DE2946863A1 - Metallbasis fuer zahnersatz und zahnersatz - Google Patents
Metallbasis fuer zahnersatz und zahnersatzInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
J. REITSTÖTTER * W. KINZEBACH
J. REITSTÖTTER * W. KINZEBACH
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TELBXl 0210208 IBAR
M/20 379
UN-0045D
UNITEK CORPORATION
2724 S. Peck Road
2724 S. Peck Road
POSTANSCHRIFT ι POSTPACH 7SO. D-βΟΟΟ MÜNCHEN *3
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M/20 379
UN-0045D
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Zahnersatz, beispielsweise Kronen oder künstliche Zähne werden
traditionell hergestellt, indem man Porzellan auf einen Gußkörper aus einem Edelmetall, beispielsweise einer Goldlegierung
aufbrennt. Die physikalischen Eigenschaften dieser Edelmetalllegierungen
sind auf dem Gebiet der Zahnheilkunde bekannt, und die Legierungen ergeben mit dem Porzellan eine ordnungsgemäße j
Bindung und sind überdies zur Verwendung im Mund verträglich. , Goldlegierungen lassen sich leicht schmelzen und gießen, sind ;
ausreichend duktil, um beim Finishing von Zahnersatz ein Polie-,
ren der Gußränder zu erlauben und können auf Hochglanz poliert j
werden, um die Bildung von Plaquen zu vermeiden. Legierungen aus Edelmetallen sind jedoch relativ schwer. Darüber hinaus
sind die Kosten für derartige Legierungen in einem Ausmaß gestiegen, daß in den vergangenen Jahren Ersatzmaterialien gesucht
wurden.
Es ist bekannt, daß bestimmte nicht-rostende Legierungen von Nicht-Edelmetallen auf dem Gebiet der Zahnheilkunde eingesetzt
werden können. Beispiele für spezifische Nickelverbindungen und für Verarbeitungstechniken sind in den US-PSen 3 716 418,
3 727 299, 3 749 570 und 3 761 728 beschrieben. Auf die Offenbarung dieser Druckschriften wird hier ausdrücklich Bezug genommen.
Diese Nickellegierungen weisen einen höheren Elastizitätsmodul als die Edelmetallegierungen auf, so daß sie
nach wiederholten Brennvorgängen in einem Brennofen zu einer verbesserten Widerstandsfähigkeit der Keramo-Metallstruktur
gegen ein Verbiegen oder Nachgeben beitragen.
Die erhöhte Stärke von Nickellegierungen ermöglicht die Anwendung dünnerer Güsse, wodurch zur Vorbereitung der Installation
des Zahnersatzes die natürliche Zahnstruktur nur in einem Mindestmaß reduziert werden muß. Zahnersatz auf Nickellegierungsbasis
weisen auch ein geringes Gewicht und eine geringe thermische Leitfähigkeit auf. Diese Eigenschaften ergeben für
Οίου ;'; / η
<: ι ->
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einen Patienten mit empfindlichem oder tief eingefaßtem Zahn
ein verbessertes Wohlbefinden. Die Legierungen haften zufriedenstellend
am Porzellan und weisen den weiteren wirtschaftlichen Vorteil auf, daß sie wesentlich kostengünstiger als
Gold oder andere Legierungen aus Edelmetall sind.
Die bekannten Nickellegierungen weisen jedoch verschiedene Nachteile auf. So ist es beispielsweise schwierig, diese Legierungen
zu finishen und zu polieren, weshalb im Vergleich zu den Edeimetailegierungen im Dentallabor ein größerer Zeitaufwand
erforderlich ist. Die Haftfestigkeit zwischen Nickellegierungen und Dentalporzellanen ist empfindlich gegenüber de
erforderlichen wiederholten Brennvorgängen bei der Laborbehandlung
und Herstellung. Dieser Faktor kann die klinische Brauchbarkeit des Porzellan- und Nickellegierungssystems
beeinträchtigen. Bei einer Nickellegierung ist es daher wünschenswert, eine große Porzellan-Metallbindungsfestigkeit
zu erhalten, die eine bei der Herstellung des Zahnersatzes erforderliche Laborbehandlung aushält. Ein weiteres Problem
liegt darin, daß bei den bekannten Nickellegierungen Schlacken teilchen die Neigung zum Anhaften an Tonschmelztiegeln aufweisen,
welche zum Schmelzen der Legierung vor dem Gießen verwendet werden. Es erfordert Zeit und Mühe» diese zähen
Schlackenteilchen abzuschleifen oder abzuschälen, um eine mögliche Kontamination anderer Legierungen während nachfolgender
Gußvorgänge zu vermeiden.
