CN104508415B - 采用烧结材料制作结构件，具体地讲牙科用结构件的烧结炉，以及针对此类结构件的烧结工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种烧结炉，所述烧结炉用于由烧结材料制成的结构件，主要是用于牙科结构件和陶瓷结构件，以及针对此类结构件的烧结工艺。烧结炉1包括用于待烧结结构件9的可加热炉膛2，其中所述炉膛2具有可打开的壁段6，通过所述壁段可将所述待烧结结构件9投放进所述炉膛2中。所述壁段6的机动性开启和关闭由动力器械10承担，其中为所述动力器械10设计有控制系统11，在控制系统上设有针对动力器械的操作元件12。此外为所述炉膛2装设有升温装置5，所述控制系统11可控制所述炉膛2的升温情况。在触击操作元件12时，所述控制系统11的装料工序启动，所述动力器械10将在所述控制系统11的带动下自动根据装料工序进行动作。本发明的另一项内容是烧结炉运行的工艺，以及相应的计算机程序。

Description

采用烧结材料制作结构件，具体地讲牙科用结构件的烧结炉， 以及针对此类结构件的烧结工艺
技术领域
本发明涉及一种烧结炉，所述烧结炉用于由烧结材料制成的结构件，主要是用于牙科结构件和陶瓷结构件，以及针对此类结构件的烧结工艺。与技术类结构件相比，用于牙齿修补的结构件具有体积小、壁厚薄、横截面小的特点。
背景技术
待烧结材料对于烧结炉的构造至关重要。烧结对象通常为金属或陶瓷生坯，它们由粉末压制而成，要么在铣削或打磨过程中直接进行了进一步处理，要么先经过了预烧结过程，再进行铣削或打磨过程。材料决定了必要的温度曲线。结构件的尺寸和数量决定了烧结炉的结构尺寸，同时也决定了温度曲线。烧结炉工作温度越高，隔离层的壁厚越厚。烧结炉的结构尺寸、结构件和所需升温速度决定了加热系统和调节系统的设计。供电情况也会对此造成影响。最后，在实验室中使用的牙科烧结炉和工业烧结炉的结构尺寸也大不相同。
如今，热处理过程，尤其是用预烧结陶瓷或金属材料完整烧结出牙齿修复体的过程，在使用烧结炉的情况下需要80分钟或数个小时。牙齿修复体的制造过程既需要准备步骤也需要后续步骤，因此，单个步骤的时间需求会导致制造过程的长时间中断。在这种情况下，所谓的氧化锆“快速烧结”(Speed-Sintern)也需要至少80分钟。目前，只有使用某种热处理时间得到显著缩短，或根本不需要热处理的材料，才能有效缩短过程的进程时间。
在这样的背景技术下已知一种烧结炉，它配有一个用于待烧结结构件的可加热炉膛，该炉膛具有可打开的壁段，通过此壁段可以将待烧结结构件投放进炉膛中。壁段的机动性开启和关闭由动力器械承担，同时动力器械还配备有带相应操作元件的控制系统。此外，炉膛装设有升温装置，控制系统可控制炉膛的升温情况。
这种类型的烧结炉已于2011年1月由德国的西诺德牙科设备有限公司(SironaDental Systems GmbH)以商品名inFire HTC speed投入市场。在这种烧结炉中，氧化锆支架烧结过程的耗时缩减高达75%，因此大大加速了实验室中的CAD/CAM过程。而这种时间上的优势主要是因为使用了特殊的加热元件、内部隔离和烧结底座（如外壳）以及底面和装载面为平行平面的棱柱形或圆柱形模具。
借助这种烧结炉，氧化锆能在90分钟内被紧密烧结为五节段的桥架。这样，一天之内便可完成计算机辅助镶嵌的多层牙桥制造。此外，还可根据预先规定的烧结陶瓷的材料类型在常规烧结方案与快速烧结方案之间进行选择。不需要准确说明材料类型，便可以对接下来的长时间烧结方案和快速烧结方案进行个性化编程。另外，烧结炉还提供有时间选择功能，这样牙科技师便能连夜完成烧结工作。加热时间与冷却时间的缩短可从根本上提高设备的能效。
由WO 2012/057829 A2已知，需将一件牙齿备件放置在通过密封法兰打开的反应炉中的导向装置上，使牙齿备件处于磁性线圈的中心位置。通过微波感应等离子体的感应或燃烧进行升温，将使烧结时间从数小时缩短为数分钟。对于此目的而言，使用氧化锆作为耦合介质并不合适，因为这种材料首先需要达到约800℃才会具有可用的导电性。
