DE102005016203A1

DE102005016203A1 - Grünkörper für ein Zahnteil, Zahnteil sowie Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102005016203A1
Application number: DE102005016203A
Authority: DE
Inventors: Thomas Wiest; Stephan Dierkes
Original assignee: Bego Bremer Goldschlagerei Wilh Herbst GmbH and Co KG
Current assignee: Bego Bremer Goldschlagerei Wilh Herbst GmbH and Co KG
Priority date: 2005-04-07
Filing date: 2005-04-07
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2025-04-08
Also published as: DE102005016203B4; WO2006106146A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Grünkörper (20) für ein Zahnteil (40), insbesondere für eine Brücke oder eine Krone, und ein solches Zahnteil (40) sowie Verfahren zur Herstellung des Grünkörpers (20) und des Zahnteils (40). Um einen Grünkörper (20) sowie ein Zahnteil (40) und Verfahren zu deren Herstellung vorzustellen, die möglichst keine mechanischen Schwächungen des fertigen Produkts bedingen, wobei das Zahnteil (40) in der Anwendung biokompatibel, korrosionsfest und chemisch beständig sein soll und beim Patienten eingesetzt den natürlichen Zahn optimal nachbildet, wird ein Grünkörper (20) vorgeschlagen für ein Zahnteil (40), insbesondere für eine Brücke oder eine Krone, mit einem elektrisch leitfähigen, metallischen Elektrodenelement (24) mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 800 DEG C und einer darauf elektrophoretisch abgeschiedenen Beschichtung (32) aus Keramikmaterial, wobei das Elektrodenelement (24) gegenüber einer Sinterung und einer Glasinfiltration des Keramikmaterials zumindest im Temperaturbereich bis 800 DEG C unter Atmosphärenbedingungen chemisch inert ist und die Beschichtung (32) eine Dicke von mindestens 500 mum besitzt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Grünkörper für ein Zahnteil, insbesondere für eine Brücke oder eine Krone, und ein solches Zahnteil sowie Verfahren zur Herstellung des Grünkörpers und des Zahnteils.
Seit langem finden in der Dentaltechnik Zahnteile oder Zahnersatz Verwendung, die aus einem Werkstoffverbund aus Metall und Keramik bestehen. Eine metallkeramische Krone oder Brücke, wie sie bei diesem klassischen Zahnersatz vorliegt, besteht aus einem metallischen Gerüst oder Käppchen, auf das eine Beschichtung aus Dentalkeramik zur Nachahmung des Erscheinungsbildes eines natürlichen Zahnes mittels Brennen oder Sintern aufgebracht wurde. Eine klassische Möglichkeit, diese sogenannte Verblendung auf den metallischen Grundkörper aufzubringen, besteht darin, das Material mit einem Pinsel aufzuschlickern. Es ist darüber hinaus ein Verfahren bekannt, Keramikmaterial mittels Elektrophorese mit anschließendem Sintern des Keramikmaterials aufzutragen. Da bei der Elektrophorese die Formgebung gesteuert werden kann, kann somit weitgehend auf eine manuelle Bearbeitung des Werkstücks vor und nach dem Sintern verzichtet werden.

Aus DE 2705770 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Kronen, Brücken usw. in der Dentaltechnik durch elektrophoretische Abscheidung auf einem Grundformling aus nichtrostendem Metall bekannt. Durch die Elektrophorese wird eine Schichtdicke im Bereich von 80 bis 100 μm erreicht. Wird für den Grundformling eine Edelmetalllegierung verwendet, so wird vor dem elektrophoretischen Aufbringen der Keramikschicht eine metallische Zwischenschicht aufgetragen, insbesondere eine Zink- oder Zinn-Schicht durch Galvanisieren.

Nachteilig an dem aus DE 2705770 A1 bekannten Verfahren ist, dass die durch den Grundformling gebildete Metallelektrode einen negativen Einfluss auf die Transluzenz des fertigen Zahnteils hat, wodurch in nur ungenügender Weise das Erscheinungsbild eines natürlichen Zahns nachgeahmt wird. Darüber hinaus ist der Grundformling nach dem Einsetzen des Zahnteils beim Patienten beispielsweise dem Speichel ausgesetzt, was zu unerwünschten Veränderungen am Material und zu gesundheitlichen Problemen beim Patienten führen kann, die einer mangelnden Biokompatibilität des Materials zugeschrieben werden. Weiterhin ist die gegebenenfalls eingebrachte metallische Zwischenschicht nicht gegenüber dem Brennen oder Sintern zur Fertigstellung des Zahnteils beständig, insbesondere nicht unter Atmosphärenbedingungen, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Verbindungsbereichs von Keramik und metallischem Grundformling negativ beeinflusst werden.

Um die beim klassischen Zahnersatz, d.h. dem Werkstoffverbund aus Metall und Keramik, auftretenden Probleme der mangelnden Biokompatibilität und unzureichenden Transluzenz zu umgehen, gibt es seit jüngerer Zeit Bestrebungen in der Dentaltechnik, vollkeramische Zahnteile herzustellen, die keine nicht-keramischen und vor allem keine metallischen Bestandteile aufweisen, so dass keine farblichen Veränderungen oder körperlichen Unverträglichkeiten auftreten können. Auch hierbei wird zur Herstellung des Keramikkörpers bevorzugt entweder gefräst oder eine formgebende Abscheidung angewandt, wobei eine Elektrophorese Einsatz findet, vgl. hierzu EP 1475462 , DE 10115820 und WO 99/50480.

