Zahnstift und Verfahren zu dessen Herstellung.
Künstliche Zähne, insbesondere aus Por zellan, werden für die Verankerung in der Kautschuk¯ oder Kunststoffplatte mit je 2 ? Knopfstiften versehen. Damit die Knopf- stifte eingelotet werden können, werden beim Brennen der ZÏhne dünnwandige Hülsen aus hochschmelzenden Edelmetall-Legierungen (in der Regel Gold, Palladium, Platin enthaltend) bei Temperaturen von etwa 1350 C niiteingebrannt. In diese Hülsen werden die Knopfstifte unter Verwendung eines geeigneten Lotes bei einer Temperatur von etwa 800 C eingelotet. Aus korrosionschemischen Gründen würde sieh Gold als besonders gutes Stiftmaterial eignen. Stifte aus Feingold besitzen jedoch eine ungenügende Festigkeit.
Man ist deshalb auf den Ausweg verfallen, die Stifte aus sogenannten Manteldrähten herzustellen, bei denen nur der Aussenmantel aus Gold besteht, der Kern jedoch aus einem Unedelmetall genügend hoher Festigkeit und Temperaturbeständigkeit. In der Regel besteht der Kern aus Nickel.
Der einfache Gold-Niekel-Mantelsíift hat nun den Nachteil, dass während der Einlöt- dauer von etwa 5 Minuten die Nickelatome durch die Goldschieht nach aussen diffun dieren und sich oxydieren, wenn die Goldschicht nicht dick genug ist. Hierdurch tritt eine Dunkel bzw. Sehwarzfärbung des Goldmantels ein, die aus ästhetischen und korro sionschemisehen Gründen sehr unerwünscht ist.
Um die Diffusion der Niekelatome naeh aussen hin zu verlangsamen, hat man Manteldrähte mit Zwischenschichten aus hochschmelzenden Platinmetallen verwendet. Auf diese Weise ist es zwar möglich, den Goldmantel etwas dünner zu halten, doch ist die erforderliche Schicht an hochwertigen Platinmetallen mindestens ebenso stark wie die Goldsehieht.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun ein Zahnstift für kiinstliche ZÏhne mit einem mit einer Goldauflage versehenen Kern, der mindestens zum Teil aus einem unedlen Metall, z. B. aus einer Legierung mit einem unedlen lletall, besteht, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Kern mindestens eine die Diffusion des Unedelmetalles nach aussen verhindernde Sperrsehicht aufge- bracht ist. Hierdurch kann z. B. ein Verfär- ben der Goldauflage mit Sicherheit auch bei sehr geringer Auflagestärke vermieden werden. Derartige Sperrschichten können metallischer oder nichtmetallischer Natur sein.
Oxyde, insbesondere Nickel-Chrom-Oxyde, sind besonders wirksam. Sie können auf der Oberfläche des entsprechenden Kernmaterials, das neben Unedelmetallen auch Edel- metalle enthalten kann, vor dem Aufbringen der Goldauflage durch einfaches Glühen in oxydierender Atmosphäre oder auch elektrochemise erzeugt werden. Als Kernmaterial kommen in erster Linie Chrom-Nickel-Legie- rungen in Frage. Die Zusammensetzung die ser Legierungen kann in ziemlich weiten Grenzen schwanken. Günstig sind z.
B. folgende Gehalte an Legierungskomponenten :
Nickel mindestens 40 %, vorzugsweise 40 bis 80 %,
Chrom bis zu 30 /o, vorzugsweise 10 bis
25 %,
Mangan 0, 5 bis 4%,
Silizium bis 2, 5 /o und
Thorium bis 1 /o.
Nickel kann-ganz oder teilweise durch Eisen oder Kobalt oder beide zusammen ersetzt werden. Es hat sich gezeigt, dass geringe Gehalte an Co glattere, gleichmässige und haftfeste Oxydfilme ergeben.
Chrom kann ganz oder teilweise durch' Vanadium ersetzt sein.
Zur Verbesserung der Festigkeitseigen- schaften können den Legierungen W oder Mo einzeln oder zusammen bis Zll 5 /o zulegiert sein.
Besonders günstig verhält sich eine Legierung folgender Zusammensetzung :
Nickel 74, 5 /o
Chrom 20%
Mangan 3, 5 /o
Silizium 1v5 /o
Thorium 0, 5%
Diese Legierung liefert beim Gl hen eine Oxydhaut, die hinsichtlieli ihres thermischen Ausdehnens und ihres Volumens dem Grundmetall sehr ähnlich ist. Auch ohne oxydisehe Zwischenschicht ist die vorgenannte Legie- rung als Kernmaterial schon wesentlich g nstiger als Nickel, da die Diffusion der Un- edelmetall-Atome in das Gold d viel langsamer erfolgt. Die Oxydschicht ermöglicht die Verwendung einer extrem dünnen Goldsehicht von weniger als 1, Stärke, ohne dass diese sich im geringsten verfärbt.
