DE2729488C2

DE2729488C2 -

Info

Publication number: DE2729488C2
Application number: DE2729488A
Authority: DE
Inventors: Olbert William Gymea New South Wales Au Rogers
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-09-10
Filing date: 1977-06-30
Publication date: 1990-09-06
Also published as: AU2581977A; GB1520105A; US4125442A; DE2729488A1; AU507116B2; CA1119121A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Porzellanmasse mit einer Metallbasis aus einer Goldlegierung, Platin oder einer Chromlegierung zur Herstellung von mit Metall zusammengesetzten Zahnkonstruktionen, bei dem eine Metallschicht aus Eisen, Zinn, Zink, Kupfer, Kobalt, Vanadium, Platin oder Palladium auf die Metallbasis elektrolytisch aufgebracht wird, auf die dann Porzellanmasse aufgebracht und aufgebrannt wird.

In der am 23. April 1975 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 5 70 740 des Anmelders ist ein Herstellungsverfahren für einen Zahnaufbau aus Porzellan beschrieben, bei dem zunächst ein dünnes Metallmodell gebaut wird, in das Porzellan Schicht um Schicht hineingeschmolzen wird, um eine Porzellaneinlage zu schaffen, die genau einer Zahnkavität entspricht, in der sie anschließend haftend mit Hilfe eines üblichen Dentalzementes befestigt werden soll.

Bei zusammengesetzten Metall-Porzellanaufbaus sind die gegenwärtigen Techniken zum Verbinden von Porzellan mit Metall im allgemeinen unzuverlässig. Eine Diskussion über dieses Problem findet sich z. B. in Fraunhofer, Scientific Aspects of Dental Materials, Butterworths 1975, auf Seite 316.

Metalle, die bei der Herstellung von Metall-Porzellanaufbaus benutzt werden, schließen Gold, Platin, Goldlegierungen und unedle Metalle ein, normalerweise Chromlegierungen wie z. B. Nickel-Chromlegierungen mit 80% Nickel und 20% Chrom. Gold hat den offensichtlichen Nachteil, daß es, wie auch Goldlegierungen und Platin, teuer ist. Chromlegierungen haben bessere physikalische Eigenschaften als Gold, insbesondere was die Dichte anbetrifft, und sind weniger teuer; die Bindung, die zwischen ihnen und Porzellan durch die gegenwärtigen Verfahren hergestellt wird, ist jedoch sogar noch weniger zufriedenstellend als die zwischen Gold und Porzellan.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art (DE-PS 25 18 355) wird auf eine Metallbasis eine Metallschicht aufgebracht, auf die dann die Porzellanmasse aufgebracht und aufgebrannt wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens der eingangs genannten Art, bei dem das Porzellan besser an der Metallbasis haftet.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht in den im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrensschritten.

Durch die Zwischenschicht erhält man eine verbesserte Bindungswirkung. Außerdem können durch diese Zwischenschicht Spannungen leichter aufgenommen werden, die auf Unterschieden in den thermischen Expansionskoeffizienten von Metallbasis und Porzellan beruhen. Die verbesserte Bindungswirkung ist dabei für den Fachmann überraschend und nicht vorhersehbar, da man wegen der größeren Anzahl von Lagen der vierlagigen Konstruktion der Erfindung eine geringere Festigkeit als bei einer dreilagigen Konstruktion erwarten würde, da die vierlagige Konstruktion mehr Grenzflächen und Übergangszonen aufweist. Es ist das Verdient der Erfindung, dieses Vorurteil überwunden zu haben.

Beispiele solcher Bindungen sind in den beigefügten Fig. 1 bis 4 gezeigt. Es zeigt

Fig. 1 eine Bindung zwischen einem Metall A und Porzellan B in 150facher Vergrößerung,

Fig. 2 und 3 Bindungen zwischen einem anderen Metall A und Porzellan B bei einer Vergrößerung von 150 und

Fig. 4 eine Bindung zwischen dem Metall A der Fig. 2 und 3 und Porzellan bei einer 200fachen Vergrößerung.