Ein für den Dentalbereich geeignetes Keramikmaterial ist ein chemisch beständiger, korrosionsfester und biokompatibler Werkstoff.

WO 99/50480 beschreibt ein Verfahren zur elektrophoretischen Abscheidung von Keramikkörpern bei dentalen Anwendungen. Mit dem Verfahren werden vollkeramische Zahnteile erzeugt, die insbesondere metallfrei sind. Hierbei wird mittels elektrophoretischer Abscheidung ein Keramikgrünkörper auf einer Abscheidungselektrode erzeugt, wobei die Elektrode vor dem Sintern des Grünkörpers aus demselben entfernt wird. Es wird allerdings keine Möglichkeit aufgezeigt um Brücken zu erzeugen.

In WO 2004/041113 wird ein Verfahren vorgestellt, bei dem vollkeramische Zahnteile mit vorbestimmter Raumform, wie z.B. Brücken, mittels Elektrophorese erzeugt werden. Dazu wird ein leitendes oder leitend gemachtes Plättchen an einem Arbeitsmodell oder einem Gerüstteil direkt oder mit Abstand angeordnet. Der entstehende Grünkörper beinhaltet neben der keramischen Schicht das leitende Plättchen, dass beispielsweise aus Aluminium, Nylon oder Papier bestehen kann. Aus diesem Grünkörper wird durch Sintern, also eine thermische Behandlung, die Vollkeramik erzeugt. Das Plättchen wird ausgebrannt, wobei ein Hohlraum entsteht, oder reagiert es, wie im Falle des Aluminiums, mit dem Sauerstoff der Atmosphäre zu einem Oxid, welches dann im Zahnteil verbleibt.

Einer der mit diesem Verfahren verbundenen Nachteile ist es, dass mit der „Entfernung" des Plättchens durch Ausbrennen oder der Oxidation des Plättchens eine Rissinduzierung oder die Erzeugung eines Hohlraums in der Keramik einhergehen kann. Besteht das Plättchen beispielsweise aus Aluminium, so ergibt sich beim Oxidieren eine positive Volumenänderung, die größer ist als die Wärmeausdehnung der Keramik, was zu Rissen im Gerüst führen kann. Verwendet man dagegen ein Material, dass bei der Sinterung verdampft bzw. verbrennt, so entsteht ein Hohlraum innerhalb des Bauteils, der das Zahnteil mechanisch schwächt, wobei solche Hohlräume in der Keramik versagensauslösend sein können.

Die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zahnteil und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, bei dem die oben aufgeführten Probleme vermieden werden. Mit der Herstellung des Zahnteils und der entsprechenden Zwischenprodukte, beispielsweise eines zu sinternden Grünkörpers, sollen möglichst keine mechanischen Schwächungen des fertigen Zahnteils angelegt werden, das in der Anwendung biokompatibel, korrosionsfest und chemisch beständig sein soll. Das beim Patienten eingesetzte Zahnteil soll den natürlichen Zahn optimal nachbilden, vornehmlich in Farbe und Transluzenz, Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt einen Grünkörper für ein Zahnteil, insbesondere für eine Brücke, aber auch z.B. für eine Krone, mit einem elektrisch leitfähigen, metallischen Elektrodenelement mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 800°C und einer darauf elektrophoretisch abgeschiedenen Beschichtung aus Keramikmaterial, wobei das Elektrodenelement gegenüber einer Sinterung und einer Glasinfiltration des Keramikmaterials zumindest im Temperaturbereich bis 800°C unter Atmosphärenbedingungen chemisch inert ist und die Beschichtung eine Dicke von mindestens 500 μm besitzt.

Die Erfindung betrifft zudem ein Zahnteil, insbesondere eine drei- oder mehrgliedrige Brücke oder eine Krone, mit einem elektrisch leitfähigen, metallischen Elektrodenelement mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 800°C und einer darauf elektrophoretisch abgeschiedenen und anschließend gesinterten Beschichtung aus Keramikmaterial, wobei die Beschichtung eine Dicke von mindestens 500 μm besitzt.

Erfindungsgemäß wird ein derartiger Grünkörper gemäß einem Verfahren mit den folgenden Schritten hergestellt:

– Einbringen eines elektrisch leitfähigen, metallischen Elektrodenelements mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 800°C in ein Keramikschlickerbad, wobei das Elektrodenelement gegenüber einer Sinterung und einer Glasinfiltration des Keramikmaterials zumindest im Temperaturbereich bis 800°C unter Atmosphärenbedingungen chemisch inert ist,
– Erzeugen einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen dem Elektrodenelement und einer Gegenelektrode zur elektrophoretischen Abscheidung von Keramikmaterial direkt auf dem Elektrodenelement und
– Abscheiden von Keramikmaterial auf dem Elektrodenelement bis zu einer Beschichtungsdicke von mindestens 500 μm, und ein entsprechendes erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Zahnteils, insbesondere einer Brücke oder einer Krone, umfasst die Schritte:
– Herstellen eines Grünkörpers für das Zahnteil gemäß dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren, und
– Sintern des Grünkörpers zu dem Zahnteil unter Bedingungen, bei denen das Elektrodenelement durch das Sintern nicht verändert wird.

