DE1107892B - Process for the production of ceramic artificial teeth - Google Patents

Description

Verfahren zur Herstellung keramischer Kunstzähne Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung keramischer, Trübungsstoffe enthaltender Kunstzähne besonders vorteilhafter Beschaffenheit.Method of Making Ceramic Artificial Teeth The present invention relates to a process for the production of ceramic, containing opacifying substances Artificial teeth of a particularly advantageous texture.

Keramische Kunstzähne werden im allgemeinen in der Weise hergestellt, daß man die Grundsubstanzen, z. B. Feldspat, und Trübungsstoffe, z. B. Quarz, Kaolin, Zinnoxyd, Aluminiumoxyd od. dgl., in geeigneten Mengenverhältnissen und Aufteilungsgraden miteinander vermischt und entweder unter Zugabe von geeigneten Hilfsstoffen direkt zu einem Rohzahn verformt und diesen brennt oder aber daß man aus den genannten Rohstoffen zunächst eine Vorschmelze herstellt und aus der so gewonnenen Fritte nach Pulverisierung und Zufügung von Hilfsstoffen die keramischen Zähne formt und brennt. Dem letztgenannten Verfahren wird dabei im allgemeinen der Vorzug gegeben, weil es zu transparenteren und daher naturähnlicheren Produkten führt. Auch durch spezielle Brennverfahren, z. B. durch Brennen der Zähne unter Vakuum, ist es gelungen, den Transparenzgrad der keramischen Zähne zu steigern und diese dem Naturzahn noch weiter anzugleichen. Auf diese Weise ist es zwar gelungen, die Transparenz der Kunstzähne weitgehendst der des natürlichen Zahnes anzunähern. Ein sichtbarer Mangel bei allen diesen Produkten besteht jedoch darin, daß diese nicht das spezifische Verhalten des natürlichen Schmelzes bei auffallendem bzw. durchfallendem Licht zeigen. Namentlich bei hochtransparenten jugendlichen Zähnen fällt auf, daß die Schneidekanten im auffallendem Licht ausgesprochen blau wirkende Partien zeigen, während dieselben Teile im durchfallenden Licht gelblichrot erscheinen. Alle Versuche, keramischen Kunstzähnen auch noch diese Eigenschaften zu verleihen und damit auch noch in dieser Hinsicht Naturzähnen anzugleichen, schlugen bisher fehl. Ceramic artificial teeth are generally made in the way that the basic substances, z. B. feldspar, and opacifiers such. B. quartz, kaolin, Tin oxide, aluminum oxide or the like, in suitable proportions and degrees of division mixed with one another and either with the addition of suitable auxiliaries directly deformed to a raw tooth and this burns or that one out of the mentioned Raw materials are first produced in a premelt and from the frit obtained in this way After pulverizing and adding auxiliary materials, the ceramic teeth are shaped and burns. The latter method is generally preferred because it leads to more transparent and therefore more natural products. Also through special combustion processes, e.g. B. by burning the teeth under vacuum, it has been possible to to increase the degree of transparency of the ceramic teeth and this to the natural tooth to further align. In this way it was possible to improve the transparency of the artificial teeth as close as possible to that of the natural tooth. A visible flaw in all These products, however, is that they do not have the specific behavior of the natural enamel under incident or transmitted light. Namely In the case of highly transparent young teeth, it is noticeable that the incisal edges in the conspicuous Light show areas that appear particularly blue, while the same parts in the falling through Appear light yellowish-red. All attempts at ceramic artificial teeth also add this To give properties and thus also to adapt natural teeth in this respect, have failed so far.

Es wurde nun festgestellt, daß man die vorerwähnten, die Eigenschaften des Naturzahnes aufweisenden keramischen Kunstzähne mit Trübungsstoffen dann erhält, wenn man bei der Herstellung erfindungsgemäß so vorgeht, daß die Trübungsstoffe in Form von Teilchen, deren Abmessungen maximal in der Größenordnung der Lichtwellenlänge liegen, innerhalb der Schmelze bzw. durch Abkühlen, Tempern und/oder Anlassen gebildet werden. It has now been found that the aforementioned properties of the natural tooth exhibiting ceramic artificial teeth with opacifying substances is then obtained, if one proceeds according to the invention in the preparation so that the opacifying substances in the form of particles, the dimensions of which are at most in the order of magnitude of the wavelength of light are formed within the melt or by cooling, tempering and / or tempering will.

