Porselen Fused to Metal

MAKALAH BIOMATERIAL KEDOKTERAN GIGI I

ALLOY : PORCELAIN FUSED TO METALS (PFM)

Oleh: 1. Dewa Ayu Dewi Sukma P (8604) 2. Kurnia Ramadhani Aziza (8675) 3. Septika Prismasari (8724) 4. Yana Yulyana (8741) 5. Rizka Amalia (8748) 6. Eli Alpiyana (8764)

PROGRAM STUDI ILMU KEPERAWATAN GIGI UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2011/2012

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG Perawatan di kedokteran gigi meliputi upaya-upaya restoratif yang bertujuan untuk mempertahankan fungsi gigi dengan tidak mengesampingkan nilai estetika. Dalam sejarahnya telah banyak digunakan berbagai macam bahan untuk mengganti gigi asli. Sampai saat ini telah terdapat banyak bahan kedokteran gigi yang digunakan untuk tujuan restorasi. Keramik mulai diperkenalkan di kedokteran gigi lebih dari seratus tahun yang lalu dengan aplikasi untuk pembuatan jacket crown dan inlays. Keramik merupakan material yang memiliki estetika yang tinggi, namun keramik sangat mudah retak atau patah karena sifatnya yang rapuh jika digunakan oleh rongga mulut dalam melaksanakan fungsinya, contoh untuk mengunyah. Pada awal pertengahan abad ke-20 amalgam dan emas mulai digunakan sebagai material restoratif primer untuk gigi posterior. Untuk gigi anterior sebagian menggunakan logam yang terbuat dari emas pada tiga per empat crown. Pada akhir tahun 1965, Mclean mengembangkan aluminous core porcelains. Alumina membuat ceramic crown lebih kuat. Pada saat yang sama, sistem metal-ceramic mulai dikembangkan. Cast metal core (coping) memperkuat restorasi porcelain. Berdasarkan survey yang dilakukan pada tahun 1994, 90% restorasi yang menggunakan keramik menggunakan bahan porcelain fused to metals (PFM). Karena penggunaan PFM yang banyak digunakan untuk upaya restorasi gigi, makalah ini disusun untuk mengetahui lebih banyak lagi mengenai Porcelain fused to metals (PFM) dengan tujuan dapat memudahkan calon perawat gigi dan dental hygienist dalam memahami jenis-jenis material yang digunakan dalam kedokteran gigi. Sehingga saat bekerja dalam tim nantinya bisa membantu dokter gigi. (Mannapalilli, 2003) (Hatrick dkk. 2003)

PEMBAHASAN A. DEFINISI Porcelain fused to metals (PFM) dalam literasi yang lain disebut sebagai metals bonded restorations (Manapallil, 2003). PFM adalah bangunan prostetik yang mempu mengikat keramik dengan ikatan kimiawi dari hasil difusi lapisan tipis oksida antara logam paduan dengan keramik. Tujuan utama menggunakan PFM adalah estetika. PFM terdiri dari 3 substansi yang saling berikatan secara kimiawi yaitu logam, lapisan tipis oksida, dan keramik atau porcelain. PFM merupakan suatu alloy yang dilakukan coating dengan porcelain. Alloy merupakan bahan yang digunakan untuk bangunan protetik yang mampu mengikat ceramic dengan ikatan kimia dari lapisan tipis antara alloy dengan ceramic. Kemampuan ikatan antara alloy dengan ceramic dapat menghasilkan teknologi restorasi untuk membuat mahkota, gigi tiruan cekat, dan protesa. (Anusavice, 2003).

B. PENGGUNAAN PFM 1. Cetakan single anterior dan posterior crown 2. Jembatan antar gigi anterior dan posterior (panjang dan pendek)

C. JENIS-JENIS PFM 1. High noble alloy Terdiri dari 60% logam mulia (merupakan kombinasi dari emas, paladium dan perak) dengan berat emas minimal 40%. High noble alloy mengandung sejumlah timah, indium dan besi yang biasanya digunakan untuk pembentukan lapisan oksida agar bisa berikatan kimia dengan porselin. High noble alloy biasanya berwarna kuning atau putih, memiliki kekakuan yang rendah. High noble alloy di bagi menjadi tiga bagian :