Das Sintern des Grünkörpers erfolgt bei einer Temperatur, die unterhalb des Schmelzpunktes des Materials des Elektrodenelements liegt und so gewählt ist, dass während des Sintervorgangs das Elektrodenelement chemisch inert und formbeständig bleibt. Die mit der thermischen Behandlung einhergehende und im allgemeinen nicht zu vermeidende Wärmeausdehnung des Elektrodenelements wird hierbei nicht als Veränderung verstanden.

Der Begriff „chemisch inert" ist in obigem Zusammenhang derart zu verstehen, dass das Material des Elektrodenelements von sich aus unter Atmosphärenbedingungen im auftretenden Temperaturbereich im Grünkörper keine chemische Reaktion eingeht oder durch eine sich ggf. erst beim Sintern ausbildende Passivierungsschicht auf seiner Oberfläche daran gehindert wird, eine chemische (Weiter-)Reaktion einzugehen. Eine bevorzugte Möglichkeit, eine solche Passivierungsschicht an der Oberfläche des Elektrodenelements auszubilden, besteht im kontrollierten Oxidieren der Oberfläche und dem damit verbundenen Erzeugen einer stabilen Oxidschicht, die eine weitere Oxidation oder eine andere Reaktion verhindert. Die Passivierung kann dabei auch erst während des Sinterns erzeugt werden. Dabei wird in obigem Zusammenhang die Ausbildung einer Passivierungsschicht des Elektrodenelements nicht als Veränderung des Elektrodenelements durch das Sintern verstanden.

Der Begriff „Grünkörper" betrifft in obigem Zusammenhang das bei der Zahnteilherstellung vor dem Sintervorgang vorliegende Zwischenprodukt aus (ungesintertem, elektrophoretisch angeschiedenem) Keramikmaterial und Elektrodenmaterial.

Unter „Atmosphärenbedingungen" wird in diesem Text die Anwesenheit einer Gaszusammensetzung mit etwa 20 % Sauerstoff und eventuellen Beimengungen anderer reaktiver Gase verstanden, wie sie im allgemeinen mit dem Begriff „Luft" bezeichnet wird, wobei die Gaszusammensetzung einen Druck von etwa 1 bar aufweist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis besteht darin, dass es möglich ist, die oben genannten Vorteile eines vollkeramischen Zahnteils zu erreichen, nämlich die Vermeidung von farblichen Veränderungen und von körperlichen Unverträglichkeiten, ohne die Gefahr einer Schwächung oder Schädigung einzugehen, wie sie bei den aus dem oben gewürdigten Stand der Technik bekannten vollkeramischen Zahnteilen besteht, indem ein gegenüber den weiteren Verarbeitungsschritten des Grünkörpers beständiges Elektrodenelement mit einer ausreichend dicken Keramikbeschichtung versehen wird. Ist das Elektrodenelement derart ausgestaltet, dass es bei einer Sinterung und Glasinfiltration unter Atmosphärenbedingungen, also in Anwesenheit von Sauerstoff und anderen reaktiven Gasen, wie etwa Wasserdampf, chemisch keine Reaktion eingeht, so wird eine mit einer solchen Reaktion ansonsten einhergehende Schwächung des Keramikverbundes vermieden. Mit einem Schmelzen kann eine Hohlraumbildung oder eine unerwünschte Volumenänderung verbunden sein, die erfindungsgemäß ebenfalls vermieden wird. Das wesentliche Augenmerk bei der Wahl des Elektrodenelementes wird erfindungsgemäß darauf gerichtet, dass eine hohe chemische Beständigkeit und Formbeständigkeit bei einer Sinterung und einer eventuellen Glasinfiltration gewährleistet ist, so dass es zu einer allenfalls geringen Schwächung der Materialeigenschaften des Grünkörpers bzw. der Keramik kommen kann. Auch ist eine Auswirkung auf die optischen Eigenschaft des Zahnteils (Farbe, Transluzenz u.a.) nahezu ausgeschlossen und die Frage der Biokompatibilität stellt sich nicht, wenn das Elektrodenelement durch die gesinterte und gegebenenfalls glasinfiltrierte Keramik nach außen so abgeschlossen ist, dass keine Wechselwirkung stattfinden kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Grünkörpers besteht das Elektrodenelement aus einer Folie und/oder einem Stift oder umfasst eine Folie und/oder einen Stift.

Sieht man eine Folie als Elektrodenelement vor, so ist ein nur geringer Materialeinsatz für das Elektrodenelement nötig, so dass besonders bei kostenintensiven Materialien im Vergleich zu massiven, dem zu erstellenden Zahnteil ähnlichen Elektrodenelementen die Herstellungskosten gesenkt werden können. Dabei weist eine Folie vorzugsweise Bereiche auf, die im Einsatz zur Abscheidung verbindender Keramik zwischen den Seitengliedern und dem zu erzeugenden Zwischenglied einer Brücke dienen, und Bereiche, auf welchen ein okklusaler bzw. basaler und gingivaler Abschnitt des Zwischenglieds abgeschieden wird. Eine gegebenenfalls vorhandene Verlängerung des Elektrodenelements für den gingivalen Bereich kann vorteilhaft zur Kontaktierung verwendet werden.

Im einfachsten Fall handelt es sich bei dem Elektrodenelement um einen Stift bzw. eine Folie, deren Beschichtung mit Keramik nur als Verbinder zwischen den Stümpfen dient. Ein Stift weist als Elektrodenelement den Vorteil auf, dass er als stabilisierendes Element die mechanische Stabilität des Grünkörpers verbessern kann, womit eine einfachere Handhabung des Grünkörpers einhergeht.