Ebenfalls gut verwendbare Legierungen, bei denen das Nickel teilweise bzw. ganz durci Eisen ersetzt wurde, sind : 1. Eisen 51 /o 2. Eisen 64, 5% 3.Eisen 74%
Nickel 26% Chrom 30% Chrom 18%
Chrom 20% Aluminium 5% Nickel 8%
Mangan 2% Thorium 0, 5% Silizium 1 /o also sogenannte hitze-und zunderbeständige Legierungen, die beim Gl hen ebenfalls eine zusammenhängende Oxydschicht auf der Oberfläche erhalten. Die Legierungen können auf schmelzteehnischem Wege wie auch sinterkeramisch erzeugt sein.
Bei der Herstellung der Stifte geht man zweckmässig so vor, dass man zunächst aus der Unedelmetall-Legierung, ausgehend von der Drahtform, die Stifte formt, durch Gl hen an der Luft oder in einer sonstigen Sauerstoffatmosphäre die Oxydschicht erzeugt und darauf das Gold in irgendeiner Weise niederschlägt, beispielsweise durch Kathoden- Zerstäubung, durch thermische Verdampfung im Vakuum oder durch Aufbrennen einer organisehen Goldlöstmg. Notfalls können so erzeugte Goldschichten galvanisch verstärkt werden,
In der beigefügten Zeichnung sind in den Fig. 1 bis 3 teilweise im Schnitt drei Ausführungsformen von erfindungsgemassen Zahnstiften dargestellt.
Ausserdem ist eine besondere Ausfüh- rungsform an Hand der Fig. 4 bis 7 nÏher erläutert, welche die Herstellung eines Zahnstiftes aus einem Draht in einzelnen Verfah- rensstadien illustrieren.
Gemäss ¯ Fig. 1 besteht der Kern aus einem Unedelmetall a, das mit einer Oxydschicht b umhüllt ist. Auf der eine Sperrschicht für das Diffundieren des Unedelmetalles a nach au¯en bildenden Oxydschieht b befindet sicli die Goldauflage c.
Die Fig. 2 und 3 zeigen Beispiele für me- tallische Sperrschichten. Auf dem aus Nik- kel bestehenden Kern d und der dünnen Silbersehicht f (s. Fig. 2) befindet sich die Gold aufläge c. Da Silber sieh mit Nickel nieht legiert, verhindert es zunächst vollkommen das Wandern der Nickelatome nach aussen. Da aber anderseits Silber sich sehr leicht mit Gold legiert, würde die Goldfarbe während des Lötprozesses verblassen, wenn die Menge Silber zum Eindiffundieren in das Gold nicht begrenzt wäre. Aus diesem Grunde ist die Silberschicht zweckmässigerweise höehstens 1Au so dick wie die Goldauflage.
Die dünne Silberschicht reicht jedoch aus, um für die Dauer des L¯tprozesses ein Durchschlagen des Nikkels zu verhindern.
Besonders bewährt hat sich der in Fig. 3 gezeigte Stiftaufbau. Hier ist auf dem Nickelkern g und zwei Sperrsehichten i und l, ; die Goldauflage h aufgebracht. Dem Nickel liegt eine Silbersehieht i auf, die wesentlich stÏrker sein darf als bei dem Stift nach Fig. 2, da zwischen der Silberschicht und der Goldauflage sich noch eine sehr dünne Rhodium schicht k befindet. Da Rhodium sich bei der etwa 800 C betragenden Löttemperatur weder mit Gold noch mit Silber legiert, ist die Sperrwirkung vollkommen auch bei einer extrem dünnen Rhodiumschicht.@ Man beno- tigt daher sehr wenig von dem sehr wertvollen Rhodium. Ohne die Silberschicht wäre die Sperrwirkung des Rhodiums nicht so vollkommen.
Das Rhodium kann auch dureli Iri.. dium ersetzt sein.
Die Herstellung der Stifte mit metalli schen Sperrschichten kann. auf verschiedene Weise erfolgen. Man kann zunächst nach den üblichen Methoden den Mehrschichtdraht herstellen und daraus die Stifte schlagen. oder man kann zunächst die Stifte anfertigen aus einem Draht, der nur aus dem Kern- material besteht und die weiteren Schichten später direkt auf den Stift aufbringen, und xwar durch galvanische Abscheidung oder andere Methoden. Selbstverständlich lassen sich die beidenWege kombinieren, dergestalt, dass entweder nur die Goldsehicht oder auch Gold und Rhodium auf den Stiften niedergeschlagen werden.