a. Gold Platinum alloy Gold Platinum alloy dapat digunakan untuk casting penuh serta logam-keramik restorasi. Lebih rentan terhadap kendur, mereka harus terbatas pada jembatan rentang pendek. Komposisi dari Gold Platinum alloy adalah Emas 85%; Platinum 12%; Seng 1%; perak untuk menyesuaikan sifat ekspansi (dalam beberapa merek). b. Gold-Palladium alloy Dapat digunakan untuk casting penuh atau logam-keramik restorasi. Gold-Paladium memiliki suhu leleh tinggi. Komposisi dari gold-paladium mengurangi kecenderungan casting meleleh selama pembakaran porselen. Gold-palladium biasanya mengandung indium, timah atau galium untuk pembentuk lapisan oksida. Komposisinya adalah Emas 52%; Palladium 38%; indium 8,5%; Perak untuk menyesuaikan sifat ekspansi (dalam beberapa merek). c. Gold-copper-silver-palladium alloy Gold-copper-silver-palladium alloy memiliki titik lebur yang rendah dan tidak digunakan untuk aplikasi logam-keramik. Gold-copper-silver-palladium alloy mengandung perak yang dapat menyebabkan penampilan hijau di porselen dan tembaga yang cenderung penyebab melelehnya selama pemrosesan porselen. Komposisinya adalah Emas 72%; Tembaga 10%; Perak 14%; Palladium 3%. 2. Noble alloy mengandung setidaknya 25% berat logam mulia. Terdiri dari emas, paladium atau perak. Noble alloy adalah kelompok yang paling beragam. Noble alloy memiliki kekuatan, daya tahan serta kekerasan yang relatif tinggi. Noble alloy berwarna kuning atau berwarna putih. a. Gold-copper-silver-palladium alloy Gold-copper-silver-palladium alloy termasuk dalam kategori mulia tinggi. Gold-coppersilver-palladium alloy memiliki titik leleh yang cukup rendah. Gold-copper-silverpalladium alloy lebih sering digunakan untuk restorasi cor penuh ketimbang aplikasi PFM. Komposisinya adalah emas 45%; Tembaga 15%; Perak 25%; Palladium 5%. b. Palladium-copper-gallium alloy

Palladium-copper-gallium alloy mengandung tembaga dan kadang-kadang cenderung kendur selama pembakaran porselen. Galium ditambahkan untuk mengurangi suhu leleh dari Palladium-copper-gallium alloy secara keseluruhan. Komposisinya adalah Palladium 79%; Tembaga 7%; Gallium 6%. c. Palladium-Silver and Silver-Palladium alloy Palladium-Silver and Silver-Palladium alloy lebih rentan terhadap korosi. Di sisi lain, mereka memiliki resistensi yang tinggi terhadap kendur selama pembakaran porselen dan sangat kaku, sehingga baik untuk bentang panjang.Palladium-Silver and Silver-Palladium juga lebih castable, lebih mudah untuk solder dan mudah untuk bekerja dengan dari paduan logam dasar.Komposisinya meliputi Palladium 61%; perak 24%, Timah (dalam beberapa formula). Komposisi pendukung adalah Perak 66%; Palladium 23%. 3. Base metal alloy Telah ada sejak tahun 1970-an. Base metal alloy mengandung logam mulia kurang dari 25%, tetapi dalam kenyataannya sebagian besar tidak mengandung logam mulia sama sekali. Base metal alloy dapat digunakan untuk casting penuh atau restorasi PFM serta untuk kerangka gigi tiruan sebagian. Base metal alloy jauh lebih keras, kuat. Base metal alloy memiliki ketahanan yang sangat baik. Nikel dan Berilium merupakan unsur yang paling umum digunakan untuk logam dasar ini dapat menyebabkan reaksi alergi ketika kontak dengan gingiva. Karena banyak perempuan (dan sekarang laki-laki) telah peka terhadap logam ini dengan mengenakan perhiasan menusuk kulit murah, mahkota dan jembatan yang terbuat dari paduan ini telah diketahui menyebabkan perubahan warna gingiva, pembengkakan dan kemerahan pada individu. Namun reaksi alergi hanya berefek pada gusi tidak untuk sistemik atau menyeluruh. Reaksi alergi tampaknya terbatas untuk peralatan tetap (mahkota dan jembatan). Logam nikel jarang dapat menyebabkan dermatitis apabila hanya digunakan untuk kerangka gigi tiruan lepasan sebagian. Asupan nikel dan berilium yang sangat tinggi bersifat karsinogenik (penyebab kanker). Base metal alloy dibagi menjadi dua bagian, yaitu : a. Nickel-chromium alloy 60% adalah nikel 0,1 % karbon sebagai pengeras. Cobalt-chromium alloy biasanya digunakan sebagai kerangka gigi tiruan sebagian lepasan.