Als Trübungsstoffe können hierbei je nach der chemischen Zusammensetzung und dem Zustandsdiagramm des keramischen Systems grundsätzlich alle Komponenten des gesamten keramischen Stoffsystems, z. B. auch SiO2, Al203, ZrO2 usw. be- ziehungsweise Verbindungen zwischen diesen Komponenten, z. B. Aluminium- oder Zirkonsilikate, wirksam sein, sofern diese Stoffe bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form der erwähnten Teilchen auftreten. As opacifiers, depending on the chemical composition and the state diagram of the ceramic system basically all components of the entire ceramic material system, e.g. B. also SiO2, Al203, ZrO2 etc. to say the least Connections between these components, e.g. B. aluminum or zirconium silicates, be effective, provided these substances are used when applying the method according to the invention occur in the form of the particles mentioned.

Der erwähnte mit den Trübungsteilchen erreichte optische Effekt läßt sich mit den physikalischen Gesetzen der Lichtstreuung erklären, nach denen die verschiedenen Wellenlängen des sichtbaren Lichtes durch die Trübungsteilchen der angegebenen Teilchengröße in verschiedener Weise gestreut werden und denen zufolge die Zahnsubstanz im durchfallenden oder auffallenden Licht verschiedene Färbungen annimmt, indem das stärker gestreute blaue Licht nur in der Aufsicht und das weniger gestreute gelbrote Licht nur in der Durchsicht in Erscheinung tritt. The mentioned optical effect achieved with the opaque particles leaves explain themselves with the physical laws of light scattering, according to which the different wavelengths of visible light through the opacity particles of the specified particle size are scattered in various ways and according to them the tooth substance is colored differently in incident or incident light assumes by the more strongly scattered blue light only in the top view and the less scattered yellow-red light only appears when viewed through.

Die Gesetze der Lichtstreuung lehren nun aber, daß es bei der Hervorrufung des beschriebenen Effektes nicht allein auf die Größe der streuenden Teilchen ankommt, sondern auch auf ihre Zahn in der Volumeinheit der umgebenden Substanz und auf den Brechungsindex der Teilchen relativ zu dem der Umgebung. Obgleich man diese Gesetzmäßigkeiten schon seit einer Reihe von Jahrzehnten kennt, fanden sie in der Zahnkeramik noch keine Anwendung. The laws of the scattering of light now teach that it is with the evocation of the effect described does not only depend on the size of the scattering particles, but also on their tooth in the unit of volume of the surrounding substance and on the Refractive index of the particles relative to that of the environment. Although one has these laws has known for a number of decades, they still found them in dental ceramics no use.

Zwar gelang es der Glastechnologie schon vor längerer Zeit, opaleszierende Gläser zu entwickeln, aber dort handelt es sich einerseits um Herstellungsverfahren, die im allgemeinen wesentlich von denen der Zahnkeramik abweichen, und andererseits um Stoffsysteme, auf die sich die zahnkeramischen Verfahren entweder gar nicht anwenden lassen oder bei Anwendung zahnkeramischer Verfahren unter den gegenwärtigen Entwicklungsbedingungen und bei den heutigen Anforderungen an die Qualität keramischer Zähne zu völlig unbefriedigenden Produkten führen würden.It is true that glass technology succeeded a long time ago in creating opalescent To develop glasses, but on the one hand it is about manufacturing processes, which in general differ significantly from those of Dental ceramics differ, and on the other hand to material systems on which the dental ceramic process is based either Do not use at all or when using dental ceramic methods under the current development conditions and with today's demands on the Quality of ceramic teeth would lead to completely unsatisfactory products.