基于工业生产陶瓷或者粉末冶金结构件的经验，热处理过程（例如烧结）可在一定范围内进行调节。为了避免产生温度梯度，在烧结炉的整个变温过程中结构件始终保持烧透的状态是至关重要的。若存在温度梯度，压铸后会发生材料品质差异；同时，温度梯度也是导致材料成型时间延长的原因。
因此，本发明的目的在于：在保持烧结结构件的材料特性的同时，进一步缩短生产时间，从而确保满足应用的要求。
发明内容
根据本发明制成的烧结炉用于生产烧结材料制成的结构件，具体地讲用于烧结牙科结构件和陶瓷结构件。该烧结炉配有用于烧结结构件的可加热炉膛，该炉膛具有可打开的壁段，通过所述壁段可以将待烧结结构件投放进炉膛中，此外还具有一个控制系统，控制系统可通过炉膛的升温装置控制炉膛的升温情况。控制系统配有一个工作单元，利用此工作单元可以在每次炉膛升温后单独或汇总地采集装料工序，即打开、保持和关闭壁段各步骤的持续时间，和/或单独或汇总地采集炉膛在各步骤中的温度下降情况，同时在控制系统中保存有许多温度曲线，该温度曲线描述了炉膛在装料工序之后的温度变化情况，通过控制系统中装设的选择或对比单元，可以根据各步骤单独或汇总的持续时间和/或根据炉膛在各步骤中单独或汇总的温度下降情况，从存储区中选取其中一条温度曲线。
在每次炉膛升温后单独或汇总地采集装料工序，即打开、保持和关闭壁段各步骤的持续时间的工作单元时，可以考虑使用计时器，计时器将随壁段的运动自动触发，或者当壁段离开和/或到达终端位置时进行采集。而反之单独或汇总地采集炉膛在各步骤中的温度下降情况时则可以使用温度测量仪，温度测量仪随壁段的运动自动读取温度，或者当壁段离开和/或到达终端位置时读取温度。如果不想选取已有的温度曲线，也可以以多条现有的温度曲线为基础，计算出一条最为匹配的温度曲线。
有利的是，烧结炉可装设一个能够配合控制系统共同作用的操作元件，此时，触击操作元件便会触发控制系统对持续时间和/或温度下降情况的采集。
另外，它还可配一套动力器械，用于壁段的机动性开启和关闭。操作元件收到控制系统的指令后，便会让动力器械根据装料工序进行动作。
根据本发明制成的另一种烧结炉则用于生产烧结材料制成的结构件，尤其是牙科结构件和陶瓷结构件。该烧结炉配有用于烧结结构件的可加热炉膛，炉膛具有可打开的壁段，通过所述壁段可以将待烧结结构件投放进炉膛中。壁段的机动性开启和关闭由动力器械和动力器械控制系统承担，其中该控制系统配有动力器械的操作元件。此外，炉膛具有升温装置，可通过控制系统控制炉膛的升温情况。为了优化烧结过程的持续时间，控制系统具有预先规定的自动装料工序，可以控制动力器械使壁段执行打开、保持和关闭的步骤，还可以控制炉膛的升温情况。在触击操作元件时，控制系统的装料工序启动，动力器械将在控制系统的带动下自动根据装料工序进行动作。
通过准确定义的装料工序能进一步得知炉膛的冷却情况和由此导致的温度损失，因而同样可以进一步得知待烧结结构件的升温行为，待烧结结构件通常是在室温下通过打开的高温壁段被投放进炉膛中的。
有利的是，可以打开的壁段设计为结构件支架的结构，并且在打开的状态下形成一个加热的冷却区，与炉膛本身构成一定间隔。装载于支架上的结构件可以在打开的壁段中通过炉膛加热，或者通过一个单独的加热装置加热。控制系统具有冷却工序，用于在烧结过程后打开壁段、将壁段保持在冷却区中，以及对炉膛或单独加热装置的升温情况作出规定，同时还存在由控制系统激活的控制信号，在冷却区或炉膛达到冷却温度时显示出来。
在冷却过程中以一定条件使用加热的冷却区，可以在优化时间的同时实现可重现的生产流程，降低冷却过快的风险，避免所谓的热冲击对材料带来的损伤。
为了实现更短的持续时间，可以将所述升温装置用作电阻式加热装置，这样可以使炉膛在装料工序后呈现出一定的升温率，最小平均1.0℃/s，最大为6℃/s。电阻式加热装置的加热元件可以从一开始就以最大的电流进行工作。
有利的是，控制系统具有输入单元，用以根据结构件的结构尺寸或几何特征例如待烧结结构件的最大壁厚或最大结构件横截面或体积、待烧结结构件的材料种类或多种组合来选择温度曲线。
这样做的优点在于：烧结进程能通过时间优化的温度曲线更好地与待烧结结构件相匹配。
