni-Cr et Co-Cr < précipités incohérents présents dans Co-Cr.

‣ L rupture: peu significatif pour applications buccales (pas de contr. suffisantes: en bou-che, <écrouissage ou défauts) mais all. Ti ont la plus élevée, puis NP, Ti 3X moins, comme précieux plus ou moins.

1.5. RESILIENCE• Capacité à enmagasiner de l’én. élastique.• Crochets, fils ortho, attelle collée.

2. PROPRIETES PHYSIQUES

2.1. DENSITE (masse volumique g/cm3)• ➚coulabilité mais moins léger pour PAP• ∺ coût• Précieux(15-18) 100%>NP (7,5 à 8,5: Co-Cr + élevé) 50% >Ti (moy α et β: 4.5) 25%

(centrifuger les NP) ⊕ (cf PAP).

2.2. INTERVALLE DE FUSION• Différence de t° entre t liquidus et solidus, caractérisé par h et largeur.

• Influence coulabilité, précision des coulées, compatibilité avec l’émaillage CM, lar-geur influence l’impact des ségrégations donc homogénéité et compatibilité revête-ment.

• Elevés: TI: 1700 (prob.coulée) , 1150-1350 (Pr CM), NP (Ni-Cr: 1150 cf élém.addition-1400) (Co-Cr: 1250-1400) CM ou métal (diminue par Si et Bo)

• Bas: 800-1000 Pr métal, Pr CM (basse fusion)→ étroit pour homogène

2.3. CONDUCTIVITE THERMIQUE• Coulabilité (cinét. fusion), refroidissement pièce, soudo-brasage• Sensibilités pulpaires

• Pr (≠faible avec compo/cér 295 W/m°K) 100% > NP (25 à 60) 20%> Ti (21,9: faible) 10%

2.4. COEFFICIENT DE DILATATION THERMIQUE• Coefficient angulaire de la tg à la courbe dilatométrique au point ϴ.

• CCM précision coulée• retrait et précision des coulées

• NP (NiCr et CoCr: 15 à 17.10-6/°C) 100% > Pr (13 à 15) 80% >Ti (8 à 8,6) 50% (α cé-ramique: 6-7)

3. PROPRIETES DE MISE EN FORME

3.1. COULABILITE• Aptitude d’un alliage à l’état liquide à remplir une cavité.

3.1.1. FACTEURS LIES AU METAL• densité, ɳ (inv), tension superficielle, capacité calorifique (em-

magasiner chaleur), conductibilité thermique, allure de la courbe de solidif., t°coulée.

3.1.2. FACTEURS LIES AU REVETEMENT• t° moule, capacité calorifique, conductibilité thermique.

3.1.3. FACTEURS LIES A LA MISE EN OEUVRE• diam. longueur position tige de coulée, existence nourrice, orienta-

tion piéce dans cylindre.

• Maitrisé en dentaire pour Pr (Au>AuPd), technologie pallie NP, problème avec Ti (voir Q)

3.2. PRECISION D’ADAPTATION DES COULEES• Liée à inter. 3 mat.: cire, revêtement, alliage.• Rétraction alliage et refroidissement à t°ambiante= expansion (revêtement)

• fction α, ⊏ ⊐ fusion, retrait solidif.•• Pr (retrait 1.3 à 1.5%)> NP (1.5 à 2,2%: plus élevé= Co-Cr)• Basse fusion> haute fusion

3.3. SOUDO-BRASAGE• Erreurs, situations cliniques complexes, prothèses composites• Il ne faut pas d’oxydes sur surfaces à joindre sinon problèmes mouillabilité• Utiliser métal d’apport de composition proche infrastructure. (Pas or sur NP: galva-

nisme)• I ou II• Ti insoudable par technique classique• NP:

• Possible pour les alliages sans Be: NiCrMo, CoCrMo. Les brasures d’apport con-tiennent B et Si, sous flux de désoxydant.

• Impossible pour les alliages avec Be: le flux ne peut pas déplacer l’oxyde adhé-rent.

• problème de la conductivité thermique• Pr (≠oxydation)>Base Pd> NP

3.4. ABSENCE DE POROSITES• < retrait de solidification (μ-), inclusions gazeuses lors de la coulée, inclusions de revê-

tement, manque de coulabilité (macro-)• csq: ↘ R méc, polissage -, ➚corrosion• OK avec techniques actuelles

3.5. COMPATIBILITE AVEC LES REVETEMENTS• t° (dégradation revêtement si t° trop >)• Dimensionnelle

• α-case avec Ti

1. MICROSTRUCTURE !!!• > granulaire (<50μ), homogène, Pr• < dendritique (>50μ), non homogène, NP, Ti pur coulé (au coeur,α case en périph)

• COLLAGE: Dendritique mieux pour collage (bridges, attelles collées, inlay core). NP (Ti?) nécessite traitements de surface de l’alliage (performant et R dans le tps à l’hydro-lyse) (avec Be se mordancent mieux):

• sablage Al2O3 50-125μm• “vitrification”: dépôt de Si par pyrolyse de silicone ou sablage réactif (Ro-

catec)• application d’un silane

• Rôle dans de nombreuses propriétés: méc, chim, électrochim, thermoméc, corrosion, biocompatibilité

• NB: all. dendritiques = formation couche oxyde hétérogène comme sa structure

2. RETASSURE• altération morphologique de la pièce qui résulte du retrait de solidification qui se con-

centre au même endroit (non isotrope, génér. partie qui se refroidit en dernier). μ: répar-tie ds pièce, macro: localisée (nourrice).

