DE102007040260A1 - Verfahren zur Herstellung von farbigen keramischen Sinterkörpern, insbesondere für zahnmedizinische Anwendungen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von farbigen keramischen Sinterkörpern, insbesondere für zahnmedizinische Anwendungen Download PDF

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Abstract

Zur Herstellung von gefärbten keramischen Sinterkörpern, insbesondere für zahnmedizinische Anwendungen, ist es bekannt, auf die Keramikkörper eingefärbte Schichten in einem gesonderten Verfahren aufzutragen oder eine poröse Oberflächenschicht des Keramikkörpers mit einer flüssigen Aufbereitung des zu färbenden Stoffs zu tränken und nachzubehandeln. Das ist ein aufwändiges Verfahren. Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, dass der oder die färbenden Stoffe trocken in Pulverform dem Werkstoff der Grundzusammensetzung dem zu erzeugenden keramischen Körper zugegeben und mit diesem trocken homogen gemischt werden.

Description

  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von farbigen keramischen Sinterkörpern, insbesondere für zahnmedizinische Anwendungen.
  • Keramik ist wegen seiner Biokompatibilität ein bevorzugter Werkstoff in der Prothetik. Besonders geeignet sind Al2O3-, ZrO2-, Si3N4-, MgO- und SiAlON-Keramiken. Durch Färbung von Keramik lässt sich ein Zahnersatz herstellen, dessen Farbe sich der Farbe der natürlichen Zähne anpassen lässt. Es ist bekannt, auf Keramikkörper eingefärbte Schichten in einem gesonderten Verfahren aufzutragen oder eine poröse Oberflächenschicht des Keramikkörpers mit einer flüssigen Aufbereitung des zu färbenden Stoffs zu tränken und nachzubehandeln. Das ist ein aufwändiges Verfahren.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, farbige keramische Sinterkörper, insbesondere für zahnmedizinische Anwendungen, herzustellen, die zusätzlich hervorragende mechanische Eigenschaften aufweisen und sich im vorgesinterten Zustand als Weißkörper leicht bearbeiten lassen.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Herstellungsverfahren, bei dem der oder die die Keramik färbenden Stoffe der keramischen Grundzusammensetzung in Pulverform zugegeben werden.
  • Der Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass ein völlig durchgefärbter keramischer Sinterkörper erzeugt wird. Es ist nicht mehr erforderlich, auf die Keramikkörper eingefärbte Schichten in einem gesonderten Verfahren aufzutragen oder eine poröse Oberflächenschicht des Keramikkörpers mit einer flüssigen Aufbereitung des zu färbenden Stoffs zu tränken und nachzubehandeln.
  • Als färbende Stoffe eignen sich neben Eisenoxid (Fe2O3) auch andere Metalloxide wie insbesondere CeO2, Er2O3, Pr6O11 sowie Seltenerdenelemente oder Elemente der Nebengruppen.
  • Das Ergebnis sind gleichmäßig durchgefärbte keramische Sinterkörper, die sich auf Grund ihrer Weißdichte als Weißkörper leicht bearbeiten lassen, so dass in diesem Zustand bereits die endgültige Form, beispielsweise als Zahnersatz in Form einer Brücke, erreicht wird.
  • Die keramische Grundzusammensetzung in Pulverform wird mit in Pulverform zuzugebenden färbenden Stoff oder Stoffen trocken gemischt und dann durch auf den Werkstoff abgestimmtes Pressen, bevorzugt durch axiales oder isostatisches Pressen, in Form gebracht. Die Korngrößen der zu mischenden Stoffe sind so aufeinander abgestimmt, dass die Mischung homogen wird und keine Segregation auftritt. Sie liegt in den für die Herstellung hochfester Keramiken üblichen, auf die jeweiligen Werkstoffe abgestimmten Bereichen.
  • Die gepressten Rohlinge werden auf eine vorgegebene Weißdichte zwischen 2,8 g/cm3 und 3,30 g/cm3 bei den jeweiligen Werkstoffen angepassten Temperaturen vorgesintert, die zwischen 950 °C und 1200 °C liegen. Nach dem Vorsintern erfolgt die Bearbeitung der Weißkörper durch Drehen, Fräsen, Schleifen oder einer geeigneten Kombination dieser Bearbeitungsverfahren in die Endform. Die 3-Punkt-Biegefestigkeit der Weißkörper beträgt 40 MPa bis 60 MPa.