有利的是，控制系统具有分析单元，用于分析条形码和/或其他机读识别码中所包含的待烧结结构件的信息，以便根据结构件结构尺寸或几何特征例如待烧结结构件的最大壁厚或最大横截面或体积、待烧结结构件材料种类或多种组合自动确定温度曲线。
从待烧结结构件的几何特征中可以获知其尺寸、体积、壁厚和横截面面积。通过待测定的经验过程模型，可以将上述变量和组合分配给温度曲线，或生成温度曲线。
本发明还涉及使用烧结材料制成结构件的烧结工艺，尤其是针对在烧结炉中烧结牙科结构件的工艺，包括以下步骤：
a) 在接通烧结炉加热装置，并将炉膛预热之后，打开炉膛的壁段；
b) 为炉腔装料，主要是在炉膛外将装载于支架上的待烧结结构件放置在打开的壁段上；
c) 关闭炉膛
d) 炉膛在一段时间HU2内升温至保持温度；
e) 保持温度维持一段时间H；
f) 打开炉膛，烧结炉加热装置可以关闭，也可以继续接通；
g) 将结构件连同支架一起放置于加热的第一冷却区上，使结构件进入第一冷却阶段，结构件在这里停留一段时间CD1以进行冷却；
h) 将结构件连同支架一起从第一冷却区转移到第二冷却区，使结构件进入第二冷却阶段，结构件在这里停留一段时间CD2进行冷却；
i) 将结构件从支架上取下并放置在大部分为室温的底座上，此底座构成了第三冷却区，从而使结构件进入第三冷却阶段，结构件在这里停留一段时间CD3进行冷却。
j) 在此期间
1. 步骤a)-c)的持续时间L最长为2分钟，并优选地为1分钟；
2. 步骤d)的持续时间HU2最长为8分钟，并优选地为4-5分钟；
3. 步骤e)的持续时间H最长为15分钟，并优选地为4-8分钟；
4. 步骤f)和g)的冷却持续时间CD1最短为0.5分钟，但最长为5分钟；
5. 步骤h)的冷却持续时间CD2为1-5分钟；
6. 步骤i)的冷却持续时间CD3最短为0.5分钟，但最长为10分钟。
按这种工艺工作的烧结炉可以将生产时间限制在35分钟之内，如果各步骤均处于优选的时间范围内，总时间甚至可以缩短为15-20分钟。以这种方式缩短热处理的过程时间，可以直接导致过程的进程时间得以缩短，从而实现时间上的节约。如此便可以近乎连贯地生产出牙齿备件。
热处理主要取决于结构件体积和设计特征，例如壁厚和结构件横截面。因此有利的是，通过分析单元对条形码和/或其他机读识别码中所包含的结构件结构尺寸或几何特征信息进行自动分析，例如待烧结结构件的最大壁厚或最大结构件横截面或体积、待烧结结构件的材料种类或多种组合，并自动确定出温度曲线。
以下列出了对于牙科领域尤其重要的烧结结构件类型，包括但不限于：嵌体、高嵌体、贴面、冠盖、全冠、桥架、全解剖结构的牙桥、种植体基台。
有利的是，用分析单元从待烧结结构件的信息中测定出步骤a)到i)的各持续时间，尤其是步骤e)的持续时间H，其中需自动分析待烧结结构件的最大壁厚、待烧结结构件的体积、待烧结结构件的材料种类或类型或多种组合。
如果第一冷却阶段的加热冷却区通过烧结炉，尤其是炉膛加热，则可以提供一个受控的第一冷却区。
有利的是，在处理可烧结的氧化物陶瓷或玻璃陶瓷制成的结构件，以及可烧结的、粉末冶金制造的NEM材料，尤其是以CoCr、CoCrMo、CoCrW或CoCrMoW为基础的材料时可选用此工艺。
此外有利的是，借助于此工艺烧结由氧化锆和半透明氧化锆构成的、壁厚为0.1至6mm的牙科结构件。
有利的是，结构件为冠盖时其壁厚为0.3mm至最大0.8mm，为全冠时其壁厚为0.3mm至最大4mm，且为牙桥结构的连接体时其横截面最大为20mm2。
有利的是，炉膛里的温度在步骤e)期间要保持在一定水平，使得烧结过程的烧结度至少达到80%并实现预设的持续时间，且炉膛中的温度在步骤e)期间不能超过某个限度，避免在此温度之上发生不利的状态转变。
烧结必须具备一定的烧结度，在此烧结度可以实现标准要求的材料特性和结构件中的光学特性。烧结度用相对厚度描述，相对厚度在99.5%以上，但不作具体限制，只要满足必要的特性即可。
有利的是，针对牙科用氧化锆，即基本类型的二氧化锆ZrO2加上4.5-6质量%的氧化钇Y2O3，炉膛内的温度在步骤e)期间最低为1,550℃，最高为1,600℃。由此可以避免在保持时间内发生不利的状态转变。