Der Umstand, daß die Gesetze der Lichtstreuung seit langem - zum Teil fast 100 Jahre - bekannt und die vorerwähnten Erfahrungen in der Glastechnologie ebenfalls recht alt sind, ohne daß der Fachmann bislang von diesen Gesetzen bzw. dort gesammelten Erfahrungen auf dem Gebiet der Herstellung von Zahnmassen Gebrauch gemacht hätte, und das Problem der Herstellung von Zahnmassen mit den beschriebenen charakteristischen optischen Eigenschaften zu lösen, zeigt mit Deutlichkeit, daß das erf ndungsgemäße Verfahren in keiner Weise nahegelegen hat. Bedenkt man noch, daß Verfahren zur Herstellung solcher Zähne für die Praxis nur dann bedeutungsvoll sind, wenn sie deren Herstellung ohne außergewöhnlichen Ausschuß erlauben, und berücksichtigt man noch, welche besonderen Anforderungen an die keramischen Zähne gestellt werden (hohe mechanische Festigkeitswerte, gute Biege- und Stoßfestigkeit, gute Temperaturwechselbeständigkeit, gute Schleifbarkeit, geringe Splitterneigung, Stabilität des Opaleszenzeffektes bei den in der Zahntechnik üblichen thermischen Beanspruchungen usw.), dann muß es überraschen, in wie einfacher Weisej durch das erfindungsgemäße Verfahren das schon seit langem bestehende Problem gelöst wurde, in technisch brauchbarer Weise keramische Zähne herzustellen, welche das beschriebene besondere optische Verhalten der natürlichen Zähne zeigen und gleichzeitig die erwähnten besonderen Anforderungen an keramische Zähne erfüllen. The fact that the laws of light scattering have long been - for Part almost 100 years - known and the aforementioned experience in glass technology are also quite old, without the skilled person being aware of these laws or experience gained there in the field of the manufacture of tooth masses and the problem of making tooth masses with those described Solving characteristic optical properties clearly shows that the method according to the invention was in no way close at hand. If you still consider that the process for the production of such teeth is only meaningful in practice are, if they allow their production without exceptional waste, and taken into account you still have to know what special requirements are placed on ceramic teeth (high mechanical strength values, good bending and shock resistance, good thermal shock resistance, good sandability, low tendency to splinter, stability of the opalescence effect with the thermal stresses common in dental technology, etc.), then must it is surprising how simple the process according to the invention is long-standing problem has been solved in a technically feasible manner Manufacture ceramic teeth that have the special optical behavior described of the natural teeth and at the same time the special requirements mentioned to meet ceramic teeth.

Das Verfahren kann beispielsweise derart durchgeführt werden, daß im Rahmen des Brandes auf Temperaturen erhitzt wird, welche zur Bildung einer gesättigten Lösung der Trübungsstoffe in der Grundsubstanz führen. Hierfür sind einer solchen Zweckbestimmung gemäß Art und Menge der Ausgangsstoffe derart aufeinander abzustimmen und auszuwählen, daß sich eine derartige gesättigte Lösung bildet, daß sich aus dieser beim Abkühlen Teilchen der Trübungsstoffe, deren Abmessungen maximal in der Größenordnung der Lichtwellenlänge liegen, ausscheiden. die sich dann im Endprodukt in der vorerwähnten Weise auswirken. The method can be carried out, for example, in such a way that During the fire it is heated to temperatures which lead to the formation of a saturated Dissolve the opacifying substances in the basic substance. For this are one of those The intended use must be coordinated with one another in accordance with the type and quantity of the starting materials and selecting that a saturated solution is formed such that this when cooling particles of the opaque substances, the dimensions of which are maximal in the The order of magnitude of the wavelength of light is eliminated. which is then reflected in the end product affect in the aforementioned way.