Die Anfertigung der Stifte aus fertigem Mehrschichtdraht hat den Nachteil, dass die Mantelschichten beim Schlagen des Kopfes in der Kopfmitte nur unvollkommen oder gar nieht vorhanden sind. Man kann jedoch die beim Verformen des Drahtes zum Stift in der Kopfoberfläche auftretenden Sperrschichtund Goldauflagedefekte durch zusätzliche Ma¯nahmen zur Abdeckung dieser Kopfflä- chenteile während oder nach der Verformung des Drahtes zum Stift beheben.
Das diesbezügliche Verfahren ist für ein Ausführungsbeispiel an Hand der Fig. 4 bis 7 nach- stehend erläutert :
Fig. 4 zeigt ein Drahtstüek, welches einen Nickelkern m aufweist, der von einer Sperr- schicht n aus Silber und Rhodium umhüllt ist, auf welcher sich eine Goldauflage o befindet. Da das Drahtstüek durch Zerschneiden eines längeren Drahtes erhalten ist, fehlen an den Stirnseiten p und q die Sperrschicht und die Goldauflage. Das hat zur Folge, dass beim Verformen des Drahtes zum Stift gemäss Fig. 5 bei der Bildung des Kopfes r die Sperrschicht n und die Auflage o im mittleren Teil der Kopfoberfläche fehlen.
Um diesen Defekt zu beseitigen, wird nach der Verformung gemäss Fig. 6 vorerst durch partielle oxydierende Behandlung an Stelle der fehlenden Sperrsehieht n eine Nickeloxydschicht 7i1 erzeugt. Alsdann wird gemäss Fig. 7 auf diese die Goldauflagesehieht Oj mit Hilfe von Glanzgold aufgebraeht.
Es erübrigt sich, die Stirnfläche p am Fusse des Stiftes ebenso zu behandeln, da der Defekt hier nicht stört.
Dental post and process for its manufacture.
Artificial teeth, especially those made of porcelain, are used for anchoring in the rubber or plastic plate with 2? Button pins provided. So that the button pins can be soldered in, thin-walled sleeves made of high-melting precious metal alloys (usually containing gold, palladium, platinum) are burned in at temperatures of around 1350 C when the teeth are fired. The button pins are soldered into these sleeves using a suitable solder at a temperature of about 800 C. For reasons of corrosion chemistry, gold would be a particularly good post material. However, pins made of fine gold have insufficient strength.
The solution was therefore to make the pins from so-called sheathed wires, in which only the outer sheath is made of gold, but the core is made of a base metal of sufficiently high strength and temperature resistance. Usually the core is made of nickel.
The simple Gold-Niekel-Mantelsift has the disadvantage that during the soldering time of about 5 minutes the nickel atoms diffuse through the gold layer and oxidize if the gold layer is not thick enough. This results in a dark or black color of the gold jacket, which is very undesirable for aesthetic and korro sionschemisehen reasons.
In order to slow down the diffusion of the nickel atoms towards the outside, sheathed wires with intermediate layers of high-melting platinum metals have been used. In this way it is possible to keep the gold jacket a little thinner, but the required layer of high quality platinum metals is at least as strong as the gold layer.
The subject of the present invention is a dental post for artificial teeth with a core provided with a gold plating, which is at least partly made of a base metal, e.g. B. consists of an alloy with a non-precious metal, characterized in that at least one barrier layer preventing the diffusion of the non-precious metal to the outside is applied to the core. This allows z. For example, discoloration of the gold plating can be avoided with certainty, even with a very thin layer. Such barrier layers can be metallic or non-metallic in nature.
Oxides, especially nickel-chromium oxides, are particularly effective. They can be produced on the surface of the corresponding core material, which can also contain precious metals in addition to base metals, by simple annealing in an oxidizing atmosphere or electrochemically before the gold plating is applied. Chromium-nickel alloys are primarily used as the core material. The composition of these alloys can vary within fairly wide limits. Favorable are z.
B. the following contents of alloy components:
Nickel at least 40%, preferably 40 to 80%,
Chromium up to 30 / o, preferably 10 to
25%,
Manganese 0.5 to 4%,
Silicon to 2, 5 / o and
Thorium up to 1 / o.
Nickel can be replaced in whole or in part by iron or cobalt or both together. It has been shown that low levels of Co result in smoother, more uniform and firmly adhering oxide films.
Chromium can be completely or partially replaced by vanadium.
To improve the strength properties, the alloys W or Mo can be alloyed individually or together up to Z11 5 / o.