Es wird angenommen, daß die vorstehenden und andere Probiene ihre Ursache darin haben, daß man bei den bekannten Legierungen
Elemente, wie Beryllium, Zinn, Silicium, Gallium und Bor verwendet, die fUr ein verbessertes Schmelz- und Gießverhalten
zugesetzt werden. Im Gegensatz zu Barren aus Edelmetall legierungen, die ohne oder nur unter geringer Bildung von
Schlacke in eine Schmelze Übergehen, weisen die Barren des
Standes der Technik aus Nickellegierungen die Tendenz auf«
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! beim Schmelzen mit einem Brenner in eine individuelle, ge-
! schmolzene Masse überzugehen, die mit einer dicken Schlacke
überzogen ist. Dieses Problem läßt sich wenigstens teilweise durch Verwendung der zuvor genannten Elemente steuern, jedoch
nicht ohne daß andere Probleme auftreten.
So stellt beispielsweise das Beryllium ein Gesundheitsrisiko
dar, falls es während der Verarbeitung der Legierung nicht vorsichtig gehandhabt wird. Legierungen mit einem nennenswerten
Gehalt an Silicium und Gallium weisen die Tendenz auf, spröde zu sein und weisen nach dem Guß eine Dehnung von nur unge
fähr 2 % auf, was auf der Bildung intermetallischer Verbindungen
beruht. Legierungen dieses Typs müssen ungefähr 30 Minu ten lang bei etwa 9800C (18000F) hitzebehandelt werden. Dem
muß ein langsames Abkühlen in der Luft folgen, um eine ausreichende Duktilität für die Politur der Ränder zu ergeben.
Die durch diese Verarbeitung bedingten erhöhten Arbeitskosten
können dazu führen, daß die geringeren Kosten der Nicht-Edelmetallegierung
aufgehoben werden. Einige andere Legierungen ergeben zwar eine befriedigende Duktilität (über 5 % Dehnung
nach dem Guß), jedoch führen mikroskopische Carbide und intermetallische Verbindungen in der Legierung zu einem erschwerten
und zeitraubenderen Form- und Poliervorgang im Vergleich
zu Güssen aus Edelmetallegierungen.
Die erfindungsgemäße neue Legierung vermeidet die genannten
Nachteile der bekannten Nickellegierungen und behält gleichzeitig die zuvor beschriebenen Vorteile dieser Materialien
bei.
Die Erfindung betrifft die Verwendung von Nicht-Edelmetall legierungen.
Diese zeichnen sich aus durch einen hohen Nickel-Chromgehalt und durch einen Gehalt an Molybdän, Niob plus
Tantal, mindestens einem Element ausgewählt unter den Seltenen Erden und anderen Komponenten in kleinerem Anteil. Man erhält
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- Sf-
thermische Ausdehnungseigenschaften, die den im Handel erhältlichen
Dentalporzellanen eng angepaßt sind, ausgezeichnete Bindungseigenschaften an diese Porzellane, eine gute Duktilität
und gute Formungs- und Poliereigenschaften.
Die erfindungsgemäße Nicht-Edelmetal1-Dentallegierung weist
die folgenden elementaren Komponenten auf (in Gewichtsprozent angegeben):
Element
Nickel Chrom Molybdän
ein oder mehrere Elemente der Seltenen Erden
Eisen Silicium Mangan Titan
Aluminium
Der relativ hohe Chromgehalt der Legierung und die Verwendung von Molybdän ergeben befriedigende Korrosionsresistenz, wenn
die Legierung den Flüssigkeiten im Mund ausgesetzt 1st. Die für andere Elementarkomponenten angegebenen Bereiche sind
wichtig, um die ordnungsgemäße Bildung von Carbid in der Legie rung sicherzustellen (Tantal, Niob, Titan und Chrom), um die
T-Hauptphase (gamma-prime phase) (Aluminium und Titan) auszufällen
und um eine Härtung in fester Lösung zu erzielen (Molybdän), wobei diese Faktoren sämtlich zur Stärke und zur
gewünschten Duktilität der schließlich gegossenen Legierung
58 | - 68 |
18 | - 23 |
6 | - 10 |
0,1 | - 4 |
0,01 | - 5 |
0,20 | - 2 |
0,01 | - 0,5 |
0,01 | - 0,4 |
0,01 | - 0,2 |
0,01 | - 1,0 |
0,01 | - 0,1 |
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beitragen. Nickel, Chrom und Molybdän sind die Hauptdeterminanten der thermischen Ausdehnungseigenschaften der Legierung,
obgleich die anderen Komponenten bei dieser Eigenschaft eine gewisse Rolle spielen. Ein oder mehrere Elemente der Seltenen
Erden (definiert als die Elemente mit den Ordungszahlen 57 bis 71 im Periodensystem der Elemente) und der Einsatz von Alumi- :
nium tragen bei zur Erleichterung beim Formen und Polieren der Legierung und ergeben gute Schmelz- und Gießeigenschaften. i
Bei der Formulierung der Legierung werden Beryllium und Zinn \ vermieden.
