DE102005043446A1

DE102005043446A1 - Kobalt-Basis-Legierung

Info

Publication number: DE102005043446A1
Application number: DE102005043446A
Authority: DE
Inventors: Sascha Dr. Cramer von Clausbruch
Original assignee: Amann Girrbach GmbH
Current assignee: Amann Girrbach GmbH
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2025-09-14
Also published as: DE102005043446B4

Abstract

Es wird eine Kobalt-Basis-Legierung zur Herstellung von dentalen prothetischen Restaurationen vorgeschlagen, die DOLLAR A 24-30% Chrom, DOLLAR A 4-8% Wolfram, DOLLAR A 2-5% Molybdän, DOLLAR A 1-1,5% Silizium, DOLLAR A 0,1-0,5% Mangan, DOLLAR A 0,1-0,35% Stickstoff, DOLLAR A Rest Kobalt DOLLAR A und eventuelle herstellungsbedingte Verunreinigungen kleiner 0,5% enthält. DOLLAR A Mit dieser Legierung lassen sich mittels konventioneller dentaler Gießtechnologien prothetische Versorgungen (Kronen, Brücken, Suprastrukturen, Modellgussprothesen etc.) herstellen, welche sich aufgrund der niedrigen Härte nach dem Gießprozess sehr gut mechanisch bearbeiten lassen. Die ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften lassen die Verwendung für festsitzenden und herausnehmbaren Zahnersatz zu.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kobalt-Basis-Legierung zur Herstellung von dentalen prothetischen Restaurationen.
Technischer Hintergrund
Die Anforderungen an Kobalt-Chrom-Legierungen zur Herstellung von festsitzendem oder herausnehmbarem Zahnersatz werden im Folgenden aufgeführt.
Festsitzender Zahnersatz:
In der Norm ISO 16744 für Dentale Nichtedelmetall-Werkstoffe zur Herstellung von festsitzendem Zahnersatz werden für Anwendungen mit hohen Belastungen (Typ 4: extra hohe Festigkeit), z.B. verblendete Kronen, weitspannige Brücken, Stege, Suprakonstruktionen etc., eine min. Dehngrenze R_p0,2 von 400 MPa und eine min. Bruchdehnung von 4 % gefordert. Die Anforderungen an Legierungen für Metallkeramiksysteme sind in DIN EN ISO 9693 definiert. Die Voraussetzungen für eine keramische Verblendbarkeit der Legierungen sind eine Rissbeginnfestigkeit > 25 MPa und ein Wärmeausdehnungskoeffizient WAK_25-500°C, der an Verblendkeramik angepasst ist, d.h. bei kommerziellen Metallkeramiken im Bereich von 13,8 bis 14,3 × 10^–6/K.
Herausnehmbarer Zahnersatz:
Nach der Norm EN ISO 6871-1 für Edelmetallfreie Dental-Gusslegierungen (Teil 1: Kobalt-Basis Legierungen) zur Herstellung von herausnehmbarem Zahnersatz bestehen folgende Anforderungen an die Zusammensetzung: Cr > 25 %; Mo > 4 %; Co + Ni + Cr > 85 %. Für den Einsatz als herausnehmbarer Zahnersatz eine min. Dehngrenze von 500 MPa und eine min. Bruchdehnung von 3 % gefordert.
Eine wichtige Gebrauchseigenschaft für Legierungen im Dentalbereich ist die Härte. Hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und manuellen Bearbeitbarkeit im Dentallabor ist zu fordern, dass sich die Legierung mit den üblichen Werkzeugen und Hilfsmitteln mit hoher Werkzeugstandzeit in kurzer Zeit bearbeiten lässt. Nach vorliegenden Erfahrungen soll für die wirtschaftliche Bearbeitbarkeit die Vickershärte der Legierung unter 300 HV 10 liegen. Die niedrige Vickershärte ist auch von Wichtigkeit, wenn die künstlichen Zähne in Kontakt mit natürlichen Zähnen kommen. Um die sog. Antagonistenabrasion beim Kontakt zu minimieren ist ebenfalls eine Härte unter 300 HV 10 günstig.
Die qualitativen Anforderungen für herausnehmbaren und festsitzenden Zahnersatz hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit sind in der DIN EN ISO 10271 definiert. Es wird die Art und Menge der gelösten Ionen mittels Statischem Einlagerungstest bestimmt, wobei für die Klassifizierung „sehr gut" nach ISO 16744 die Summe der freigesetzten Ionen nach 7 Tagen kleiner als 10 μg/cm² betragen muss.

In DE 101 36 093 C1 sind kohlenstofffreie Kobalt-Basis-Legierungen beschrieben, die zur Herstellung von Dentalgussskeletten und Suprakonstruktionen geeignet ist. Diese Legierungen beinhalten mind. 0,2 % Cer und mind. 0,15 % Stickstoff, was den Nachteil hat, dass diese Legierungen im Feingussverfahren produziert werden müssen und somit weniger wirtschaftlich herzustellen sind. Der Einsatz von Cer hat weiterhin den Nachteil, dass die schmelztechnische Verarbeitung im Dentallabor erschwert wird, da Cer beim Aufschmelzen oxidiert. Die Vickershärte der Legierung aus DE 10136093 C1 beträgt 310 HV 10.