Vorteilhaft an der Ausgestaltung als leitfähige Folie ist, dass damit bei der elektrophoretischen Abscheidung eine Raumform des Grünkörpers erreicht werden kann, die im wesentlichen bereits der abschließend gewünschten Raumform des beim Patienten einzusetzenden Zahnteils entspricht, so dass nur wenige Nacharbeiten nötig sind. Hierdurch wird Aufwand eingespart und damit eine Kostenreduzierung erreicht.

Bevorzugt wird weiterhin, dass der Differenzbetrag der Mittelwerte der Wärmeausdehnungskoeffizienten des Keramikmaterials und des Elektrodenelements im Bereich von 30°C bis 1000°C im Bereich von 0 bis 2·10^–6 K^–1, vorzugsweise von 0 bis 0,5·10^–6 K^–1, liegt, d.h. dass die Wärmeausdehnungskoeffizienten im Mittel eng beieinander liegen. Wenn sich die Mittelwerte der Wärmeausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien im wesentlichen entsprechen, entstehen keine oder allenfalls vernachlässigbare Spannungen im Verbund aufgrund eventuell ungleicher Wärmeausdehnung. Hierdurch wird eine Schwächung des Materials des Grünkörpers vermieden.

Besonders vorteilhafterweise liegt der Differenzbetrag der Wärmeausdehnungskoeffizienten des Keramikmaterials und des Elektrodenelements bei jeder Temperatur im Bereich von 30°C bis 1000°C im Bereich von 0 bis 2·10^–6K^–1, vorzugsweise von 0 bis 0,5·10^–6 K^–1. Weichen nicht nur die Mittelwerte, sondern auch die absoluten Werfe der jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten nur wenig voneinander ab, so treten (noch) weniger Spannungen beim Erhitzen (Sintern, Glasinflitrieren) auf, was die Materialeigenschaft, insbesondere die Stabilität, weiter verbessert.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Grünkörpers besteht das Elektrodenelement aus einem Material, dessen Schmelzpunkt oberhalb von 1000°C, vorzugsweise oberhalb von 1250°C, liegt. Vorzugsweise ist das erfindungsgemäß einzusetzende elektrisch leitfähige metallische Elektrodenelement bis zu einer Temperatur von zumindest 1000°C, vorzugsweise 1250°C unter Atmosphärenbedingungen chemisch inert. Ein Aufschmelzen des Elektrodenelementmaterials ist etwa beim Sintern, das vorzugsweise bei einer Temperatur von 1000°C bis 1250°C durchgeführt wird, zu vermeiden, da zum einen mit dem Schmelzen eine Volumenänderung verbunden wäre, die Spannungen im Keramikmaterial erzeugen könnte, und zum anderen sich die Schmelze in nur schwer kontrollierbarer Weise im Keramikmaterial verteilen könnte.

Als besonders geeignet hat sich ein Elektrodenelement erwiesen, bestehend aus einem oder umfassend ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Platin, Titan, Gold, Wolfram, Niob, Tantal und Legierungen mit einem Anteil von mehr als 75 Gewichtsprozent an einem oder mehreren dieser Metalle, wobei hinsichtlich der Legierungen solche natürlich bevorzugt sind, deren Schmelzpunkt oberhalb von 1000°C bzw. 1250°C liegt und die bis zu diesen Temperaturen stabil sind.