b. Cobalt-kromium alloy Cobalt-chromium alloy dapat digunakan untuk fabrikasi Kerangka PFM. Masalah utama adalah sulitnya bekerja dengan cobalt-chromium terutama pada titik leleh yang tinggi yang menyebabkan harusnya menggunakan peralatan yang khusus. Kekerasannya yang rendah menyulitkan kita pada saat memoles. (Anusavice, 2003) (Concise encyclopedia of Medical and Dental Materials, 1990)

D. SYARAT PORCELAIN FUSED TO METAL (PFM) 1. Melting temperature alloy harus lebih tinggi daripada firing temperature porselin. Serta memiliki fusion temperature yang tinggi. 2. Metal memiliki koefisien ekspansi termal (CTE) yang kompatibel dengan porselin. 3. Metal mampu menahan deformasi saat porcelin mencapai firing temperature (jika tidak kemungkinan akan menyebabkan fraktur). 4. Memiliki stiffness atau tingkat kekakuan yang tinggi (adanya flexing dari alloy dapat menyebabkan porselin fraktur). 5. Metal berpotensi untuk mengikat porselin dengan kuat. 6. Tidak boleh ter-discoloration 7. Bahan-bahan yang digunakan dalam Porcelain Fused to Metal (PFM) harus biokompatibel dengan jaringan rongga mulut.

PFM dibagi menjadi tiga jenis berdasarkan komposisi logam campur, yaitu a. High-Noble Alloy b. Noble Alloy c. Base Metal Alloy

Dari ketiga jenis alloy tersebut, masing-masing jenis memiliki karakteristik masing-masing, yaitu: High-Noble Alloy

Noble Alloy

Base Metal Alloy

Warna

Dari putih ke keemasan tergantung pada kandungan emas.

Putih

Putih

Melting Range

1149-1304 derajat C

1155 – 1304 derajat C

1155 – 1304 derajat celcius

Density

13,5 – 18,3 gr/cm3

10,5 – 11,5 gr/cm3

7,8 – 8,4 gr/cm3

Castability

Mudah untuk di cast

Tidak semudah high noble alloy

Sensistif pada teknik yang ekstrem

Hardness

182 – 220 VHN

189 – 270 VHN

175 – 360 VHN

Yield Strength

450 – 572 Mpa

462 – 685 Mpa

310 -828 Mpa

Percent elongation

5 – 20 %

10 – 34 %

10 – 28 %

Porcelain bonding

Lapisan oksida membantu pembentukan ikatan kimia.

Membantu perlekatan dengan porcelin bersama dengan unsur base metal alloy (Sn, In, dll)

Membentuk lapisan oksida adekuat yang merupakan kunci perlekatan porcelin

Sag resistance

Tahan hingga suhu lebih dari 950 derajat celsius

Tahan hingga suhu lebih dari 950 derajat celsius

Sangat tidak stabil pada firing temperature dari porcelin

Tarnish and corrosion

Adaftif terhadap rongga mulut, sehingga tidak mudah mengalami tarnish

Adaftif terhadap rongga mulut, sehingga tidak mudah mengalami tarnish

Sangat tahan terhadap tarnish dan korosi

Biocompatibility

Aman bagi lingkungan rongga mulut

Sangat aman dan biokompatible dengan lingkungan rongga mulut.

Nikel yang terkandung dalam base metal alloy dapat memicu reaksi alergi pada beberapa orang.

Scrap value

Baik.

Baik

Buruk

(Manappallil,2003)