Bei dem Metall der Fig. 1 handelt es sich um eine berylliumfreie Legierung, die insgesamt 84,5% Kobalt, Chrom und Nickel enthält und und unter dem Warenzeichen "Victory" vertrieben wird. Dieses Metall wird im folgenden als "Victory-Metall" bezeichnet werden. Beim Metall A der Fig. 2 bis 4 handelt es sich um eine Legierung mit 96,2% Kobalt, Chrom und Nickel, 0,3% Beryllium, wobei der Rest aus Spurenmetallen, z. B. Eisen, besteht. Dieses Material wird unter dem Warenzeichen "Ultratek" vertrieben und wird im folgenden als "Ultratek-Metall" bezeichnet werden.

Bei den Darstellungen der Fig. 1 bis 4 kann man feststellen, daß die Bindung zwischen Metall A und Porzellan B nicht zufriedenstellend ist; man beachte insbesondere die Bruchlinien infolge Spannungskonzentration in den Fig. 2, 3 und 4.

Erfindungsgemäß kann eine starke und zuverlässige Bindung zwischen Metall und Porzellan erhalten werden, um die Herstellung der erwähnten Zahnkonstruktionen unter Benutzung entweder von Edelmetallen oder unedlen Metallen zu ermöglichen.

Die Erfindung ermöglicht auch die Herstellung von Zahnkonstruktionen entweder

(a) durch Aufbauen von Schichten von Porzellan auf der Metallbasis oder
(b) durch Binden eines vorgeformten Porzellananteils auf der Metallbasis.

Technik (a) ist zum Herstellen von endo-ossealen Implantaten und auch wie Technik (b) zum Herstellung von Zahnkronen geeignet.

Gemäß der Erfindung wird bei der Herstellung von Metall-Porzellan-Zahnkonstruktionen die Metallbasis vorbehandelt, bevor sie mit dem Porzellan verbunden wird, indem darauf eine dünne Schicht eines anderen Metalls aufgebracht wird.

Die genaue Form der Vorbehandlung wird von der Art der Metallbasis abhängen; insbesondere erfordern Edelmetalle und unedle Metalle verschiedene Behandlung.

Im Falle von Edelmetallen, d. h. Goldlegierungen und Platin (reines Gold wird wegen seiner Weichheit nur selten verwendet) wird eine dünne Schicht von reinem Gold, Platin, Palladium, Eisen, Zinn, Zink, Kupfer, Nickel, Chrom, Kobalt, Vanadium oder Indium auf der Metallbasis vorzugsweise elektrolytisch und vorzugsweise mit einer Dicke zwischen 10 und 30 Mikron aufgebracht. Danach kann das Porzellan damit durch das Verfahren verbunden werden, das weiter unten ausführlicher beschrieben wird.

Im Falle von unedlen Metallen, wie z. B. den gewöhnlich benutzten Chromverbindungen, muß das Aufbringen der Schicht aus anderem Metall jedoch in Verbindung mit zusätzlichen Oberflächenbehandlungen durchgeführt werden, um später eine zufriedenstellende Bindung mit dem Porzellan sicherzustellen.

Die Metallbasis kann vor der Aufbringung der Metallschicht einer Anzahl verschiedener Vorbehandlungen unterzogen werden, die z. B. einschließen:

(i) Ätzen mit Säure, wie z. B. 5- bis 50%iger Schwefelsäure bei 5,4 mA pro cm² während 1 bis 5 Minuten;
(ii) anodischem Ätzen für ungefähr 3 Minuten mit anschließender kathodischer Aktivierung für ungefähr 6 Minuten unter Benutzung von Wood's Nickel-Elektrolyt bei 32 mA pro cm² (30 amps/sq. ft.); oder
(iii) anodisches Ätzen während ungefähr 2 Minuten mit anschließender kathodischer Aktivierung während ungefähr 2 bis 10 Sekunden unter Benutzung von 10- bis 50%iger Schwefelsäure bei 10,8 bis 215 mA pro cm² (10 bis 200 amps/sq. ft.).

Wood's Nickel-Elektrolyt ist aus 240 g Nickelchlorid, 86 ml 1-on-Salzsäure unter Auffüllung auf einen Liter mit destilliertem Wasser hergestellt.

Die Stromdichte und die Konzentration des Elektrolyten können unter Berücksichtigung des Widerstandes der verwendeten Metallegierung gegenüber Passivierung verändert werden.