Die Komponenten werden legiert, indem man den Schmelzvorgang
unter Argon einleitet, wobei man die Elemente der Seltenen Erden zum Schluß zur Schmelze zugibt. Die geschmolzene Legierung
wird in kleine Blöckchen oder Pellets vergossen, um das Wiedereinschmelzen zu erleichtern, wenn die Legierung anschließend
zu einer Dentalprothese gegossen wird.
Zur Herstellung des fertigen Zahnersatzes unter Verwendung der Legierung wendet man übliche Arbeitsweisen an. Man stellt
eine keramische Gießform her, wobei man die üblichen Wachsausgieß- oder Kunststoffausbrennmethoden anwendet. Dann wird
die Legierung geschmolzen (man verwendet einen Brenner, der mit Propan zu 0,69 bar (10 psi) und Sauerstoff zu 1,38 bar
(20 psi) gespeist wird, um den Schmelzbereich der Legierung von 1293 bis 1343°C (2360 bis 24500F) zu erreichen) und in
die Gußform eingegossen, die in einer Zentrifugalgußvorrichtung befestigt ist. Nach dem Abkühlen wird die Form weggebrochen
und das Gießstück wird gesäubert, entgratet, poliert und gefinisht, um das Aufbringen des Porzellans durch die üblichen
Aufbrenntechniken vorzubereiten.
Das Polieren der Legierung wird mit üblicher Ausrüstung vorgenommen,
beispielsweise einem Shofu Brownie- und Greenie-Gummirad.
Das Gußstück wird mit einer Abbott-Robinson-Bürste
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(mit Polierverbindung verwendet) und mit Blacks-Filzscheiben,
die mit Zinnoxid imprägniert sind, zu Hochglanz gebracht.
Die erfindungsgemäßen Legierungen sind insbesondere den thermitsehen
Eigenschaften der im Handel erhältlichen Dentalporzellan£
gut angepaßt. Bei den Dentalporzellanen handelt es sich bei- ■
spielsweise um das von der Vita Zahnfabrik unter dem Warenzeichen VMK-68 vertriebene Produkt, das von Dentsply
International Inc. unter dem Warenzeichen BIOBOND vertriebene Produkt und die von der Ceramco Division von Johnson & Johnson
vertriebenen Produkte. Die zuvor genannten Dentalporzellane
ergeben im allgemeinen eine starke Bindung mit dem erfindungsgemäßen Gußstück aus Nicht-Edelmetallegierung.
Die Legierungen sind auch brauchbar zur Herstellung herausnehmbarer
Dentalgeräte, beispielsweise von Befestigungsstücken in der Orthodontie. Durch die relative Weichheit der Legierungen
wird eine Oberflächenbeschädigung der natürlichen Zähne, auf welchen das Gerät befestigt ist, vermieden. Die
Legierungen sind ausreichend duktil, um ein Verformen durch Hand für eine intermediäre oder endgültige Anpassung des Geräts
zu erlauben. Die Brauchbarkeit der Erfindung ist somit nicht auf Geräte bzw. Anwendungen beschränkt, bei denen ein
Porzellan aufgebrannt wird.
Stärke, Dehnung und Elastizitätsmodul wurden unter Verwendung eines Instron-Dehnungsinstruments getestet. Die Vickers-Härte
wurde erhalten, indem Proben der Legierung mit einem Mikrohärtetester mit Diamanteindrückspitze untersucht wurden. Die
thermischen Ausdehnungskoeffizienten wurden mit Hilfe eines Dilatometers gemessen. Diese Tests und Instrumente sind dem
Fachmann bekannt.
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Typsiche Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierung in
Form des gegossenen Körpers sind folgende:
Zerrei ßfesti gkei t | 75 | 000 psi |
Streckgrenze (0,2 %) | 54 | 000 psi |
El as ti zi tätsmodul | 27 | χ 106 psi |
Verlängerung | 8 % | |
Vickers-Härte | 200 | |
thermischer Expansionskoeffizient | 14 | χ 106°C~1 |
Die nachfolgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung und erklären einige der Tests, welche im Zuge
der Bewertung der Erfindung durchgeführt wurden. Die angegebenen
Zahlen bedeuten Gewichtsprozente des jeweiligen Elements .