  • Nach der Bearbeitung erfolgt das Hartsintern oder Dichtsintern bei den auf die jeweiligen Werkstoffzusammensetzungen abgestimmten Sintertemperaturen, die zwischen 1200 °C und 1900 °C liegen. Falls erforderlich, kann das Sintern auch als heißisostatisches Pressen, HIP, erfolgen oder es erfolgt noch eine HIP-Nachbehandlung für völliges Dichtsintern.
  • Es besteht auch die Möglichkeit, die gepressten Rohlinge direkt hart oder dicht zu sintern und die endgültige Formgebung der Sinterkörper, beispielsweise zu Brücken, durch Hartbearbeitung mit werkstoffabtragenden Werkzeugen vorzunehmen.
  • Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.
  • Hergestellt wird ein durchgefärbter Zirkonoxidkörper. Zunächst erfolgt die Masseaufbereitung im Trockenzustand. Der Werkstoff setzt sich zusammen aus:
    Y2O3 5,15 ± 0,2 w%
    HfO2 < 4,0 w%
    Al2O3 0,25 ± 0,15 w%
    andere Oxide < 0,5 w%
    Fe2O3 0,01 w% bis 0,30 w%
    ZrO2 ergänzt zu 100 w%
  • Die Menge an Fe2O3, die der Grundzusammensetzung zur Einfärbung zugegeben wird, richtet sich nach der geforderten Endfarbe.
  • Nach der Trockenmischung erfolgen ein axiales Pressen und ein Vorsintern bei Temperaturen zwischen 950 °C und 1200 °C. Der Weißkörper mit einer Dichte von 2,8 g/m3 bis 3,30 g/m3 wird beispielsweise durch Drehen oder Fräsen oder Schleifen in seine endgültige Form gebracht. Die 3-Punkt-Biegefestigkeit des Weißkörpers beträgt 40 MPa bis 60 MPa. Nach der Bearbeitung erfolgt das Hartsintern oder Dichtsintern bei Temperaturen zwischen 1100 °C und 1900 °C. Der Sinterkörper ist vollkommen durchgefärbt.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung von farbigen keramischen Sinterkörpern, insbesondere für zahnmedizinische Anwendungen, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die färbenden Stoffe trocken in Pulverform dem Werkstoff der Grundzusammensetzung der zu erzeugenden keramischen Körper zugegeben und mit diesem trocken homogen gemischt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dass zum Färben von Al2O3-, ZrO2-, Si3N4-, MgO- und SiAlON-Werkstoffen Metalloxide wie insbesondere Fe2O3, CeO2, Er2O3, Pr6O11 sowie Seltenerdenelemente oder Elemente der Nebengruppen in Pulverform dem Werkstoff der Grundzusammensetzung zugegeben werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Trockenmischung des Werkstoffs der Grundzusammensetzung mit dem oder den färbenden Stoffen und dem Verdichten zu einem Rohling ein Vorsintern auf eine Weißdichte zwischen 2,8 g/cm3 und 3,30 g/cm3 erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper bei auf die jeweilige Werkstoffzusammensetzung abgestimmten Temperaturen von 950 °C bis 1200 °C vorgesintert werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Bearbeitung der durch das Vorsintern erzeugten, bereits durchgefärbten Weißkörper die endgültige Form der Sinterkörper erreicht wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hartsintern oder Dichtsintern bei auf die jeweilige Zusammensetzung des Werkstoffs abgestimmten Temperaturen von 1100 °C bis 1900 °C erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verdichten der Pulvermischung zu einem Rohling ein Hartsintern oder Dichtsintern erfolgt und die endgültige Formgebung der Sinterkörper durch Hartbearbeitung mit werkstoffabtragenden Werkzeugen erfolgt.
  8. Sinterkörper, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zur Verwendung in der Zahnmedizin.
  9. Sinterkörper, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, als Dental-Implantat.
  10. Sinterkörper, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, als Zahnersatz.
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