Es wird durch die Metallschicht nicht nur eine verbesserte Bindung erreicht. Im Falle von unedlen Metallen bildet eine solche Schicht auch eine Sperre gegen die Bildung von unerwünschten Oxyden wie Chrom- und Nickeloxyden, die den Wärmeausdehnungskoeffizienten des keramischen Materials bis zu 50% reduzieren können und auch schlecht aussehende Verfärbungen verursachen können.

Wenn das Verfahren mit anodischer Vorbehandlung angewendet wird, ist es erstrebenswert, um die Bindung der Hauptmetallschicht zu verbessern, eine dünne Schicht, vorzugsweise elektrolytisch, eines noch anderen Metalls aufzubringen, bevor die Hauptschicht aufgebracht wird. Gold oder Platin werden für die Hauptschicht bevorzugt, während für die vorherige zusätzliche Schicht Zinn, Silber, Eisen, Zink, Kupfer oder Indium benutzt werden können.

Nach der Aufbringung von Gold oder Platin wird, um die Bindung mit dem Porzellan zu verbessern, noch eine weitere dünne Schicht eines anderen Materials vorzugsweise elektrolytisch aufgebracht, z. B. aus Eisen, Zinn, Zink, Kupfer, Kobalt, Vanadium, Platin oder Palladium.

Mit dem so (d. h. durch einfaches Aufbringen im Falle von Edelmetallen oder mit Hilfe des komplizierteren Vorbehandlungs- und Aufbringungsverfahrens, das für den Fall von unedlen Metallen beschrieben wurde) behandelten Grundmetall kann das Porzellan nun verbunden werden. Das Verfahren zum Verbinden des Porzellans wird von dem benötigten Aufbau sowie davon abhängen, ob ein vorgeformtes Porzellanstück verwendet werden soll oder ob das ganze Porzellanstück in Schichten auf der Grundmetallkonstruktion aufgebaut werden soll.

Die Benutzung von vorgeformten Porzellanstücken hätte natürlich klare wirtschaftliche Vorteile, da eine große Zahl solcher Porzellanstücke von verschiedenen Formen und Größen sehr billig in Massenherstellung produziert werden könnte. Es besteht jedoch ein Problem darin, in Massenherstellung erzeugte Porzellanstücke an die unendliche Vielfalt von Formen und Farben anzupassen, auf die man bei der Behandlung der Zähne von verschiedenen Patienten trifft.

Die vorliegende Erfindung bewältigt diese Schwierigkeit und erlaubt die Herstellung genauer Konstruktionen unter Benutzung vorgeformter Porzellanstücke mit einer Genauigkeit, wie sie bei einem zu behandelnden Zahn auftritt.

Dieser Punkt der Erfindung ist besonders geeignet für die Herstellung von Konstruktionen in Form von Kronen oder Kappen, die eine "Haube" aus Metall enthalten, die über einen Zahnstumpf passen soll, wobei an der Vorderseite dieser "Haube" ein Porzellanstück befestigt ist, so daß nach Befestigung im Mund das Patienten nur das Porzellanstück sichtbar ist.

Es wird daher ein Modell des zu behandelnden Zahnstumpfes auf konventionelle Weise z. B. aus einem gewöhnlich "künstlicher Stein" genannten Gipsmaterial hergestellt.

Anschließend wird ein Porzellanstück der gewünschten Farbschattierung mit ungefähr den vorderen Abmessungen des Zahnstumpfes ausgewählt, und die Rückseite dieses Porzellanstücks wird so geschliffen, daß sie vernünftig gut mit der vorderen Oberfläche des Modells übereinstimmt. Es versteht sich, obwohl durch Schleifen des Porzellanstücks auf diese Weise eine gute Anpassung an die vorderen Konturen des Modells erreicht werden kann, daß es praktisch unmöglich ist, eine hinreichend genaue Form zu schaffen, daß das Porzellanstück zufriedenstellend am Modell befestigt werden kann. Sicher ist es jedoch unmöglich, dies wirtschaftlich zu tun.