Bei einer solchen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch von Rohmischungen ausgegangen werden, innerhalb welcher die Trübungsstoffe teilweise oder völlig in einer Teilchengröße oberhalb der Wellenlänge des Lichtes vorliegen, weil diese Teilchen bei dem Lösungsvorgang - wenn nicht überhaupt, nur eine Reduzierung bis auf die gewünschte Teilchengröße erfolgt - verschwinden und sich dann beim Abkühlen Teilchen in einer Größe unterhalb der Wellenlänge des Lichtes ausscheiden. In such an implementation of the method according to the invention can raw mixtures can also be assumed, within which the opacifying substances partially or completely in a particle size above the wavelength of light are present because these particles are only present in the solution process - if not at all a reduction to the desired particle size takes place - disappear and Then, when cooling down, particles are less than the wavelength of light retire.

Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch eine zweistufige Verfahrensweise über die Herstellung einer Fritte ausgewertet werden. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß zunächst ein Gemisch von Grundsubstanzen und Trü- bungsstoffen beliebiger Teilchengröße zu einer übersättigten Lösung verschmolzen wird und dann die so erhaltene Fritte in üblicher Weise zerkleinert und zu Zähnen geformt wird und diese vorzugsweise unter vermindertem Druck gebrannt werden, wobei die Temperaturen derart gesteuert werden, daß eine Ausscheidung zumindest des überwiegenden Teiles der Trübungsstoffe in einer Teilchengröße, die maximal von der Größenordnung der Lichtwellenlänge ist, herbeigeführt wird. According to a further embodiment of the method according to the invention A two-step procedure for the production of a frit can also be evaluated will. This embodiment of the method according to the invention consists in that initially a mixture of basic substances and exercise substances of any particle size is fused to a supersaturated solution and then the resulting frit is comminuted in the usual way and shaped into teeth and these preferably be fired under reduced pressure, the temperatures being so controlled that an excretion of at least the majority of the opacifying substances in a particle size that is at most of the order of magnitude of the light wavelength, is brought about.

Mit Vorteil kann auch so vorgegangen werden, daß zunächst eine übersättigte Fritte aus Grundsubstanzen, z.B. einem Natrium- bzw. Kalium-Aluminium-Silikat, und Trübungsstoffen, z. B. Zirkonoxyd, beliebiger Teilchengröße bei hohen, über dem Schmelzpunkt der keramischen Masse liegenden Temperaturen hergestellt und diese dann in zweckmäßig feinzerkleinertem Zustand und geringen, z. B. bei transparenten Massen etwa 1 bis 50/0 und bei Dentin-Massen etwa 10 bis 20 °/o ausmachenden Mengen üblichen keramischen gefritteten oder ungefritteten Massen zugemischt wird. It is also advantageous to proceed in such a way that initially an oversaturated Frit made from basic substances, e.g. a sodium or potassium aluminum silicate, and Opacifiers, e.g. B. zirconium oxide, any particle size at high, above that Melting point of the ceramic mass lying temperatures produced and this then in an appropriately finely crushed state and low, z. B. with transparent Masses about 1 to 50/0 and, in the case of dentin masses, about 10 to 20% constituting quantities conventional ceramic fritted or unfried masses is added.

Diese letzterwähnte Ausführungsform bietet unter anderem den besonderen Vorteil, daß gemäß derselben die bei hoher Temperatur gebrannte Vorfritte zerkleinert und in die Zahnmasse eingewogen werden kann und man so die angestrebten Eigenschaften des Endproduktes bewußt nach Belieben dosieren kann. This last-mentioned embodiment offers, among other things, the special one Advantage that, according to the same, the pre-frit fired at high temperature is crushed and can be weighed into the tooth mass and you get the desired properties of the end product can consciously dose at will.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können beispielsweise als Grundsubstanz Feldspat oder Natrium- bzw. Kalium-Aluminium-Silikate und als Trübungsstoffe Zinnoxyd, Quarz, Korund und/oder Zirkonoxyd verwendet werden. Mit Vorteil werden hierbei Zahnbrandtemperaturen, die im Bereich von etwa 1250 bis etwa 13500 C liegen, verwendet. In the method according to the invention, for example, as a base substance Feldspar or sodium or potassium aluminum silicates and tin oxide as opacifiers, Quartz, corundum and / or zirconium oxide can be used. Dental firing temperatures are advantageous here, which are in the range from about 1250 to about 13500 ° C. is used.