有利的是，炉膛在步骤d)期间的升温率至少为平均1.0℃/s，最高为6℃/s。
由此可以在升温期间掌握待烧结结构件的变形情况，这对于实际工作来说是十分重要的，且可以在家庭用电（例如230V）和保险最高为16安培的情况下提供加热功率，如果当地供电导致家庭用电具有某种程度的限制，则15安培的保险便已足够。
本发明的另一项内容是计算机程序，所述程序存储在一个机读载体上，带有一个可机读的代码，可以在使用烧结炉进行烧结的过程中执行温度控制，期间会根据烧结炉的装料工序为待烧结结构件的烧结过程选出温度曲线。
附图说明
将结合附图对本发明进行解释。在附图中：
图1 根据本发明所述的，用于由烧结材料制成的结构件、主要是用于牙科结构件的烧结炉部分；
图2 如图1所示的烧结炉部分，整台烧结炉的侧视图；
图3 烧结这类结构件时，根据本发明所述工艺的温度曲线；
图4 取决于温度下降程度和/或装料工序持续时间的不同温度曲线；
图5 控制系统的原理简图。
图6 A-C典型的牙科结构件。
具体实施方式
图1展现出烧结炉1的一部分（图2），所述烧结炉具有一个炉膛2，炉壁3装设有隔离层4，用于将高温炉膛与周围环境隔离开来。为了给炉膛2升温，在炉膛2中装设有带加热元件的升温装置5。炉膛具有可打开的壁段6，通过此壁段可以将烧结结构件投放进炉膛中，此图所示为下壁段，即炉膛2的底部。底部6同样具有隔离层7，底座8位于隔离层上，用于安放烧结结构件9，因此也被称为支架8。支架8也可以是陶瓷或高熔点金属制成的弓形架或垂直的立式销钉，在其中放置牙科结构件。加热元件31可以提供单独的加热装置。
壁段6的机动性开启和关闭由动力器械10负责，壁段6降低则炉膛2打开，壁段6升高则炉膛2关闭。
针对升温装置5和动力器械10装设有控制系统11，控制系统包括操作元件12，通过所述操作元件可控制由主轴杆10.1和从动的主轴螺母10.2组成的动力器械10，并可输入作用于升温装置5的其他参数。另外还可装设分离式控制系统和其他升降装置。
控制系统11采用以下设计：它具有预先规定的自动装料工序，可以控制动力器械10.1和10.2以使壁段6执行打开、保持和关闭步骤，还可以控制炉膛2升温装置5的升温情况。在触击操作元件12时，控制系统11的装料工序启动，动力器械10将在控制系统的带动下自动根据装料工序进行动作。此外，控制系统还包括分析单元11.1，用于处理CAD数据组。
如果不想使用装料工序的自动流程，还可以纯手动控制全部步骤，或者分别手动触发各步骤。装料工序各步骤的执行情况由信号指示器35发出光学或声音信号，提请用户注意。信号指示器35同样与控制系统11相连。
控制系统的另一项设计，是在执行装料工序的各个步骤时采集装料工序的持续时间和/或温度下降情况，这些步骤在很大程度上是任意执行的，因此要根据采集到的结果为接下来的烧结过程设置炉膛温度曲线，或从众多温度曲线中选出一个最恰当的。
在炉膛2处于按烧结过程所述的打开状态时，将装载有结构件9的支架8放置于冷却区21中，冷却区21要与炉膛2保持一定距离，但又要通过炉膛2加热，温度为TK1。
图2描绘了烧结炉1整体的侧视图，图1所示的炉体部分固定在后墙22上，用支脚23支撑。
烧结炉1通常竖立在工作台（未示出）或工作板（未示出）上，因此在需要时，例如清洁时，虽然烧结炉本身很重，但是仍可以将其抬高或移动。
在炉膛处于如图所示的打开状态时，将装载有已烧结结构件的支架从温度为TK1的第一加热冷却区21中移除。第二冷却阶段在烧结炉1或其附近进行，此阶段不需要加热，将装载有结构件9的支架8放置在防火的室温底座24上即可。此时，相对于环境温度仍然处于高温状态的支架8形成了冷却区25，分配的冷却温度为Tk2，高于环境温度TU。
第三冷却阶段在具有高散热率的底座26上进行，所述底座通常为室温下的金属板，结构件放在此金属板上，暴露于环境温度当中，形成温度为Tk3的第三冷却区。