Das Modell wird dann gewachst und das Porzellanstück wird auf die Vorderseite des Modells gesteckt und wird durch das Wachs in dieser Stellung festgehalten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein dünner "Abstandshalter" aus Metall oder anderem Material angebracht, um Platz für die Schicht von Porzellanmaterial zu schaffen, die anschließend, wie weiter unten beschrieben, aufgebracht werden soll.

Mittels des Prinzips des "verlorenen Wachses" wird dann eine "Haube" aus Metall gegossen. Die auf diese Weise hergestellte Haube wird genau über den Zahnstumpf im Mund des Patienten passen und kann daher letztendlich über den Stumpf auf die übliche Weise zementiert werden.

Das Porzellanstück wird nun mit der Metallhaube, wie weiter unten beschrieben, verbunden; es versteht sich, daß das Porzellanstück nicht einfach auf die Haube zementiert werden kann, da eine gänzlich unzureichende Bindung dabei erzielt würde.

Die Haube wird daher mit den oben beschriebenen Verfahren vorbehandelt, und zwar in Abhägigkeit davon, ob die Haube aus Edelmetall oder unedlem Metall hergestellt ist.

Auf die Vorderseite der so behandelten Haube wird eine Schicht von Porzellanpaste aufgebracht, auf die das Porzellanstück aufgebracht wird. Diese Konstruktion wird dann erhitzt, um das Porzellanstück und die Haube fest miteinander zu verbinden.

Das beschriebene Verfahren erlaubt die Bildung einer Bindung hoher Qualität zwischen der Haube und dem Porzellanstück, die bisher nicht möglich war, und erlaubt auch die Benutzung von in Massenherstellung erzeugten lasierten oder nichtlasierten Porzellanstücken, wobei die mit den letzteren erreichte Bindung nach der Überglasung sogar noch besser ist. Die Benutzung einer Platinschicht anstelle einer Goldschicht erlaubt auch die Benutzung eines härteren hochschmelzenden Porzellans.

Eine aufgebrachte Schicht von Metall oder Metallen auf dem Grundmetall scheint als eine "Pufferzone" zwischen dem Grundmetall und dem Porzellan zu wirken, wobei diese Zone die Spannungen aufnimmt, die durch Unterschiede in dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Basismaterials und des Porzellans verursacht werden, während die Konstruktion von der Brenntemperatur auf Zimmertemperatur abkühlt.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren zu erhaltene, verbesserte Bindung ist in den beigefügten Fig. 5 und 6 dargestellt.

Fig. 5 zeigt eine Bindung zwischen "Victory"-Metall A und Porzellan B mit einer dazwischen befindlichen elektrolytisch aufgebrachten Schicht von Gold C bei einer Vergrößerung von 3000. In dem hier dargestellten Beispiel ist die Oberfläche des "Victory"-Metalls zunächst durch anodisches Ätzen in Woodschem Elektrolyt wie oben beschrieben behandelt worden, und anschließend wurde Gold darauf elektrolytisch aufgebracht. Auf das Gold wurde dann noch vor der Bindung mit dem Porzellan eine weitere Schicht aus Zinn elektrolytisch aufgebracht.

Fig. 6 zeigt eine Bindung zwischen "Ultratek"-Metall A und Porzellan B mit einer elektrolytisch aufgebrachten Zwischenschicht aus Gold C bei einer Vergrößerung von 3000. Bei diesem Beispiel ist das "Ultratek"-Metall auf dieselbe Weise wie das Metall in Fig. 5 vorbehandelt.

In den Fig. 7 und 8 ist dargestellt, wie die Unterschiede der Wärmeausdehnungskoeffizienten durch die aufgebrachte Metallschicht aufgenommen wird. In diesen Figuren ist dargestellt, daß Porzellan mit einem 18/8 rostfreiem Stahl nach den oben beschriebenen Verfahren verbunden ist. Der Ausdehnungskoeffizient des Stahls ist 17,0×10^-6, während der des Porzellans 10,0×10^-6 beträgt.

Die Erfindung wird weiter unter Bezug auf die folgenden typischen Beispiele beschrieben.