E. MEKANNISME PERLEKATAN Sifat dasar yang dimiliki oleh porselen yang memungkinkan terbentuknya restorasi PFM adalah adanya ikatan antara porselen dan logam. Tanpa ikatan ini , porselen akan cepat rusak didalam mulut karna rapuh. Sehingga ikatan yang baik antara porselen dan logam alah sangat di perlukan. Beberapa faktor yang mengontrol perikatan metal-keramik adalah: pembentukan ikatan kimia yang kuat, mekanik interlocking antara dua bahan, dan tegangan sisa. Teori ikatan logam-keramik dahulunya dibagi menjadi dua kelompok: 1. Ikatan kimia melalui permukaan logam-porselen. Antara permukaan porselen dan metal terdapat pelekat berupa lapisan oksida yang penting untuk menghasilkan ikatan yang baik. Pada base metal melalui choramic oxide sedangkan pada nobel metal melalui tin oxide dan iridium oxside. 2. Penguncian mekanis antara porselen dan logam. Antara permukaan porselin dan metal terdapat nodul-nodul. (Manapalllil, 2003) Walaupun ikatan kimia umumnya dianggap berperan pada perlekatan logam-porselen, bukti yang ada menunjukan bahwa untuk sebagian sistem kecil, mekanis interlocking memberikan ikatan utama. Pembentukan oksida pada permukaan logam berperan pada pembentukan ikatan yang kuat. Logam mulia yang tahan terhadap oksidasi harus di tambahkan elemen-elemen yang mudah teroksidasi seperti irdium dan timah. Logam paduan dasar mengandung unsur-unsur seperti nikel, krom dan berilium yang mudah membentuk oksida selama degassing sehingga harus diperhatikan untuk menghindari pembentukan oksida yang terlalu tebal. Secara teoritis dan praktis, kekasaran, atau topography dari permukaan keramik-metal mempunyai peranan penting dalam perikatan. Ceramik menembus kepermukaan logam kasar sehingga dapat terjadi mekanik interlocking dengan logam yang meningkatkan perikatan. Perluasan daerah dengan permukaan kasar juga menyediakan lebih banyak ruang untuk terbentuknya ikatan kimia. Namun permukaan kasar juga dapat mengurangi perikatan jika keramik tidak menembus sampai permukaan dan terdapat ronggapada permukaan.

Sisa tegangan tinggi antara logam dan seramik dapat menyebabkan kegagalan. Jika logam dan keramik memiliki koefisien ekspansi termal yang berbeda, kedua bahan akan kontrak pada tingkat yang berbeda selama pendinginan dan akan terbentuk tegangan sisa yang kuat diseluruh permukaan. Jika tegangan cukup kuat keramik pada restorasi akan retak atau terpisah dari logam. Bahkan jika tekanan kurang kuat dan tidak menyebabkan kegagalan langsung, masih dapat melemahkan ikatan. Untuk menghindari masalah ini keramik dan logam diformulasikan untuk memiliki koefisien ekspansi termal yang cocok. Kebanyakan porselin memiliki koefisien ekspansi termal antara 13,0 dan 14,0 x 10-6oC, logam memiliki koefisien termal antara 13,5 dan 14,5 x 10-6oC. Perbedaan 0,5 x 10-6oC dalam ekspansi termal antara logam dan keramik menyebabkan logam lebih sedikit berkontak dengan keramik selama pendinginan setelah firing.

F. KOMPOSISI Sampel presentase komposisi dari porcelain powder for metal ceramics Kandungan

Dentin porcelain

Enamel porcelain

Silica (SiO2)

59.2

63.5

Alumina (Al2O2)

18.5

18.9

Soda (Na2O)

4.8

5.0

Potash (K2O)

11.8

2.3

Boric oxide (B2O3)

4.6

0.12

Zinc oxide (ZnO)

0.58

0.11

Zirconium oxide (ZrO2)

0.39

0.13

G. MANIPULASI 1. Setelah mendapatkan metal coping, diberi lapisan tipis opaque porcelain. 2. Dentin powder dicampur mengunakan air yang terdestilasi, dicampur menggunakan spatula kaca. Sebagian besar dari gigi terbentuk oleh dentin. Bagian dari dentin, daerah incisal, dikurangi kemudian ditambahkan dengan enamel porcelain. Setelah terbentuk dan reaksi kondensasi berakhir, cetakan dari dentin dan enamel siap untuk dilebur 3. Drying Restorasi diletakkan di dalam preheated porcelain furnace terbuka selama 5 – 8 menit. 4. Pembakaran/Firing/Sintering Proses dari sintering dan penggabungan dari partikel dari massa kondensasi disebut sebagai firing. Bubuk partikel mengalir dan mengalami fusi selama proses firing. Membuat restorasi menjadi padat dan kuat. Proses firing berakhir di tungku pembakaran porselin. Hal-hal yang berkaitan dengan firing antara lain: 

Tungku pembakaran porselin  tempat berlangsungnya proses firing. Banyak perusahaan yang memproduksi tungku pembakaran ini. Tungku pembakaran modern dikendalikan oleh komputer yang dilengkapi dengan sekumpulan program yang berfungsi untuk mengontrol siklus firing.



Siklus firing  Keseluran tahapan yang terlibat dalam firing disebutt siklus firing.



Preheating  Massa yang terkondensasi tidak boleh diletakkan berdekatan dengan tungku pembakaran.



Vacuum firing  Selama proses firing pada porselin berlangsung, sebuah alat vakum dengan tekanan negatif diletakkan pada tungku pembakaran. Alat vakum berfungsi untuk menurunkan porositas pada keramik.