随着炉温的增加，加热率递减。在装料工序后，加热率在第一分钟为3.3 - 3.5℃/s。从第二分钟起，加热率变成1.0 - 1.25℃/s。加热率在最后一分钟降低至0.1 - 0.12℃/s。装料工序后的平均加热率介于1.16和1.25℃/s之间。
图3描绘出根据本发明所述工艺烧结此类结构件的温度曲线，即炉温To和结构件温度TB。
通过各自分配有规定温度的三个冷却区，可以免除升温时间、缩短保持时间、使结构件受控冷却，从而有效缩短真正的过程时间。烧结炉的预热可以与上游过程同时进行，因此真正的过程时间从装料开始，到取料为止。视材料的装载能力和种类而定，这段时间甚至可以短于15分钟。由于工序过程时间缩短，所以牙医在牙科CAD/CAM系统的帮助下，可以进行“chairside”式的治疗。也就是说，由于修复体的制作速度极快，因此患者在一次治疗过程中便可以接受诊断并镶上假牙。
牙科技术人员也可以在本发明的帮助下流畅地制作修复体，制作过程不会出现明显的停顿。零散的订单可以在订单接收后直接处理，进行单件生产。短暂的工序过程时间，让牙科技术人员在接到紧急订单时可以做出快速反应。
在实际的烧结工作开始前，烧结炉便已经预热到保持温度TH，例如针对氧化锆为1600℃。待烧结结构件的生产可以与正在进行的制造过程同时进行。
为了装料，炉膛2要在高温状态下打开，而此时结构件支架8和结构件9在装料时仍处于室温Tu。
由于材料或多或少都要受到热冲击的影响，因此在快速的升温和短暂的保持时间之后，要按规定的方式进行受控的冷却，在设置冷却过程时，要使得时间尽可能优化，并确保材料特性不会改变。
在炉膛2至少预热至烧结所需的保持温度TH之后，触击操作元件12启动接下来的工艺，所述工艺会触发包含在控制系统11中的装料工序。在触击操作元件12之前，炉膛2的保持温度TH要保持多长时间是无关紧要的。
打开、保持和关闭壁段的装料工序包括以下步骤，这些步骤自动执行的持续时间L最长为2分钟，优选地为1分钟：
a) 在接通了烧结炉加热装置，并将炉膛2预热之后，打开炉膛2的壁段6；
b) 为炉膛装料，主要是将装载于支架8上的待烧结结构件9在炉膛2外放置在打开的壁段6上；
c) 关闭炉膛2。
在将装载于支架8上的待烧结结构件9投放进炉膛之时，结构件9通过在壁段6上的安放以及已知的装料工序，已经随已知的温度曲线开始升温，因为装料工序已知。
也可以将炉膛2预热至更高的保持温度TH’。由于炉膛2在装料和为了装料必不可少的打开过程中必然会发生温度下降，预热的温度更高，下降的温度就会尽可能接近烧结所需的温度TH，这样在炉膛关闭后升温时间便会缩短。
装料周期由于已知的时间进程会使炉膛2发生一定程度的冷却，在装料周期之后，炉膛2在一段时间HU2之后升温至烧结所需的保持温度TH，最长8分钟，优选地为4-5分钟，结构件9在此期间也一起升温。
为了在恒定的保持温度TH下进行烧结，保持温度TH需维持一段时间H，最长15分钟，优选地为4-8分钟。
在恒定的保持温度TH下进行了烧结之后，炉膛2打开，此时烧结炉加热装置5可以是关闭的也可以是接通的，将结构件9连同支架8一起转移至加热的第一冷却区21，进入第一冷却阶段，结构件在这里停留一段时间CD1进行冷却，最短0.5分钟，但最长也仅为5分钟。
之后，将结构件连同支架一起从第一冷却区21转移至第二冷却区25，使结构件进入第二冷却阶段，结构件在这里停留一段时间CD2进行冷却，持续1-5分钟。此时支架8自身散发出热量。
接着，将结构件9从支架8上取下并放置在大部分为室温Tu的底座26上，所述底座构成了第三冷却区27，使结构件进入第三冷却阶段，结构件在这里停留一段时间CD3进行冷却，最短0.5分钟，最长10分钟。此时结构件9自身散发出热量。
三个冷却区中的温度TK1、TK2、TK3依次不断下降，第一冷却区的温度比第二冷却区高，而第二冷却区又比第三冷却区高。如有必要，也可以为第二冷却区和第三冷却区加热。
图4描绘由装料工序温度下降情况和/或持续时间决定的不同的温度曲线Tp1、Tp2和Tp3，从中可以得出不同的持续时间delta-tp1、delta-tp2和delta-tp3。装料工序越短，温度下降程度越小，因此装料工序之后的恒温和保持阶段也就越短。