An alloy with the following composition is particularly beneficial:
Nickel 74.5 / o
Chromium 20%
Manganese 3, 5 / o
Silicon 1v5 / o
Thorium 0.5%
When annealed, this alloy produces an oxide skin that is very similar to the base metal in terms of its thermal expansion and volume. Even without an oxidic intermediate layer, the aforementioned alloy as a core material is considerably cheaper than nickel, since the diffusion of the base metal atoms into the gold takes place much more slowly. The oxide layer enables the use of an extremely thin gold layer of less than 1, thickness, without this discoloring in the slightest.
Alloys that can also be used, in which the nickel has been partially or completely replaced by iron, are: 1. Iron 51 / o 2. Iron 64.5% 3. Iron 74%
Nickel 26% Chromium 30% Chromium 18%
Chromium 20% aluminum 5% nickel 8%
Manganese 2% thorium 0.5% silicon 1 / o so so-called heat- and scale-resistant alloys which, when annealed, also receive a coherent oxide layer on the surface. The alloys can be produced by melting technology or by sintered ceramics.
When manufacturing the pins, it is advisable to proceed in such a way that the pins are first formed from the base metal alloy, starting from the wire shape, the oxide layer is generated by annealing in air or in another oxygen atmosphere, and then the gold in some way precipitates, for example by cathode sputtering, by thermal evaporation in a vacuum or by burning on an organic gold solution. If necessary, gold layers produced in this way can be galvanically reinforced,
In the attached drawing, three embodiments of tooth pins according to the invention are shown in FIGS. 1 to 3, partially in section.
In addition, a particular embodiment is explained in more detail with reference to FIGS. 4 to 7, which illustrate the production of a dental post from a wire in individual process stages.
According to FIG. 1, the core consists of a base metal a, which is coated with an oxide layer b. The gold plating c is located on the oxide layer b, which forms a barrier layer for the diffusion of the base metal a to the outside.
FIGS. 2 and 3 show examples of metallic barrier layers. The gold coating c is located on the nickel core d and the thin silver layer f (see Fig. 2). Since silver is not alloyed with nickel, it initially completely prevents the nickel atoms from migrating outwards. Since, on the other hand, silver alloys very easily with gold, the gold color would fade during the soldering process if the amount of silver for diffusing into the gold were not limited. For this reason the silver layer is expediently at most 1Au as thick as the gold plating.
However, the thin silver layer is sufficient to prevent the nickel from breaking through for the duration of the soldering process.
The pin structure shown in FIG. 3 has proven particularly effective. Here is on the nickel core g and two barrier layers i and l,; the gold plating h applied. A silver layer i rests on the nickel, which may be significantly thicker than in the case of the pin according to FIG. 2, since there is still a very thin layer of rhodium k between the silver layer and the gold plating. Since rhodium does not alloy itself with gold or silver at a soldering temperature of around 800 C, the blocking effect is complete even with an extremely thin layer of rhodium. @ You therefore need very little of the very valuable rhodium. Without the silver layer, the barrier effect of the rhodium would not be so perfect.
The rhodium can also be replaced by Iri .. dium.
The production of the pins with metallic barrier layers can be. done in different ways. You can first produce the multilayer wire by the usual methods and beat the pins from it. or you can first make the pins from a wire that consists only of the core material and later apply the other layers directly to the pin, and xwar by electrodeposition or other methods. Of course, the two ways can be combined in such a way that either only the gold layer or gold and rhodium are deposited on the pins.
The production of the pins from finished multi-layer wire has the disadvantage that the sheath layers are only imperfectly or not at all present when the head is hit in the middle of the head. However, the blocking layer and gold plating defects that occur in the head surface when the wire is deformed to form a pin can be eliminated by additional measures to cover these head surface parts during or after the deformation of the wire to form the pin.
The relevant method is explained below for an exemplary embodiment with reference to FIGS. 4 to 7:
4 shows a piece of wire which has a nickel core m which is covered by a barrier layer n made of silver and rhodium, on which there is a gold plating o. Since the wire piece is obtained by cutting a longer wire, the barrier layer and the gold plating are missing on the end faces p and q. This has the consequence that when the wire is deformed to form a pin according to FIG. 5 when the head r is formed, the barrier layer n and the support o in the middle part of the head surface are missing.
In order to eliminate this defect, after the deformation according to FIG. 6, a nickel oxide layer 7i1 is initially produced in place of the missing barrier layer n by means of a partial oxidizing treatment. Then, according to FIG. 7, the gold plating Oj is applied to this with the help of bright gold.
There is no need to treat the end face p at the foot of the pin in the same way, since the defect does not interfere here.