Beispiel 1

Eine Haube aus einer Nickel-Chrom-Legierung (80% Nickel, 20% Chrom) wurde um ein Zahnstumpfmodell gegossen und durch Einbringen in 15%ige Schwefelsäure bei anodischer Behandlung mit 215 mA pro cm² (200 amps/sq. ft.) für 2 Minuten und anschließender kathodischer Behandlung während 3 Sekunden aktiviert. Die Haube wurde anschließend in Wasser gewaschen und in eine Goldzyanid-Elektrolytlösung während 15 Minuten bei einer Stromdichte von 32 mA pro cm² (30 amps/sq. ft.) bei einer Temperatur von 60°C gelegt, damit darauf eine Goldschicht aufgebracht wird. Der Elektrolyt hatte folgende Zusammensetzung:

Kaliumgoldzyanid\|14,1 g
Kaliumzyanid	18,3 g
Kaliumkarbonat	14,1 g
Borsäure	11,4 g
Destilliertes Wasser bis zu	1 Liter

Die Behandlung führte zur Ablagerung einer Goldschicht mit einer Dicke von ungefähr 0,025 mm (0,001 inch). Nach weiterem Spülen in Wasser wurde die Haube in ein Elektrolyt mit der folgenden Zusammensetzung gelegt:

Natriumstannat\|15 g
Natriumhydroxyd	135 g
Destilliertes Wasser	1 Liter

Die Temperatur wurde auf 60°C gehalten und Zinn wurde bei einer Stromdichte von 16 mA pro cm² während einer Minute aufgebracht.

Das Porzellanmaterial wurde dann auf der so behandelten Metalloberfläche in einem Vakuumofen mit zwei Opakbrennungen bei 905°C zweimaligem Brennen bei 845°C und unter Benutzung eines Porzellans, das unter dem Warenzeichen "Vita-VMK 68" vertrieben wird, mit anschließender Verglasung bei 875°C ohne Vakuum aufgebaut.

Beispiel 2

Bei diesem Beispiel wurde ein vorgeformtes Porzellanstück benutzt, wobei eine, wie im Beispiel 1 beschrieben, behandelte Metallhaube benutzt wurde. Es wurde jedoch nicht, wie in Beispiel 1 beschrieben, das Porzellan Schicht um Schicht aufgebaut, sondern es wurde ein vorbehandeltes Porzellanstück mit der behandelten Metalloberfläche mit opakem Porzellan verkittet und dann bei 875°C während 10 Minuten gebrannt.

Das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ist ausgezeichnet geeignet für die Herstellung von ästhetischen Zahnkonstruktionen verschiedener Typen bei vorbildlicher Biokompatibilität und großer Haltbarkeit.

Claims

1. Verfahren zum Verbinden von Porzellanmasse mit einer Metallbasis aus einer Goldlegierung, Platin oder einer Chromlegierung zur Herstellung von mit Metall zusammengesetzten Zahnkonstruktionen, bei dem eine Metallschicht aus Eisen, Zinn, Zink, Kupfer, Kobalt, Vanadium, Platin oder Palladium auf die Metallbasis elektrolytisch aufgebracht wird, auf die dann Porzellanmasse aufgebracht und aufgebrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der Metallschicht eine metallische Zwischenschicht elektrolytisch auf die Metallbasis aufgebracht wird, auf die dann die Metallschicht aufgebracht wird, und daß die Zwischenschicht aus einem der folgenden Stoffe besteht: Gold, Platin, Palladium, Eisen, Zinn, Zink, Kupfer, Nickel, Chrom, Kobalt, Vanadium oder Indium, wobei aneinandergrenzende Schichten stets aus unterschiedlichen Stoffen bestehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht eine Dicke zwischen 10 und 30 Mikron hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbasis vor der Aufbringung von Schichten mit Säure oder mit Woodschem Elektrolyt geätzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß anodisch geätzt wird und anschließend kathodisch aktiviert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der Zwischenschicht eine Zusatzschicht aus Zinn, Silber, Eisen, Zink, Kupfer oder Indium auf die Metallbasis aufgebracht wird, auf die anschließend die Zwischenschicht aufgebracht wird, wobei die Zwischenschicht aus Gold oder Platin besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgeformtes Porzellanstück mit der beschichteten Metallbasis mit Porzellanpaste befestigt wird, und daß dann die Anordnung zum Befestigen des Porzellanstücks gebrannt wird.