Hierbei handelt es sich jedoch keineswegs um kritische Größen.However, these are by no means critical quantities.

Beispiel 1 Man mischt reinen Feldspat einer Korngröße von unter 50 ,u mit 0,2 Gewichtsprozent Zinnoxyd einer Teilchengröße von weniger als 5 zu einem homogenen Pulver. Dieses wird mit einer Stärkepaste und Wasser zu einer plastischen Masse von in der Zahnkeramik üblicher Konsistenz angeteigt und zu einem Zahn geformt. Dieses wird dann bei einer Temperatur von 13500 C unter einem Druck von 10 mm Hg gebrannt, wobei während der letzten etwa 5 Minuten diese Druckminderung aufgehoben werden kann. Example 1 Pure feldspar with a grain size of less than 50 is mixed , u with 0.2 weight percent tin oxide with a particle size of less than 5 to one homogeneous powder. This becomes plastic with a starch paste and water A mass of consistency common in dental ceramics, made into a paste and shaped into a tooth. This is then at a temperature of 13500 C under a pressure of 10 mm Hg burned, this pressure reduction being canceled during the last 5 minutes or so can be.

Beim Abkühlen scheidet sich ein Teil des gelösten Trübungsmittels in einer Teilchengröße der gewünschten Art aus. Der Zahnschmelz sieht ebenfalls im auffallenden Licht blau und im durchfallenden Licht gelblichrot aus.On cooling, part of the dissolved opacifier separates in a particle size of the desired type. The enamel also sees Blue in incident light and yellowish-red in transmitted light.

Beispiel 2 Man mischt reinen Feldspat einer Korngröße unter 50 j mit 8 Gewichtsprozent reinem Korund einer Korngröße von unter 10 p zu einem homogenen Pulver. Dieses wird bei etwa 15500 C verschmolzen und dann abgekühlt. Die so erhaltene Fritte wird in üblicher Weise zu einem Pulver von unter 50 p vermahlen, in der üblichen Weise zu Zähnen verformt, und diese werden 10 Minuten bei 12500 C unter den Druckverhältnissen gemäß Beispiel 1 gebrannt. Auch der so erhaltene Zahnschmelz zeigt im auffallenden Licht eine blaue und im durchfallenden Licht eine gelblichrote Färbung. Example 2 Pure feldspar with a grain size of less than 50 j is mixed with 8 percent by weight of pure corundum with a grain size of less than 10 p to a homogeneous one Powder. This is fused at about 15500 C and then cooled. The thus obtained Frit is ground in the usual way to a powder of less than 50 p, in the usual way Way deformed into teeth, and these are 10 minutes at 12500 C under the pressure conditions Fired according to Example 1. The tooth enamel obtained in this way is also striking Light a blue and in transmitted light a yellowish red color.

Beispiel 3 Man mischt 94 Gewichtsteile eines Natrium- bzw. Example 3 94 parts by weight of a sodium resp.

Kalium-Aluminium-Silikates als Grundsubstanz mit 6 Gewichtsteilen feingemahlenem Zirkonoxyd und stellt aus dieser Mischung durch Schmelzen bei hohen, zur Verglasung führenden Temperaturen eine Fritte her. Die so erhaltene Fritte wird nach ihrem Abkühlen fein zermahlen und in Mengen von 1 bis 5 Gewichtsprozent einer üblichen Zahnmasse zugesetzt, die in gleichfalls üblicher Weise zu Zähnen verformt und gebrannt wird.Potassium aluminum silicate as the basic substance with 6 parts by weight finely ground zirconium oxide and is made from this mixture by melting at high, temperatures leading to vitrification produce a frit. The frit thus obtained is finely ground after their cooling and in amounts of 1 to 5 percent by weight of a usual tooth mass added, which is also deformed into teeth in the usual way and is burned.