In DE 41 23 606 C2 ist eine Kobalt-Basis-Legierung zur Herstellung von Dentalprothetikteilen beschrieben. Diese Legierung besteht aus 22-25 % Chrom, 6,5-8 % Molybdän, 4-6 % Wolfram, 0,9-1,8 % Silizium, ≤ 0,3 % Mangan, > 0,15 % Stickstoff, 0,15-0,35 % Seltenerdmetalle und Rest Kobalt. Auch diese Legierung erfordert wie die Legierung aus DE 10136093 C1 durch den Zusatz von Seltenerdmetallen und Stickstoff die Herstellung im aufwändigeren und teureren Feingussverfahren. Das Ausführungsbeispiel der DE 41 23 606 C2 weist eine Vickershärte von 340 HV 10 auf.

DE 3624377 A1 beschreibt eine korrosionsbeständige, nickelfreie Kobalt-Chrom-Legierung mit einer Härte unterhalb 320 HV 10 vorzugsweise unter 270 HV 10, die 15-24 % Chrom, 2 bis 15 % Eisen, 3-10 % Molybdän und Rest Kobalt enthält und für medizinische Implantate und festsitzende Dentalprothesen geeignet ist. Der Ausdehnungskoeffizient der Legierung beträgt zwischen 14,8 und 16,1 × 10^–6/K womit die Legierung nicht zur Verblendung mit kommerziellen Metallkeramiken, die Ausdehnungskoeffizienten WAK_25-500°C von Legierungen zwischen 13,8 und 14,3 × 10^–6/K voraussetzen, geeignet ist.

In DE 3436118 C2 sind Legierungsbeispiele beschrieben, die eine Vickershärte unter 300 HV 10 aufweisen. Diese Legierungen enthalten kein Wolfram und besitzen somit wesentlich geringere Dehngrenzen (350-570 MPa) und relativ hohe Wärmeausdehnungskoeffizienten (WAK_25-600°C 14,6-15,0 × 10^–6/K). Außerdem beinhalten diese Legierungen die Seltenerdmetalle Eisen sowie Cer und/oder Yttrium.

In DE 3923258 A1 wird eine edelmetallfreie Legierung als Werkstoff für mit Keramik zu verblendenden Zahnersatzteilen genannt, die eine Vickershärte ≤ 240 HV 10 besitzt und sehr gut mechanisch bearbeitbar ist. Diese Legierung enthält allerdings 15-37 % Nickel, eine Komponente, die aufgrund ihres Allergiepotenzials heute bei CoCr-Dentallegierungen nicht mehr eingesetzt wird.

Die dentalen Prothesengerüste der Legierung aus DE 10226221 C1 setzen sich aus 28-34 % Chrom, 5-9 % Molybdän, 1-3 % Wolfram, 0,9-1,3 % Silizium, 0,15-0,3 % Mangan, 0,1-0,3 % Stickstoff, 0,1-0,3 % Kohlenstoff, kleiner 0,1 % Nickel und Rest Kobalt zusammen. Die Legierung (Ausführungsbeispiel, Tabelle 2) weist hohe mechanische Werte bei Dehngrenze und Zugfestigkeit auf, aber auch eine Vickershärte von 369 HV 10.

In DE 10231737 wird eine Edelmetallfreie Dentalguss-Legierung beschrieben, die besteht aus 25-35 % Chrom, 3-12 % Wolfram, 2-6 % Molybdän, 0,8-1,5 % Silizium, bis zu 0,3 % Mangan, 0,1-0,35 % Stickstoff, 0,2-1,5 % Tantal, < 0,1 % Nickel und Rest Kobalt. Diese Kohlenstoff- und Seltenerdmetallfreie Legierung erreicht sehr gute mechanische Eigenschaften (Dehngrenze, Zugfestigkeit, E-Modul), besitzt aber auch eine hohe Vickershärte (336 HV 10).

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, eine Kobalt-Basis-Legierung derart zu konzipieren, dass sie eine Vickers-Härte aufweist, die eine problemlose mechanische Nachbearbeitung gestattet, und die für festsitzenden und herausnehmbaren Zahnersatz geeignet ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Legierungsbestandteilen des Patentanspruchs 1.

Die erfindungsgemässe Legierung enthält keine Seltenerdmetalle (z.B. Cer, Lanthan, Yttrium) und kann daher im wirtschaftlichen Stranggussverfahren produziert werden. Mit der erfindungsgemässen Legierung lassen sich mittels konventioneller dentaler Gießtechnologien prothetische Versorgungen (Kronen, Brücken, Suprastrukturen, Modellgussprothesen, etc.) herstellen, welche sich aufgrund der niedrigen Härte nach dem Gießprozess sehr gut mechanisch bearbeiten lassen. Die ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften lassen die Verwendung für festsitzenden und herausnehmbaren Zahnersatz zu.