Bevorzugt wird ein Keramikmaterial bestehend aus einem oder umfassend ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumoxid, Zirkonoxid und deren Mischungen (z.B. einer Mischung mit 69 Gewichtsprozent Al₂O₃ und 31 Gewichtsprozent Ce-stabilisiertem ZrO₂). Diese Materialien sind besonders für die Verwendung im dentalen Bereich geeignet.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Grünkörpers besitzt die Beschichtung eine Dicke im Bereich von 500 μm bis 5 mm, insbesondere zur Herstellung von Zwischenbrückengliedern bevorzugt im Bereich von 1 bis 3 mm, womit sich ohne eine übermäßig lange Beschichtungszeit erreichen lässt, dass die Metallelektrode nicht durch das Keramikmaterial hindurchscheint und den natürlichen Eindruck des Zahnteils verfälscht.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Grünkörpers ist das Elektrodenelement bei einer dreigliedrigen Frontzahnbrücke im Zwischenbrückenglied angeordnet. Die Verwendung eines im Grünkörper verbleibenden und gegenüber einer Sinterung, auch unter Atmosphärenbedingungen, beständigen, d.h. in der weiteren Verarbeitung – zumindest bei Temperaturen bis 800°C – nicht schmelzenden und chemisch inerten, Elektrodenelements ist insbesondere für eine elektrophoretische Ausformung eines Zwischenbrückenglieds geeignet.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zahnteils ist die Beschichtung glasinflitriert und/oder mit Keramik verblendet, wobei eventuell vorhandene Poren des Zahnteils vorzugsweise durch die Glasinfiltration gefüllt sind und/oder das Zahnteil aufgrund der Verblendung bevorzugt ein möglichst natürliches Aussehen hat.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Grünkörpers wird mit dem ersten Elektrodenelement wenigstens ein weiteres Elektrodenelement zur elektrophoretischen Abscheidung darauf in das Keramikschlickerbad eingebracht und das elektrophoretische Abscheiden auf dem ersten Elektrodenelement und auf dem wenigstens einen weiteren Elektrodenelement wird (i) zu unterschiedlichen Zeitpunkten begonnen und/oder beendet und/oder (ii) so gesteuert, dass unterschiedliche Schichtdicken erreicht werden. Unterscheidet sich die Zeitdauer oder der Zeitbereich, in dem eine elektrophoeretische Abscheidung auf den Elektrodenelementen vorgenommen wird, so lassen sich wie in Fall (ii) damit unterschiedliche Schichtdicken der jeweiligen Beschichtungen auf den Elektrodenelementen erreichen. Werden die Abscheidungsraten auf dem ersten und den weiteren Elektrodenelemente bei Fall (i) im Gegensatz dazu so gesteuert, dass sich die Schichtdicken trotz unterschiedlichem Beginn und/oder Ende des Abscheiden nicht unterscheiden, so ergeben sich damit unterschiedliche Eigenschaften der jeweiligen Beschichtungsbereiche. Eine Kombination von unterschiedlichen Abscheideraten und -zeiten ist ebenfalls möglich. Die unterschiedlichen Beschichtungsbereiche können auch dadurch verschieden dick ausgeführt werden, dass verschiedene Spannungen an unterschiedliche Elektrodenelemente angelegt werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Grünkörpers ist das weitere Elektrodenelement ein mit einer leitfähigen Oberfläche versehener Formstumpf eines Arbeitsmodells, insbesondere ein mit Silberleitlack versehener Gipsstumpf. Durch die Formvorgabe durch den Formstumpf lässt sich eine gewünschte Raumform des Grünkörpers und damit des daraus hergestellten Zahnteils auf einfache Weise erreichen. Verwiesen sei insoweit auf die Verfahrensgestaltungen gemäß WO 99/50480, WO 2004/041113, WO 2005/023139, EP 1475462 sowie DE 10021437 A1 , die hier – entsprechend angepasst – eingesetzt werden können. In WO 99/50480 wird die Herstellung eines Zahnteils unter Verwendung eines Formstücks beschrieben, das aus einem gehärteten formbaren, mit einer leitfähigen Farbe, z.B. Silberfarbe oder Silberlack, versehenen Material, etwa Gips oder Wachs, oder einem formbaren leitfähigen Polymer hergestellt ist. Gemäß WO 2004/041113 und WO 2005/023139 werden Gipsstümpfe durch Eintauchen in eine konzentrierte Kochsalzlösung leitfähig gemacht und als Elektrodenelemente eingesetzt. In DE 100 21 437 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung vollkeramischer Gerüste beschrieben, bei dem der Stumpf eines Arbeitsmodells mit einer Folie oder einem Trennmittel überzogen wird. Dieser Überzug wird elektrisch leitfähig gemacht und der Sumpf zum Beschichten in Keramikschlicker eingetaucht. In EP 1475462 wird zur Erzeugung von Käppchen und Kronen eine Membranelektrophorese vorgeschlagen. Hierbei wird nicht direkt auf die Elektrode abgeschieden, sondern auf eine Membran, die sich vor der Elektrode befindet.

Besonders vorteilhafterweise wird in erfindungsgemäßen Verfahren das erste Elektrodenelement bei der elektrophoretischen Abscheidung zwischen zwei weiteren Elektrodenelementen, insbesondere mit Silberleitlack versehenen Gipsstümpfen, angeordnet, wobei die elektrophoretische Abscheidung auf den zwei weiteren Elektrodenelementen nach dem Beginn der elektrophoretischen Abscheidung auf dem ersten Elektrodenelement begonnen wird. Hiermit lässt sich auf vorteilhafte Weise insbesondere ein Grünkörper für eine dreigliedrige Brücke erstellen, bei dem die Beschichtung mit Keramikmaterial auf dem ersten Elektrodenelement eine größere Schichtdicke besitzt als die Beschichtung auf den weiteren Elektrodenelementen. Eine ähnliche Anordnungsgeometrie von erstem und weiteren Elektrodenelementen ist in WO 2004/041113 beschrieben.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Grünkörpers, insbesondere für eine dreigliedrige Brücke, wird wenigstens ein separates Abscheidungselement mit einer den Keramikschlicker destabilisierenden Oberfläche in das Keramikschlickerbad eingebracht, so dass sich Keramikmaterial aus dem Keramikschlickerbad auf dem Abscheidungselement abscheidet. Eine Beschichtung auf dem Abscheidungselement lässt sich somit auch dadurch erreichen, dass sich das Keramikmaterial aufgrund der destabilisierenden Wirkung der Oberfläche des Abscheidungselementes aus dem Keramikschlicker darauf abscheidet. Hierbei kann der Einsatz von für eine elektrophoretische Abscheidung notwendigen Mitteln auf das erste Elektrodenelement beschränkt werden, was eine apparative Vereinfachung bedeutet.

Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Grünkörpers bevorzugt verwendete Keramikmaterial umfasst ein oder besteht aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumoxid, Zirkonoxid und deren Mischungen (z.B. einer Mischung mit 69 Gewichtsprozent Al₂O₃ und 31 Gewichtsprozent Ce-stabilisiertem ZrO₂), wobei das Keramikschlickerbad als Suspensionsmittel einen Alkohol, insbesondere Ethanol, und/oder Wasser umfasst.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen schematisch:
1a ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen ersten Elektrodenelements,
1b ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen ersten Elektrodenelements,
2 einen erfindungsgemäßen Grünkörper für eine dreigliedrige Brücke mit zwei Formstümpfen im Querschnitt und
3 ein durch Sinterung aus dem in 2 gezeigten Grünkörper hergestelltes erfindungsgemäßes Zahnteil im Querschnitt.
1a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen ersten Elektrodenelements 1 in Form einer Folie. Das erste Elektrodenelement 1 ist besonders dafür geeignet, im Zwischenbrückenglied einer dreigliedrigen Brücke (nicht gezeigt) am Ort eines Frontzahnes eingesetzt zu werden. Das erste Elektrodenelement 1 weist einen in der Darstellung zentralen Bereich auf, der von zwei Armen 2a, 2b des Elektrodenelements teilweise umfasst wird. Zwischen den Armen 2a, 2b erstreckt sich ein zentrales Stegelement 3, so dass die Arme 2a, 2b mit dem zentralen Stegelement 3 die Form eines „E" bilden. An der Verbindungsstelle der Arme 2a, 2b mit dem zentralen Stegelement 3 schließt sich parallel zum zentralen Stegelement 3 ein basales bzw. gingivales Stegelement 4 an, an das auch die Kontaktierung (nicht dargestellt) zur Spannungsversorgung für die Elektrophorese angeschlossen wird. An den Armen 2a, 2b sind im rechten Winkel zum zentralen und zum basalen bzw. gingivalen Stegelement 3, 4 Verbindungsstegelemente 5a, 5b angeordnet, die in ihren Außenbereichen in Aufweitungen 6a, 6b enden. Im Elektrophoresebetrieb wird das Elektrodenelement 1 zur Herstellung einer Frontzahnbrücke üblicherweise vertikal angeordnet, so dass das „E" in etwa parallel zur Frontzahnsichtfläche liegt.
1b zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen ersten Elektrodenelements 10 in Form einer Folie. Das erste Elektrodenelement 10 ist besonders dafür geeignet, im Zwischenbrückenglied einer dreigliedrigen Brücke (nicht gezeigt) am Ort eines Molar- bzw. Premolarzahnes eingesetzt zu werden. Das erste Elektrodenelement 10 weist einen in der Darstellung zentralen Bereich auf, der von einem Ringelement 11 umschlossen wird. An gegenüberliegenden Seite des Ringelements 11 sind zwei Verbindungsstegelemente 12a, 12b angeordnet, die in ihren Außenbereichen in Aufweitungen 13a, 13b enden. Im rechten Winkel zu den Verbindungsstegelementen 12a, 12b schließt sich an das Ringelement 11 ein basales bzw. ginigivales Stegelement 14 an.
An den zentralen Bereichen der ersten Elektrodenelemente 1, 10 mit den Armen 2a, 2b und dem zentralen Stegelement 3 bzw. mit dem Ringelement 11 werden die okklusalen Bereiche der Beschichtung abgeschieden. Die Verbindungsstegelemente 5a, 5b bzw. 12a, 12b stellen bei der Beschichtung sicher, dass das Zwischenbrückenglied die Seitenglieder der Brücke verbindet. Die Aufweitungen 6a, 6b, 13a, 13b ermöglichen bei der Elektrophorese aufgrund der elektrischen Feldverteilung, dass das Zwischenbrückenglied sicher mit den Seitengliedern verbunden ist. Die basalen bzw. gingivalen Stegelemente 4, 14 sorgen für eine Beschichtung, die im Zahnteil den basalen bzw. gingivalen Bereich ausfüllt. Zu einer besseren Anpassung an die jeweils gewünschte Form des Zahnteils wird das erste Elektrodenelement 1, 10 üblicherweise verformt, etwa gefaltet.