Claims (6)

PATENTANS PRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Kunstzahnes mit Trübungsstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Trübungsstoffe in Form von Teilchen, deren Abmessungen maximal in der Größenordnung der Lichtwellenlänge liegen, innerhalb der Schmelze bzw. durch Abkühlen, Tempern und/oder Anlassen gebildet werden. PATENT'S CLAIMS: 1. Method of making a ceramic Artificial tooth with opacifiers, characterized in that the opacifiers in the form of particles, the dimensions of which are at most in the order of magnitude of the wavelength of light are formed within the melt or by cooling, tempering and / or tempering will. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen des Brandes auf Temperaturen erhitzt wird, welche zur Bildung einer gesättigten Lösung der Trübungsstoffe in der Grundsubstanz führen, aus welcher Lösung sich beim Abkühlen Teilchen mit Abmessungen, welche maximal von der Größenordnung der Lichtwellenlänge sind, ausscheiden, wobei auch von Rohmischungen ausgegangen werden kann, innerhalb welcher die Trübungsstoffe teilweise oder völlig in einer Teilchengröße oberhalb der Wellenlänge des Lichtes vorliegen. 2. The method according to claim 1, characterized in that in the frame of the fire is heated to temperatures which lead to the formation of a saturated Solution of the opaque substances in the basic substance lead from which solution the Cooling down particles with dimensions which are maximally on the order of the light wavelength are to be eliminated, whereby raw mixtures can also be assumed within which the opacifiers partially or completely in a particle size above the wavelength of the light. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Gemisch von Grundsubstanzen und Trübungsstoffen beliebiger Teilchengröße zu einer, auf die eigentliche Zahnbrandtemperatur bezogen, übersättigten Lösung verschmolzen wird, die so erhaltene Fritte in üblicher Weise zerkleinert und zu Zähnen geformt wird und diese unter vorzugsweise vermindertem Druck gebrannt werden, wobei die Temperaturen derart gesteuert werden, daß eine Ausscheidung zumindest des überwiegenden Teiles der Trübungsstoffe in einer Teilchengröße, welche maximal von der Größenordnung der Lichtwellenlänge ist, herbeigeführt wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that initially a mixture of basic substances and opaque substances of any kind Particle size to a supersaturated solution in relation to the actual tooth firing temperature is fused, the frit thus obtained is crushed in the usual way and closed Teeth are shaped and these are fired under preferably reduced pressure, wherein the temperatures are controlled so that an excretion at least of the predominant part of the opacifiers in a particle size which is the maximum is of the order of magnitude of the wavelength of light. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine übersättigte Fritte aus Grundsubstanzen und Trübungsstoffen beliebiger Teilchengröße bei hohen, über dem Schmelzpunkt der keramischen Masse liegenden Temperaturen hergestellt und diese dann in zweckmäßig feinzerkleinertem Zustand und geringen Mengen üblichen keramischen gefritteten oder ungefritteten Massen zugemischt wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that that initially a supersaturated frit made of basic substances and opacifying substances of any kind Particle size at high temperatures above the melting point of the ceramic mass produced and then in an expediently finely comminuted state and small Amounts of conventional ceramic fritted or unfried masses is added. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundsubstanz Feldspat oder Natrium- bzw. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that feldspar or sodium resp. Kaliumaluminiumsilikate und als Trübungsstoffe Zinnoxyd, Quarz, Korund und/oder Zirkonoxyd verwendet werden. Potassium aluminum silicates and, as opacifiers, tin oxide, quartz, corundum and / or zirconium oxide can be used. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieZahnbrandtemperaturen im Bereich von etwa 1250 bis etwa 13500 C liegen. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that the firing temperatures are in the range of about 1250 to about 13500 ° C. In Betracht gezogene Druckschriften: Dr. Alfred Kuhn, »Kolloidchemisches Taschenbuch«, Leipzig 1953, S. 192, Akademische Verlagsgesellschaft Geest & Portig K. G. Documents considered: Dr. Alfred Kuhn, »Colloid Chemistry Taschenbuch «, Leipzig 1953, p. 192, Academic Publishing Company Geest & Portig K. G.