DE102012023423A1 - Producing ceramic/metal body used for dental device, by removing binder comprising cellulose acetate from green body consisting of ceramic/metal powder, heat treating green body with acetone and then debinding using acetone, and sintering - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Keramik- oder Metallkörpers, insbesondere einer keramischen oder metallischen Dentalvorrichtung, bei dem ein Grünkörper bestehend aus einem Binder und einem Keramik- oder Metallpulver entbindert wird.The present invention relates to a method for producing a ceramic or metal body, in particular a ceramic or metallic dental device, in which a green body consisting of a binder and a ceramic or metal powder is entbindert.
Ferner betrifft die Erfindung einen Binder, der zusammen mit Keramik- oder Metallpulver ein spritzgussfähiges Granulat bildet und aus einer Mischung aus Wachs und Kunststoff besteht.Furthermore, the invention relates to a binder which forms an injection-moldable granules together with ceramic or metal powder and consists of a mixture of wax and plastic.
Schließlich wird die Verwendung eines Lösungsmittels zur Entbinderung eines Grundkörpers, insbesondere eines Grünkörpers einer Dentalvorrichtung, beansprucht, der aus einem Binder und einem Keramik- oder Metallpulver besteht.Finally, the use of a solvent for debindering a base body, in particular a green body of a dental device claimed, consisting of a binder and a ceramic or metal powder.
Zur Herstellung von Keramik- oder Metallkörpern, insbesondere zur Herstellung von keramischen oder metallischen Dentalvorrichtungen, wird nach dem Stand der Technik das sogenannte Powder Injection Moulding (PIM) verwendet, bei dem ein Pulvercompound aus Keramik- oder Metallpulver im Spritzgussverfahren zu einem Grünling geformt wird. Hierzu werden beim Ceramik Injection Molulding (CIM) Keramikpulver und beim Metall Injection Moulding (MIM) Metallpulver zusammen mit einem Binder in einem geeigneten Mischer, wie beispielsweise einem Scherwalzenextruder, zu einem sogenannten Feedstock vermischt. Der Feedstock liegt anschließend in Form eines spritzgussfähigen Granulats vor. Der Binder hat dabei die Aufgabe, das Keramik- oder Metallpulver zu einer spritzgussfähigen Masse zu binden und den durch Spritzguss oder durch digitale Frästechnik geformten Grünling den nötigen Zusammenhalt zu geben. Dabei besteht der Binder in der Regel aus einer Mischung aus verschiedenen Wachsen, die unterschiedliche Eigenschaften, Schmelz- und Siedetemperaturen aufweisen, und einem Kunststoff, der den Grünling die benötigte Festigkeit gibt.For the production of ceramic or metal bodies, in particular for the production of ceramic or metallic dental devices, so-called Powder Injection Molding (PIM) is used in the prior art, in which a powder compound of ceramic or metal powder is injection molded into a green body. For this purpose, Ceramik Injection Molulding (CIM) ceramic powder and Metal Injection Molding (MIM) metal powder are mixed together with a binder in a suitable mixer, such as a shear roller extruder, to form a so-called feedstock. The feedstock is then in the form of an injection-moldable granules. The binder has the task of bonding the ceramic or metal powder into an injection-moldable mass and of giving the necessary cohesion to the green body formed by injection molding or by digital milling technology. The binder usually consists of a mixture of different waxes, which have different properties, melting and boiling temperatures, and a plastic, which gives the green compact the required strength.
Nachdem der Grünling in der gewünschten Form vorliegt, wird er einer Entbinderung unterzogen. In der Regel erfolgt zunächst eine Vorentbinderung durch verschiedene Lösungsmittel, wie beispielsweise Alkohol oder Wasser. Hierbei werden ca. 50% bis 60% der Binderanteile im Grünling entfernt, wodurch in dem Grünling feine Kanäle entstehen, durch die die restlichen Anteile des Binders bei einer anschließenden Erwärmung auf den Siedepunkt entweichen könne. Die entbinderten Teile werden anschließend einem Sinterprozess unterzogen, wonach die Keramik- oder Metallkörper die gewünschte Festigkeit aufweisen. Der Zeitaufwand einer solchen Entbinderung durch Alkohol oder Wasser und einer anschließenden Wärmebehandlung beträgt je nach Wandstärke und Form des Grünlings ca. 18 Stunden und kann unter Umständen auch mehrere Tage erfordern, womit die Entbinderung von Grünlingen ein aufwendiger, zeitintensiver und mithin kostspieliger Verfahrensschritt ist.After the green compact is in the desired shape, it is subjected to debindering. As a rule, a preliminary debinding is first carried out by various solvents, such as, for example, alcohol or water. In this case, about 50% to 60% of the binder content in the green compact is removed, resulting in the green compact fine channels through which the remaining portions of the binder could escape in a subsequent heating to the boiling point. The debinded parts are then subjected to a sintering process, after which the ceramic or metal body have the desired strength. The time required for such a debindering by alcohol or water and subsequent heat treatment is about 18 hours depending on the wall thickness and shape of the green body and may also require several days, making the debindering of green compacts is a complex, time-consuming and therefore costly process step.