• intérêt de la germination hétérogène: OK actuellement

• Pr> NP

2. PROPRIETES LIEES A L’EMAILLAGE DES CCM (cf Q LCCM)

2.1. SOLIDUS>100°C T° CERAMIQUE• NP: ⊏⊐ nettement > aux t° de fusion céramique (1050-920°c)

2.2. GRAINS FINS (rétraction isotrope,↘contr et couche oxydes rég)

2.3. STABILITE THERMIQUE • Qd T°cuisson céramique proche fusion métal, celui-ci peut se déformer.• NP>: mieux pour longues portées que précieux, de plus rigidité >

2.4. ABSENCE D’ELEMENTS COLORANTSPr: Au/Cu

2.5. α COMPATIBLE AVEC LA PORCELAINE (opaque)• Ti: on varie Vanadium pour adapter α qui est trop< (craquelures dans céramique)• NP: en bon accord (légèrement supérieur)⇒frettage• faire attention aussi à cinétique de refroidissement

2.6. FORMATION D’OXYDES• Précieux: éléments addition oxydables (In, Sn, Ga 1%)• Non précieux: él. limitant croissance (schéma Q NP)

• vitesse: NiO ou CoO (perm, intragran)>Cr2O3(imperm, joints de grains). Résultat final= NiCr2O4, spinelle, oxyde mixte Ni-Cr. Après, comme moins d’02, Cr203 croit à l’interface.

• ⇒ Be, Al, SiO2 (1à 2%), Ce pour avoir formation précoce d’une pellicule continue de Cr203+ éléments germinateurs pour affiner grains (donc plus de joints de grains, sources de Cr2O3) mais difficile avec NP

• NiCr>CoCr• Base titane: oxydation spontanée mais attention transfo allotr à 882°C⇒C basse fusion• Intérêt de la thermogravimétrie (év. poids fction t°)

• NB: all. dendritiques = formation couche oxyde hétérogène comme sa structure

1. E ET L ➚• Rigidité pour avoir R déformation lors des cycles de cuisson. NP>

• CONCL: Pr= NP (LCCM pfois + forte avec NP), Ti basses fusion

2. R A LA CORROSION !!!• ≠ avec corrosion chimique, en surface= ternissement inesthétique.•••• Passivation:

‣ Ti non corrodables (couche d’oxydes spontanée), sauf HF (voir Q)‣ NP: si Cr min 16%, Mo 2,5 à 4%, C max 30% de Cr (sinon Cr ne peut plus passi-

ver d’où corrosion par piqûre), pellicule protectrice d’oxydes Cr203 (imperméa-ble diffusion ionique). Fonction aussi microstructure: polyphasé avec Be moins bons.

• Csq corrosion: dégradation état de surface (→fracture), libération d’ions dans milieu biologi-que (toxicité).

• Facteurs de la corrosion (cf Q): 4 structuraux, 4 environnementaux

• ph 4.8- Pr: relarguent éléments d’addition (Zn, Cu,...), préférer AuPd / NP: Nickel.• ph 2.2- NP relarguent 50 à 100X plus d’ions (↘avec Mo) que Pr.

3. BIOCOMPATIBILITE

• Ti: couche d’oxyde, materiau bioinerte et non biotoléré. Rien n’indique que Ti et all. soient mu-tagènes, cytotoxiques, cancérigènes ou allergisants. (Valentin 1980)

• All. NP: essentiellement constitué de métaux de transition (cf Ti), orbitales 3d incomplètes⇒ réactivité dépendante du potentiel d’ionisation, de l’électroaffinité, du rayon atomique (réactivi-té de surface cf état moins équilibré qu’en profondeur). Liaisons avec sites protéiques (thiols: allergène, amines via grpts fonctionnels).

3.1. CYTOTOXICITEViabilité fibroblastes (contrôle = teflon)

• 90-100% Au (hte et moy teneur), base Pd • 70-90% Base Ti• 45-69% /• < 44% Ni Cr ! (moins quand alliage ?)

3.2. MUTAGENICITE• Cancérigène avéré et démontré Ni (ions), Cr hexavalent, Cd, Be• Cancérigène possible Ni métallique, Co• Propr. mutagènes except. Sn divalent, Cu divalent, Fe divalent• Pas ou peu Zn• Pas Indium et gallium métalliques, Pr (Au,Pt,Pd)

3.3. CYTOCOMPATIBILITE• Culture au contact alliage: prolifération, adhésion, migration cellulaire• Au Pd >

3.4. POUVOIR SENSIBILISANT• Ni>Cr>Co (HS-Ni= allergène < contact avec épithélium kératinisé, mais pas en bouche

car pas de cell de Langerhans, pas kératinisé). 15% pop allergique au Ni, allergie croi-sée avec Cr !

• Tous sont sensibilisants mais probabilité ≠• % age population cobaye exposée: classe 0 (0% pour Pr), classe 5 (90% pour NiCr)• Surtout au niveau local

4. PROPRIETES SPECIFIQUES DES Ni-Ti (cf Q Titane)5. ASPECTS ECONOMIQUES