2 zeigt einen erfindungsgemäßen Grünkörper 20 für eine dreigliedrige Brücke mit zwei Formstümpfen 22a, 22b im Querschnitt. Der Grünkörper 20 umfasst als erstes Elektrodenelement 24 eine horizontal angeordnete Folie. Zur Übersichtlichkeit sind die zur Spannungsversorgung zur Elektrophorese nötigen Zuleitungen nicht dargestellt. Die als weitere Elektrodenelemente verwendeten Formstümpfe 22a, 22b bestehen aus Gips und sind jeweils mit einer leitfähigen Oberfläche 26a, 26b versehen, die sich zur einer Präparationsgrenze erstreckt. Die Präparationsgrenze wird von um die Formstümpfe 22a, 22b umlaufenden Auskragungen 28a, 28b definiert. Die Formstümpfe 22a, 22b sind in an sich bekannter Weise an einer Grundplatte 30 fixiert, an der auch weitere zur Elektrophorese verwendete Mittel (nicht gezeigt) angeordnet sind. Das erste Elektrodenelement 24 befindet sich im Bereich des durch die Brücke zu ersetzenden Zahns zwischen den Formstümpfen 22a, 22b im Bereich der leitfähigen Oberflächen 26a, 26b. Die Herstellung des Grünkörpers 20 durch die Beschichtung 32, die sich um das Elektrodenelement 24 und um die Formstümpfe 22a, 22b bis zu ihren jeweiligen durch die Auskragungen 28a, 28b definierten Präparationsgrenzen erstreckt, wird im folgenden beschrieben.
Das oben beschriebene präparierte Modell bestehend aus Formstümpfen 22a, 22b und Elektrodenelement 24 (mit entsprechenden elektrischen Zuleitungen) wird in ein Keramikschlickerbad (nicht gezeigt) eingebracht, in dem eine Gegenelektrode (nicht gezeigt) als Anode zur Elektrophorese vorgesehen ist. Der Keramikschlicker enthält Al₂O₃, entsprechend dem InCeram^® Alumina-Pulver der Firma Vita, Ethanol als Suspensionsmittel sowie einen Verflüssiger und einen Binder. Das Mischungsverhältnis beträgt 76g Keramikmaterial zu 18,88 Ethanol.
Die Gegenelektrode im Keramikschlicker bildet die Anode, während das Elektrodenelement 24 und die Formstümpfe 22a, 22b als Kathoden verwendet werden. Zunächst wird eine Spannung von 20 V zwischen der Gegenelektrode und dem Elektrodenelement 24 angelegt, wodurch mittels elektrophoretischer Abscheidung ein erster Bereich der Beschichtung 32 um das Elektrodenelement 24 herum erzeugt wird. Nach zehn Minuten erhalten auch die Oberflächen 26a, 26b der Formstümpfe 22a, 22b die Spannung von 20 V gegenüber der Gegenelektrode. Nach 30 Sekunden weiterer Beschichtungszeit wird die Elektrophorese beendet und der resultierende Grünkörper 20 aus dem Schlickerbad genommen.
Die Grünkörper 20 wird zusammen mit den Formstümpfen 22a, 22b bei 200°C eine Stunde lang thermisch behandelt. Die Formstümpfe 22a, 22b schrumpfen infolge der Entwässerung des Gipses. Somit kann der Grünkörper 20 von ihnen entnommen werden können.
Die Sinterung des Grünkörpers 20 zum Zahnteil erfolgt für 2 Stunden bei 1120°C unter Atmosphärenbedingungen, bei denen das Elektrodenelement 24 jedoch chemisch inert bleibt und auch nicht aufschmilzt, sich also nicht verändert.
Zur Glasinfiltration wird eine Mischung aus Glaspulver und Wasser in Schichtform auf die Außenseite des gesinterten Grünkörpers aufgetragen und für 3 Stunden einer Temperatur von 1100°C ausgesetzt, wobei das Glas durch Kapillarkräfte in die bei der Sinterung verbliebenen Poren eindringt. Abschließend kann noch zusätzlich eine Verblendung der so erzeugten dreigliedrigen Brücke durchgeführt werden.
3 zeigt ein durch Sinterung aus dem in 2 gezeigten Grünkörper 20 hergestelltes erfindungsgemäßes Zahnteil 40 im Querschnitt. Das Zahnteil 40 (dreigliedrige Brücke) umfasst das Elektrodenelement 24 und eine darauf aufgebrachte und gesinterte Keramikschicht 42. An den Positionen der Formstümpfe befinden sich im Zahnteil 40 Aussparungen 44a, 44b, die die Form der Formstümpfe wiedergeben. Das Zahnteil 40 kann somit auf die im Mund des Patienten befindlichen Zahnstümpfe aufgesetzt und daran befestigt werden. Das Elektrodenelement 24 ist hierbei vollständig von Keramikmaterial 42 umgeben, so dass es gegenüber dem Äußeren isoliert ist, weshalb auch keine Reaktionen etwa mit Speichel möglich sind.
Mit der vorliegenden Erfindung werden ein Grünkörper für ein Zahnteil sowie ein Zahnteil vorgeschlagen, welche die Vorteile, die sich bei aus dem Stand der Technik bekannten Zahnteilen bzw. Grünkörpern ergeben, in sich vereinen, ohne dass die bekannten Nachteile aufträten. Bei der Herstellung wird mittels Elektrophorese das Elektrodenelement mit einer Beschichtung versehen und verbleibt auch bei einer Sinterung und Glasinfiltration im damit erzeugten Grünkörper bzw. Zahnteil. Da das Elektrodenelement gegenüber dem abgeschiedenen Keramikmaterial keine wesentliche Volumenveränderung erfährt, treten nur vernachlässigbare Spannungen im Materialverbund auf, die zu keiner nennenswerten mechanischen Schwächung führen. Auch ist das Elektrodenelement chemisch inert, wodurch andere mögliche Quellen einer Schwächung ebenfalls vermieden werden.