图5示出控制系统11的部分简图，其中工作单元31用于采集装料工序的持续时间，工作单元32用于采集温度，和分析/对比工具33共同作用，可以从保存在存储区34的大量温度曲线中选出一条适合于炉膛的温度曲线，然后炉膛会根据选取的温度曲线进行工作。
针对氧化锆和半透明氧化锆，采用接下来的图4A-C中所示的构造特征尺寸，以缩短过程时间：
- 按图4A所绘的冠盖中，壁厚（用两个箭头表示）介于0.3mm至最大0.8mm之间；
- 按图4B所绘的全冠中，壁厚（用两个箭头表示）介于0.3mm至最大4mm之间；
- 在按图4C所绘的牙桥结构中，连接体横截面（用两个向右的箭头表示）最大为20mm2，即相当于厚度5mm。其中用两个向左的箭头表示的桥体横截面可以更大，因为在烧结过程中这个部分所达到的烧结度依然足以确保所要求的强度。
在材料和能耗相同的情况下，基于图6A-C所绘几何尺寸的牙科修复体能够更加快速地升温。根据构造特征，即壁厚和结构件横截面，热处理的参数，即升温和冷却率及保持时间将在软件的帮助下进行预设。
针对氧化锆，已根据经验得出具有规定温度区的多个温度等级：
在保持时间结束后，打开炉膛，将支架8连同结构件9一起从炉膛2中移出，但仍停留在炉膛2的壁段6上。炉膛2的温度放射区和壁段6、支架8和结构件9的温度放射区相互重叠，与明显低于Tu的室温一起，延缓地影响温度调整效应。在支架的温度达到600℃以下、275℃以上时，过渡至冷却阶段2。
在需要过渡至冷却阶段2时，烧结炉的控制系统可以发出声音信号，以提请用户注意，当炉膛内的某个温度测量点测得温度为1000℃时，便会触发此信号。此信号表示冷却阶段1已充分完成。因为炉膛中处于此温度时，打开的壁段6或支架8的表面温度便正好处于上述温度范围内。提示信号也可以使用光学信号，通过闪烁的指示灯发出，或显示在同样闪烁的显示屏上。
将支架8连同结构件9一起从第一冷却区21中取出，由此离开炉膛2的温度放射区，然后放置在耐火的室温底座上。现在在室温Tu和支架8连同结构件9之间进行温度交换，形成第二冷却区25。
支架8承担起温度缓冲器的作用，以尽可能补偿热冲击。
在2分钟后，支架8的温度视装料而定介于100℃和200℃之间。结构件9可以转移至第三冷却区。
在从冷却阶段2转移至冷却阶段3时，将结构件9从支架8上取下，放置在处于室温Tu下的金属底座26上，等到其在最多2分钟后变得温热，便可以继续加工。
通过主动或被动加热的底座，可以帮助结构件在冷却期间遵守规定的温度范围。
原则上，此过程适合用于制造桥冠、冠盖、全冠、牙桥、桥架、嵌体和贴面。之前所述的参数是针对烧结氧化锆和半透明氧化锆而测定的。
只要对保持温度、保持时间和冷却阶段进行调整，所述过程也可以用于其他可烧结的材料，例如氧化陶瓷或玻璃陶瓷。此过程同样适用于可烧结的、由粉末冶金制成的NEM材料，包括基于CoCr、CoCrMo、CoCrW或CoCrMoW的材料。
利用计算机程序，可以根据烧结炉的装料工序为烧结过程选择温度曲线。

Claims (31)

1.一种用于由烧结材料制成的结构件(9)的烧结炉(1)，其包括用于所述可烧结结构件(9)的可加热炉膛(2)，其中所述炉膛(2)具有可打开的壁段(6)，通过所述壁段可以将待烧结的结构件(9)投放进所述炉膛(2)中，其中装设有控制系统(11)，所述控制系统通过所述炉膛(2)中的升温装置(5)控制所述炉膛(2)的升温情况，其特征在于：所述控制系统(11)具有工作单元(31, 32)，利用所述工作单元可以在所述炉膛(2)每次升温后单独或汇总地采集装料工序，即打开、保持和关闭所述壁段(6)各步骤的持续时间，和/或反之单独或汇总地采集所述炉膛(2)在各步骤中的温度下降情况，同时在所述控制系统(11)中存储有许多温度曲线，描述了所述炉膛(2)在装料工序之后的温度变化情况，通过所述控制系统中装设的选择或对比单元(33)，可以根据各步骤单独或汇总的持续时间和/或反之根据所述炉膛(2)在各步骤中单独或汇总的温度下降情况，从存储区(34)中选取其中一条温度曲线。
2.根据权利要求1所述的烧结炉，其特征在于：所述结构件（9）是牙科结构件。
3.根据权利要求1所述的烧结炉，其特征在于：所述结构件（9）是陶瓷结构件。