Die Kobalt-Chrom-Legierung für Dentalprothesen zur keramischen Verblendung oder Kunststoffverblendung aus DE 3416608 C1 enthält 16-22 % Eisen und weist eine Vickershärte zwischen 300 und 420 HV 10 auf und ist somit nicht mit der Zusammensetzung und den Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierung vergleichbar, denn in der erfindungsgemässen Legierung ist Eisen als Komponente nicht enthalten.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Tabelle 1: Beispiele für festsitzende prothetische Restaurationen
Tabelle 2: Eigenschaften der Beispiele für festsitzende prothetische Restaurationen aus Tabelle 1
Die Legierung aus Beispiel 3 weist z.B. einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 14,0 × 10^–6/K auf. Die Rissbeginnfestigkeit der Legierung wurde in Kombination mit kommerziellen Verblendkeramiken (Creation Classic, VITA VM 13) geprüft und betrug jeweils > 40 MPa. Diese Legierung ist somit für die keramische Verblendung bestens geeignet.
Tabelle 3: Beispiele für herausnehmbare prothetische Restaurationen
Tabelle 4: Eigenschaften der Beispiele für herausnehmbare prothetische Restaurationen aus Tabelle 3
Die Eigenschaften der Beispiele 7 bis 9 aus Tabelle 4 machen deutlich, dass die Legierung sehr gut für die herausnehmbare Prothetik geeignet ist, da sie einen hohen Elastizitätsmodul (Maß für die Steifigkeit) und eine hohe Dehngrenze und eine sehr niedrige Härte aufweist und ist somit im Vergleich zu kommerziellen Modellgusslegierungen sehr leicht manuell zu bearbeiten (Fräsen, Polieren).

Claims

Kobalt-Basis-Legierung zur Herstellung von dentalen prothetischen Restaurationen mit einem Cr-Gehalt von 24 % bis ca. 30 %, W-Gehalt von 4 % bis ca. 8 %, Mo-Gehalt von 2 % bis ca. 5 %, Si-Gehalt von 1 % bis ca. 1,5 %, Mn-Gehalt von 0,1 % bis ca. 0,5 %, N-Gehalt von 0,1 % bis ca. 0,35 %, Rest Co und eventuelle Herstellungsbedingte Verunreinigungen kleiner 0,5 %.
Verwendung der Kobalt-Basis-Legierung nach Anspruch 1 für herausnehmbaren Zahnersatz (wie Modellgussprothesen, Suprastrukturen, Stege u. dgl.) mit der Maßgabe, dass der Molybdängehalt mind. 4 % und die Summe aus Wolfram- und Molybdängehalt kleiner 10 % beträgt.
Kobalt-Basis-Legierung zur Herstellung von herausnehmbaren Zahnersatz, gekennzeichnet durch einen Cr-Gehalt von 27,6 %, W-Gehalt von 5 %, Mo-Gehalt von 4,5 %, Si-Gehalt von 1,1 %, Mn-Gehalt von 0,4 %, N-Gehalt von 0,3 %, Rest Co und eventuelle Herstellungsbedingte Verunreinigungen kleiner 0,5 %.
Kobalt-Basis-Legierung zur Herstellung von herausnehmbarem Zahnersatz nach Anspruch 3 mit einer Vickershärte HV 10 kleiner 300.
Kobalt-Basis-Legierung zur Herstellung von herausnehmbarem Zahnersatz nach Anspruch 3 mit einer Dehngrenze R_p0,2 größer als 650 MPa.
Verwendung der Kobalt-Basis-Legierung gemäß Anspruch 3 als Gusswerkstoff für herausnehmbare dentale prothetische Restaurationen wie Modellgussprothesen, Suprastrukturen, Stege u. dgl.
Kobalt-Basis-Legierung zur Herstellung von festsitzenden dentalen prothetischen Restaurationen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Cr-Gehalt von 28 %, W-Gehalt von 5 %, Mo-Gehalt von 3 %, Si-Gehalt von 1,3 %, Mn-Gehalt von 0,2 %, N-Gehalt von 0,25 %, Rest Co und eventuelle Herstellungsbedingte Verunreinigungen kleiner 0,5 %.
Kobalt-Basis-Legierung zur Herstellung von festsitzendem Zahnersatz nach Anspruch 7 mit einer Vickershärte HV 10 kleiner 300.
Kobalt-Basis-Legierung zur Herstellung von festsitzendem Zahnersatz nach Anspruch 7 mit einer Dehngrenze R_p0,2 größer als 650 MPa.
Verwendung der Kobalt-Basis-Legierung gemäß Anspruch 7 als Gusswerkstoff für festsitzende dentale prothetische Restaurationen wie Inlays, Kronen, Brücken u. dgl.
Kobalt-Basis-Legierung nach Ansprüchen 1-10, welche im Wesentlichen Kohlenstofffrei ist.