Claims

Grünkörper (20) für ein Zahnteil, insbesondere für eine Brücke oder eine Krone, mit einem elektrisch leitfähigen, metallischen Elektrodenelement (24) mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 800°C und einer darauf elektrophoretisch abgeschiedenen Beschichtung (32) aus Keramikmaterial, wobei das Elektrodenelement (24) gegenüber einer Sinterung und einer Glasinfiltration des Keramikmaterials zumindest im Temperaturbereich bis 800°C unter Atmosphärenbedingungen chemisch inert ist und die Beschichtung (32) eine Dicke von mindestens 500 μm besitzt.
Grünkörper (20) nach Anspruch 1, wobei das Elektrodenelement (24) eine Folie und/oder einen Stift umfasst oder aus einer Folie und/oder einem Stift besteht.
Grünkörper (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Differenzbetrag der Mittelwerte der Wärmeausdehnungskoeffizienten des Keramikmaterials und des Elektrodenelements (24) im Bereich von 30°C bis 1000°C im Bereich von 0 bis 2·10^–6 K^–1, vorzugsweise von 0 bis 0,5·10^–6 K^–1, liegt.
Grünkörper (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Differenzbetrag der Wärmeausdehnungskoeffizienten des Keramikmaterials und des Elektrodenelements (24) bei jeder Temperatur im Bereich von 30°C bis 1000°C im Bereich von 0 bis 2·10^–6 K^–1, vorzugsweise von 0 bis 0,5·10^–6 K^–1, liegt.
Grünkörper (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Elektrodenelement (24) aus einem Material besteht, dessen Schmelzpunkt oberhalb von 1000°C, vorzugsweise oberhalb von 1250°C, liegt.
Grünkörper (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem Elektrodenelement (24) bestehend aus einem oder umfassend ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Platin, Titan, Gold, Wolfram, Niob, Tantal und Legierungen mit einem Anteil von mehr als 75 Gewichtsprozent an einem oder mehreren dieser Metalle.
Grünkörper (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem Keramikmaterial bestehend aus einem oder umfassend ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumoxid, Zirkonoxid und deren Mischungen.
Grünkörper (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung (32) eine Dicke im Bereich von 500 μm bis 5mm, bevorzugt im Bereich von 1 bis 3 mm, besitzt.
Grünkörper (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, für eine dreigliedrige Brücke, wobei das Elektrodenelement (24) im Zwischenbrückenglied angeordnet ist.
Zahnteil (40), insbesondere eine drei- oder mehrgliedrige Brücke oder eine Krone, mit einem elektrisch leitfähigen, metallischen Elektrodenelement (24) mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 800°C und einer darauf elektrophoretisch abgeschiedenen und anschließend gesinterten Beschichtung (42) aus Keramikmaterial, wobei die Beschichtung (42) eine Dicke von mindestens 500 μm besitzt.
Zahnteil (40) nach Anspruch 10, wobei die Beschichtung (42) glasinflitriert und/oder mit Keramik verblendet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Grünkörpers (20), insbesondere nach einem der Ansprüche 1–9, mit den Schritten: – Einbringen eines elektrisch leitfähigen, metallischen Elektrodenelements (24) mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 800°C in ein Keramikschlickerbad, wobei das Elektrodenelement (24) gegenüber einer Sinterung und einer Glasinfiltration des Keramikmaterials zumindest im Temperaturbereich bis 800°C unter Atmosphärenbedingungen chemisch inert ist, – Erzeugen einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen dem Elektrodenelement (24) und einer Gegenelektrode zur elektrophoretischen Abscheidung von Keramikmaterial direkt auf dem Elektrodenelement und – Abscheiden von Keramikmaterial auf dem Elektrodenelement bis zu einer Beschichtungsdicke von mindestens 500 μm.
Verfahren zur Herstellung eines Grünkörpers (20) nach Anspruch 12, wobei mit dem ersten Elektrodenelement (24) wenigstens ein weiteres Elektrodenelement (22a, 22b) zur elektrophoretischen Abscheidung darauf in das Keramikschlickerbad eingebracht wird und wobei das elektrophoretische Abscheiden auf dem ersten Elektrodenelement (24) und auf dem wenigstens einen weiteren Elektrodenelement (22a, 22b) (i) zu unterschiedlichen Zeitpunkten begonnen und/oder beendet wird und/oder (ii) so gesteuert wird, dass unterschiedliche Schichtdicken erreicht werden.
Verfahren zur Herstellung eines Grünkörpers (20) nach Anspruch 13, wobei das weitere Elektrodenelement (22a, 22b) ein mit einer leitfähigen Oberfläche (26a, 26b) versehener Formstumpf eines Arbeitsmodells, insbesondere ein mit Silberleitlack versehener Gipsstumpf, ist.
Verfahren zur Herstellung eines Grünkörpers (20), insbesondere für eine dreigliedrige Brücke, nach Anspruch 14, wobei das erste Elektrodenelement (24) bei der elektophoretischen Abscheidung zwischen zwei weiteren Elektrodenelementen (22a, 22b), insbesondere mit Silberleitlack versehenen Gipsstümpfen, angeordnet ist, und die elektrophoretische Abscheidung auf den zwei weiteren Elektrodenelementen (22a, 22b) nach dem Beginn der elektrophoretischen Abscheidung auf dem ersten Elektrodenelement (24) begonnen wird.
Verfahren zur Herstellung eines Grünkörpers (20), insbesondere für eine dreigliedrige Brücke, nach Anspruch 12, wobei wenigstens ein separates Abscheidungselement mit einer den Keramikschlicker destabilisierenden Oberfläche in das Keramikschlickerbad eingebracht wird, so dass sich Keramikmaterial aus dem Keramikschlickerbad auf dem Abscheidungselement abscheidet.
Verfahren zur Herstellung eines Grünkörpers (20) nach einem der Ansprüche 12–16, wobei das Keramikmaterial ein Material umfasst oder aus einem Material besteht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumoxid, Zirkonoxid und deren Mischungen und wobei das Keramikschlickerbad als Suspensionsmittel einen Alkohol, insbesondere Ethanol, und/oder Wasser umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Zahnteils (40), insbesondere einer Brücke oder einer Krone, mit den Schritten: – Herstellen eines Grünkörpers (20) für das Zahnteil (40) gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 12–17, und – Sintern des Grünkörpers (20) zu dem Zahnteil (40) unter Bedingungen, bei denen das Elektrodenelement durch das Sintern nicht verändert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Zahnteils (40) nach Anspruch 18, wobei das Zahnteil (40) nach dem Sintern glasinfiltriert und/oder mit Keramik verblendet wird.
Grünkörper (20) für ein Zahnteil (40), insbesondere für eine Brücke oder eine Krone, hergestellt gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 12–17.
Zahnteil (40), insbesondere eine Brücke oder eine Krone, hergestellt gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19.