4.根据权利要求1所述的烧结炉，其特征在于：装设有操作元件(12)，且配合所述控制系统(11)共同作用，此时，触击所述操作元件(12)便会触发所述控制系统(11)进行采集工作。
5.根据权利要求4所述的烧结炉，其特征在于：装设有用于机动性开启和关闭所述壁段(6)的动力器械(10)，触击所述操作元件(12)，即可使所述动力器械(10)在所述控制系统(11)的带动下根据预先规定的装料工序进行动作。
6.一种用于由烧结材料制成的结构件(9)的烧结炉(1)，包括用于所述可烧结结构件(9)的可加热炉膛(2)，其中所述炉膛(2)具有可打开的所述壁段(6)，通过所述壁段可以将待烧结的结构件(9)投放进所述炉膛(2)中，其中为所述炉膛(2)装设有升温装置(5)，控制系统(11)负责控制所述炉膛(2)的升温情况，其特征在于：所述控制系统(11)具有预先规定的装料工序，即在炉膛升温后打开、保持和关闭所述壁段(6)的各步骤，各步骤要么自动执行，要么依照次序执行，执行情况通过至少一个信号指示器(35)发出提示，同时所述控制系统(11)具有预先规定的温度曲线，描述了所述炉膛(2)在装料工序之后的温度变化情况。
7.根据权利要求6所述的烧结炉，其特征在于：所述结构件（9）是牙科结构件。
8.根据权利要求6所述的烧结炉，其特征在于：所述结构件（9）是陶瓷结构件。
9.根据权利要求6所述的烧结炉，其特征在于：装设有用于机动性开启和关闭所述壁段(6)的动力器械(10)，所述动力器械(10)由所述控制系统(11)带动，为此在所述控制系统上针对所述动力器械(10)设有操作元件(12)，触击所述操作元件(12)即可使所述动力器械(10)在所述控制系统(11)的带动下自动根据预设的装料工序进行动作。
10.根据权利要求6所述的烧结炉，其特征在于：可打开的所述壁段(6)被设计为所述结构件(9)的支架样式，并形成加热的冷却区(21)，所述冷却区与所述炉膛(2)保持一定距离，使得装载于支架上的所述结构件(9)可以在打开的所述壁段(6)上吸收到所述高温炉膛(2)中的热量，此加热过程也可以由单独的加热装置(31)来完成，所述控制系统具有冷却工序，用于在烧结过程之后打开所述壁段(6)、将所述壁段(6)保持在所述冷却区(21)中，还能对所述炉膛(2)或所述单独加热装置(31)的升温情况作出规定，此外还存在由所述控制系统(11)激活的控制信号，其在所述冷却区(21)或所述炉膛(2)达到冷却温度时显示出来。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的烧结炉，其特征在于：所述升温装置(5)在装料工序后要使得所述炉膛(2)的升温率最小为平均1.0℃/s，最高为6℃/s。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的烧结炉，其特征在于：所述控制系统(11)具有输入单元(12)，用于根据所述结构件(9)的结构尺寸或几何特征、所述待烧结的结构件(9)的材料类型或多种组合来选择温度曲线。
13.根据权利要求12所述的烧结炉，其特征在于：所述几何特征是最大壁厚或最大结构件横截面或所述待烧结的结构件(9)的体积。
14.根据权利要求1至10中任一项所述的烧结炉，其特征在于：所述控制系统(11)具有分析单元(11.1)，用于分析条形码和/或其他机读识别码中所包含的所述待烧结的结构件(9)的信息，以便根据所述待烧结的结构件(9)的最大壁厚、所述待烧结的结构件(9)的体积、所述待烧结的结构件(9)的材料种类或类型或多种组合，自动确定出温度曲线。
15.一种在烧结炉(1)中烧结由烧结材料制成的结构件(9)的工艺，包括下列步骤：
a) 在接通了烧结炉加热装置(5)，并将炉膛(2)预热过后，打开所述炉膛(2)的壁段(6)；
b) 为所述炉膛(2)装料，主要是将装载于支架(8)上的待烧结的结构件(9)在所述炉膛(2)外放置在打开的所述壁段(6)上；
c) 关闭所述炉膛(2)；
d) 所述炉膛(2)在一段时间HU2中升温至烧结所需的保持温度TH；