5. Glazing Sebelum glazing final, restorasi dicobakan ke mulut pasien oleh dokter gigi. Bagian oklusi di diperiksa dan sisesuaikan dengan menggunakan metode grinding. Perubahan atau penyesuaian akhir dilakukan oleh dokter gigi untuk membentuk restorasi. Restorasi yang telah dibentuk, siap untuk tahap akhir, yaitu glazing. Glazing adalah sebuah proses dimana restorasi dibakar pada suhu tinggi untuk memberi permukaan yang halus dan berkilau.

Beberapa tujuan dari glazing antara lain: 

Meningkatkan aspek estetika



Meningkatkan aspek higienitas



Meningkatkan kekuatan restorasi. Porcelain atau restorasi yang mengalami proses glazing jauh lebih kuat jika dibandingkan dengan ceramic yang tidak mengalami proses glazing. Proses glazing juga mencegah kemungkinan terjadinya keretakan.

6. Cooling/pendinginan Proses pendinginan dari porselin yang telah dibakar harus dikontrol. Proses pendinginan yang terlalu cepat dapat menyebabkan keretakan pada restorasi atau dapat memicu tekanan di dalam restorasi yang akan melemahkan restorasi tersebut.

KESIMPULAN

Pembuatan dan pemakaian bahan porcelain fused to metals (PFM) untuk tujuan restorasi gigi, harus memperhatikan sifat, tipe, komposisi, serta cara atau teknik pengolahan bahan tersebut. PFM membutuhkan ketelitian dalam pemanipulasiannya. Jika terdapat kesalahan, dapat berdampak pada segi estetika dari produk yang dihasilkan serta ketidaknyamanan dalam penggunaannya oleh pasien. Hal ini sangat penting diketahui bagi perawat gigi. Perawat gigi diharapkan mampu membantu dokter gigi dalam menangani pasien yang ingin atau membutuhkan restorasi yang menggunakan PFM. Perawat gigi juga diharapkan mampu memberikan saran kepada pasien supaya bisa merawat PFM yang digunakan pasien di dalam rongga mulut

Komposisi Porselen Dental Komposisi Porselen Dental 1. Feldspar Bahan ini merupakan mineral yang mengandung unsur-unsur kalium, natrium, potasium, sodium, alumunium dan silikat dengan perbandingan tertentu untuk menentukan suhu peleburan. Feldspar dapat diperoleh dalam bentuk soda feldspar (Na2O, Al2O3, 6SiO2), lime feldspar (CaO, Al2O3, 6SiO2 ), dan potas feldspar (K2O, Al2O3, 6SiO2 ). Jika dibakar akan meleleh menjadi bahan yang bening seperti gelas yang membentuk matriks atau sebagai pengikat bagi kaolin dan quartz. Feldspar juga dapat digunakan sebagai bahan flux. 2. Kaolin Merupakan tanah liat berwarna putih. Jika dibakar tidak berubah warna. Bahan ini memberi warna tidak bening (opaque) pada porselen. Porselen untuk keperluan di bidang kedokteran gigi sedikit sekali atau bahkan tidak mengandung kaolin. 3. Quartz Bahan ini sejenis pasir (silika) yang berfungsi memberi kekerasan dan kekuatan pada porselen. Susunan butir-butirnya bertindak sebagai kerangka yang tahan panas. Sifatnya keras, stabil, merupakan bahan campuran terbesar dalam kaca (glass) dan porselen kedokteran gigi. Quartz dengan struktur heksagonal adalah bentuk silika yang paling stabil. Bentuk struktur kristal silika : • Quartz dipanaskan pada suhu 867oC akan mengalami recontructive transformation menjadi tridymite (rhombohedral) • Tridymite dipanaskan pada suhu 1470oC berubah menjadi cristobalite (kubik) • Cristobalite dipanaskan pada suhu lebih dari 1700oC melebur dan terjadi fused quartz dan amorphous 4. Pigmen Bahan ini berfungsi sebagai pemberi warna pada porselen agar sesuai dengan warna gigi. Sebagai pigmen digunakan oksida-oksida logam, misalnya indium memberi warna kuning, chrom memberi warna merah muda, kobalt memberi warna kebiru-biruan dan titanium membuat bahan menjadi lebih opaque. 5. Flux Penambahan ini dimaksudkan untuk menambah kelelehan atau kecairan, merendahkan temperatur lebur, serta menyerap bahan-bahan pencemar yang tidak dikehendaki. Sebagai flux biasanya dipakai karbonat-karbonat kalium dan natrium, borax, gelas atau oksida timah.