63,06 | 60,54 | 62,80 |
21 ,60 | 20,74 | 21 ,76 |
8,40 | 8,06 | 8,45 |
1 ,00 | 5,00 | 0 |
0 | 0 | 1 ,00 |
3,80 | 3,64 | 3,85 |
1,25 | 1 ,20 | 1,25 |
0,35 | 0,33 | 0,34 |
0,28 | 0,27 | 0,27 |
0,10 | 0,10 | 0,12 |
0,10 | 0,07 | 0,10 |
0,06 | 0,05 | 0,06 |
Nickel Chrom Molybdän
Neodym
Ei sen Si 1i c i um Mangan
Aluminium Titan
Die Legierungen der Beispiele 1 bis 3 weisen dasselbe Schmelzverhalten
wie Edelmetallegierungen auf und bilden nur sehr dünne Oxidschichten, welche die Legierungsschmelze überdecken.
Diese Legierungen sind leicht zu formen und zu polieren und
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ergeben eine gute Duktilität für das Preßglänzen der Gußränder.
Beisp | iel 4 | Beisp | iel 5 | Bei | spiel 6 |
60 | ,62 | 62 | ,37 | 64,18 | |
21 | ,12 | 20 | ,87 | 21 ,22 | |
8 | ,12 | 8 | ,26 | 8,34 | |
5 | ,00 | 0 | 0 | ||
0 | 3 | ,00 | 0 | ||
0 | 0 | 0,50 | |||
3 | ,11 | 3 | ,42 | 3,71 | |
1 | ,23 | 1 | ,24 | 1,20 | |
0 | ,32 | 0 | ,32 | 0,30 | |
O | ,25 | 0 | ,28 | 0,29 | |
O | ,10 | 0 | ,11 | 0,13 | |
O | ,08 | O | ,07 | 0,09 | |
0 | ,05 | 0 | ,06 | 0,04 |
Nickel
Molybdän Samarium Praseodym
SiIiei um Mangan Aluminium
Legierungen dieser Beispiele schmelzen leicht und sind duktil. Diese Legierungen lassen sich jedoch nicht ganz so leicht
formen und polieren wie die Legierungen der Beispiele 1 bis
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Nickel Chrom Molybdän
Cer
Lanthan Neodym Praseodym Zinn
Ei sen Si 1iei um
Mangan Aluminium Titan
Beispiel 7 | Beispiel 8 | Beispiel 9 |
60,01 | 62,99 | 62,46 |
21 ,00 | 21 ,60 | 21 ,63 |
8,20 | 8,40 | 8,40 |
2,50 | 0,50 | 0,50 |
1 ,50 | 0,50 | 0,50 |
0,70 | 0 | 0 |
0,30 | 0 | 0 |
0 | 0 | 0,60 |
3,72 | 3,80 | 3,80 |
1 ,23 | 1 ,25 | 1 ,25 |
0,32 | 0,35 | 0,35 |
0,26 | 0,28 | 0,28 |
0,12 | 0,17 | 0,07 |
0,09 | 0,10 | 0,10 |
0,05 | 0,06 | 0,06 |
Die Legierungen der Beispiele 7 bis 9 sind duktil. Die Legierungen
der Beispiele 7 und 8 lassen sich sehr leicht formen und polieren. Die Legierung des Beispiels 9, welche Zinn enthält,
ist schwierig zu formen und zu polieren. Die Legierungen der Beispiele 7 bis 9 ergeben nach dem Schmelzen eine
geschmolzene Masse, die im Verqleich zu den Legierungen der Beispiele 1 bis 3 durch eine etwas dickere Oxidschicht überzogen
ist.
21/V.
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Claims (2)
1. Metallbase aus Nicht-Edelmetallen für Zahnersatz, in Form
eines Körpers aus einer nicht-rostenden Metallegierung in einer zur intra-oralen Installation geeigneten Konfiguration,
dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung ungefähr:
58 bis 68 % Nickel, 18 bis 23 % Chrom, 6 bis 10 % Molybdän
1 bis 4 % Niob und Tantal, sowie 0,01 bis 5 % mindestens eines Elements der Seltenen Erden, ausgewählt unter
Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Gadolinium und Dysprosium,
ί enthält.
ί enthält.
ι
2. Zahnersatz, bestehend aus einem Körper aus einer nicht-
! rostenden Metallegierung in einer zur intra-oralen Install
tion geeigneten Konfiguration und einem auf den Legierungs
körper aufgebrannten Porzellankörper, dadurch gekennzeichnet,
daß die Legierung die folgenden Bestandteile enthält:
Nickel 58 bis 68 %
! Chrom 18 bis 23 %
! Chrom 18 bis 23 %
Molybdän 6 bis 10 %
Niob plus Tantal 1 bis 4 %
Eisen 0,02 bis 2 %
Silicium 0,01 bis 0,5 %
Mangan 0,01 bis 0,4 %
Titan 0,01 bis 0,2 %
Aluminium 0,01 bis 1,0 %
Kohlenstoff 0,01 bis 0,1 % und
0,01 bis 5 % mindestens eines Elements der Seltenen Erden, ausgewählt unter Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Samarium
Gadolinium und Dysprosium.
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