Es ist nach dem Stand der Technik auch die Verwendung von Polyoxidmethylen (POM) als Kunststoffanteil innerhalb eines Binders bekannt, der in einem aufwendigen Verfahren durch Salpetersäuredämpfe gelöst und ausgetrieben wird. Hierdurch kann der Zeitaufwand für die Entbinderung auf bis zu 5 Stunden verkürzt werden, wozu allerdings ein spezieller und teurer Entbinderungsofen einzusetzen ist, da es bei diesem Verfahren zu äußerst giftigen und gesundheitsgefährdenden Emissionen kommt, was der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens entgegensteht.It is also known in the prior art, the use of polyoxymethylene (POM) as a plastic component within a binder, which is dissolved in a complex process by nitric acid vapors and expelled. As a result, the time required for the debindering can be shortened to up to 5 hours, including a special and expensive debinding furnace is to use, as it comes in this process to extremely toxic and harmful emissions, which precludes the efficiency of the process.
Weitere Details zu bekannten Herstellverfahren von Dentalvorrichtungen und Spritzgussverfahren sind unter anderem in
Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren zur Herstellung eines Keramik- oder Metallkörpers, dem Binder für ein spritzgussfähiges Granulat und der Verwendung eines Lösungsmittels ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Zeitaufwand für die Entbinderung eines Grünkörpers ohne einen finanziellen Mehraufwand und ohne die Erzeugung von umweltbelastenden Emissionen zu reduzieren.Starting from the above-mentioned method for producing a ceramic or metal body, the binder for injection-moldable granules and the use of a solvent, it is the object of the present invention, the time required for the debindering of a green body without a financial overhead and without the production of polluting Reduce emissions.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen, dass der Binder Celluloseacetat aufweist, das mittels Aceton gelöst wird.To solve this problem, it is proposed by the process according to the invention that the binder comprises cellulose acetate which is dissolved by means of acetone.
Celluloseacetat dient dabei als Kunststoffanteil des Binders, der dem Grünkörper die erforderliche Festigkeit verleiht. Als Lösungsmittel für die Entbinderung wird erfindungsgemäß Aceton eingesetzt, das kostenschonend zu beschaffen ist und das umweltfreundlich eingesetzt werden kann. Insbesondere wird durch die Verwendung von Aceton als Lösungsmittel der Zeitaufwand für die Entbinderung des Grünkörpers erheblich reduziert.Cellulose acetate serves as a plastic component of the binder, which gives the green body the required strength. As a solvent for the debindering acetone is used according to the invention, which is to procure cost-saving and can be used in an environmentally friendly manner. In particular, the time required for debinding the green body is considerably reduced by the use of acetone as solvent.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise bei Grünkörpern angewendet, die im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Hierbei entstehen im Grünkörper Kanäle, durch die die restlichen Binderanteile bei einer anschließenden Wärmebehandlung abgeführt werden. Der entbinderte Grünkörper wird anschließend nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gesintert.The method according to the invention is preferably applied to green bodies which are produced by injection molding. This produces channels in the green body, through which the remaining binder components are removed in a subsequent heat treatment. The debinded green body is then sintered according to a preferred embodiment of the invention.
Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Lösung der oben genannten Aufgabe ein Binder aus einer Mischung aus Wachs und Kunststoff vorgeschlagen, bei dem erfindungsgemäß der Kunststoff Celluloseacetat ist. Hierdurch wird ermöglicht, Aceton als Lösungsmittel verwenden bzw. einsetzen zu können, wodurch sich eine erhebliche Reduzierung der Entbinderungszeit ergibt. Ferner ist der Einsatz von Aceton umweltschonend und kostengünstig.In addition to the process according to the invention, a binder made of a mixture of wax and plastic is used to achieve the abovementioned object proposed, according to the invention, the plastic is cellulose acetate. This makes it possible to use or use acetone as a solvent, resulting in a significant reduction of the binder removal time. Furthermore, the use of acetone is environmentally friendly and inexpensive.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet der Binder zusammen mit dem Keramik- oder Metallpulver ein spritzgussfähiges Granulat für eine Dentalvorrichtung, insbesondere ein Dentalimplantat. Vor allem bei derartigen Vorrichtungen hat sich Celluloseacetat als Kunststoffanteil innerhalb des Binders als besonders geeignet herausgestellt.According to a preferred embodiment of the invention, the binder forms, together with the ceramic or metal powder, an injection-moldable granulate for a dental device, in particular a dental implant. Especially in such devices, cellulose acetate has been found to be particularly suitable as a plastic content within the binder.
Schließlich wird zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabenstellung die besondere Verwendung eines Lösungsmittels zur Entbinderung eines Grünkörpers vorgeschlagen. Erfindungsgemäß weist hiernach der Binder Celluloseacetat auf und als Lösungsmittel wird Aceton verwendet. Hieraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile hinsichtlich der Entbinderungszeit und der Umweltfreundlichkeit.Finally, the special use of a solvent for debinding a green body is proposed to solve the problem underlying the invention. Hereafter, according to the invention, the binder comprises cellulose acetate and acetone is used as the solvent. This results in the already mentioned benefits in terms of debinding time and environmental friendliness.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Aceton als Lösungsmittel für Grünkörper verwendet, die im Spritzgussverfahren hergestellt werden.According to a preferred embodiment of the invention, acetone is used as a solvent for green bodies, which are produced by injection molding.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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