e) 保持温度维持一段时间H；
f) 打开所述炉膛(2)，烧结炉加热装置可以关闭，也可以继续接通；
g) 将所述结构件(9)连同所述支架(8)一起放置于加热的第一冷却区(21)中，使结构件进入第一冷却阶段，结构件在这里停留一段时间CD1进行冷却；
h) 将所述结构件(9)从所述支架(8)上取下放置在主要呈室温的底座(26)上，所述底座构成了下一个冷却区(27)，从而使所述结构件(9)进入下一个冷却阶段，结构件在这里停留一段时间CD3进行冷却；
j) 在此期间
- 步骤a) - c)的持续时间L最短2秒，最长2分钟；
- 步骤d)的持续时间HU2最长8分钟；
- 步骤e)的持续时间H最长15分钟；
- 步骤f)和g)的冷却持续时间CD1最短0.5分钟，但最长5分钟；
- 步骤h)的冷却持续时间CD3最短0.5分钟，但最长10分钟。
16.根据权利要求15所述的工艺，其特征在于：所述结构件（9）是牙科结构件。
17.根据权利要求15所述的工艺，其特征在于：步骤a) - c)的持续时间L为1分钟。
18.根据权利要求15所述的工艺，其特征在于：步骤d)的持续时间HU2为4-5分钟。
19.根据权利要求15所述的工艺，其特征在于：步骤e)的持续时间H为4-8分钟。
20.根据权利要求15所述的工艺，其特征在于：在第一冷却阶段和接下来第二个冷却阶段之间，将所述结构件(9)连同所述支架(8)一起从所述第一冷却区(21)中转移到第二冷却区，结构件在这里停留1-5分钟的时间CD2进行冷却。
21.根据权利要求15所述的工艺，其特征在于：通过分析单元(11.1)对条形码和/或其他机读识别码中所包含的待烧结的结构件(9)信息，即结构件(9)结构尺寸或几何特征进行自动分析、所述待烧结的结构件(9)的材料种类或多种组合，并自动确定出温度曲线。
22.根据权利要求21所述的工艺，其特征在于：所述几何特征是最大壁厚或最大结构件横截面或所述待烧结的结构件(9)的体积。
23.根据权利要求21所述的工艺，其特征在于：用所述分析单元(11.1)从所述待烧结的结构件的信息中测定出步骤a)到i)的各持续时间，期间应自动分析所述待烧结的结构件的最大壁厚、所述待烧结的结构件的体积、所述待烧结的结构件的材料种类或类型或多种组合。
24.根据权利要求15所述的工艺，其特征在于：第一冷却阶段的加热的所述第一冷却区(21)是通过所述烧结炉(1)，主要是通过所述炉膛(2)加热的。
25.根据权利要求15所述的工艺，其特征在于：将装载于所述支架(8)上的所述待烧结的结构件(9)在所述炉膛(2)外放置在打开的所述壁段(6)上。
26.根据权利要求15所述的工艺，其特征在于：应使用由可烧结的氧化陶瓷或玻璃陶瓷，以及可烧结的、由粉末冶金制成的NEM材料制成的所述结构件(9)，主要是基于CoCr、CoCrMo、CoCrW或CoCrMoW的材料。
27.根据权利要求16所述的工艺，其特征在于：烧结的牙科结构件(9)应由氧化锆和半透明氧化锆制成、壁厚在0.1至6 mm之间。
28.根据权利要求15所述的工艺，其特征在于：当所述结构件（9）为冠盖时其壁厚为0.3至最大0.8 mm，当所述结构件（9）为全盖时其壁厚为0.3至最大4 mm，当所述结构件（9）为牙桥结构时其连接体横截面最大为20 mm2。
29.根据权利要求15所述的工艺，其特征在于：所述炉膛(2)中的温度To在步骤e)期间要保持在一定高度，使得烧结过程中的烧结度至少达到80%，且所述炉膛(2)中的温度To在步骤e)期间不得超过某个限度，避免在此温度Tmax之上发生不利的状态转变。
30.根据权利要求27所述的工艺，其特征在于：针对牙科用氧化锆，即基本类型的氧化锆ZrO2加上重量百分比为4.5-6%的氧化钇Y2O3，所述炉膛(2)中的温度To在步骤e)期间至少为1,550℃，最高为1,600℃。
31.根据权利要求15所述的工艺，其特征在于：所述炉膛(2)在步骤(d)期间的升温率最小为平均1.0℃/s，最高为6℃/s。
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