DE102015122864A1

DE102015122864A1 - Verfahren zur Herstellung eines Rohlings sowie dentale Restauration

Info

Publication number: DE102015122864A1
Application number: DE102015122864.5A
Authority: DE
Inventors: Lothar Völkl; Stefan Fecher; Martin Kutzner; Heiner HÖRHOLD
Original assignee: Degudent GmbH
Current assignee: Degudent GmbH
Priority date: 2015-12-28
Filing date: 2015-12-28
Publication date: 2017-06-29
Also published as: ES2763157T3; AU2019275538B2; AU2019275538A1; JP2020103909A; ES2954888T3; US20210338389A1; CN114848191A; JP6946487B2; JP6780003B2; JP2019505288A; EP3397193B1; US20170181818A1; CN108601637A; JP2020103908A; CA3073898A1; EP3685799A1; AU2016383549B2; CA3007603A1; US11090142B2; EP3685799B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Rohlings aus einem keramischen Werkstoff, wobei in eine Matrize schichtweise zumindest zwei Schichten aus keramischem Material unterschiedlicher Zusammensetzungen eingebracht und sodann nach Einbringen der Schichten diese gepresst und anschließend gesintert werden, wobei nach Einbringen einer ersten Schicht diese oberflächlich derart strukturiert wird, dass die erste Schicht über ihre Oberfläche betrachtet in ihrer Höhe bereichsweise voneinander abweicht und sodann als zweite Schicht eine Schicht mit der von der ersten Schicht unterschiedlichen Zusammensetzung in die Form eingebracht wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich unter anderem auf ein Verfahren zur Herstellung eines Rohlings aus einem keramischen Werkstoff, insbesondere eines zur Herstellung einer dentalen Restauration zu verwendenden Rohlings, wobei in eine Form schichtweise zumindest zwei Schichten aus keramischem Material unterschiedlicher Zusammensetzungen eingebracht und sodann die Schichten verpresst und gesintert werden.
Die Erfindung nimmt auch Bezug auf einen vor- oder durchgesinterten Rohling zur Verwendung zur Herstellung einer dentalen Restauration, wie dentales Gerüst, Krone, Teilkrone, Brücke, Kappe, Verblendung, Abutment, Stiftaufbau, insbesondere Krone, Teilkrone oder Brücke, bestehend aus einem keramischen Werkstoff, der insbesondere Zirkoniumdioxid enthält und über seine Höhe betrachtet Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung aufweist.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine dentale Restauration insbesondere Krone, Teilkrone oder Brücke, hergestellt aus einem Rohling aus einem keramischen Werkstoff, der Schichten unterschiedlicher Zusammensetzungen aufweist.
Aus der US 8 936 845 B2 ist ein aus Zirkoniumdioxid bestehender Rohling bekannt, der zur Herstellung von Zahnersatz verwendet wird und aus mehreren Schichten unterschiedlicher chemischer Zusammensetzungen besteht. Dabei weisen die einzelnen Schichten unterschiedliche Anteile von Yttriumoxid auf.
Ein aus Zirkoniumdioxid bestehender Körper weist im L*a*b*-Farbraum entlang einer Geraden eine Abnahme oder Zunahme der Chromatizität auf.
Ein aus Zirkoniumdioxid bestehender Rohling zur Herstellung von dentalen Artikeln nach der WO 2014/062375 A1 weist zumindest zwei Materialbereiche auf, die unterschiedliche Anteile der tetragonalen und kubischen Kristallphase aufweisen, wobei in einem der Bereiche der Quotient größer und in dem anderen Bereich der Quotient kleiner als 1 ist.
Die EP 2 371 344 A1 bezieht sich auf einen Keramikkörper, der von der Oberfläche ausgehend bis zu einer gewünschten Tiefe mit einem Stabilisierungsmittel angereichert ist.
Zirkoniumdioxid wird als keramisches Material zur Herstellung dentaler Restauration benutzt. Dabei kann z. B. aus einem aus Zirkoniumdioxid bestehenden Rohling ein Gerüst gefräst und anschließend gesintert werden. In nachfolgenden Bearbeitungsschritten wird das Gerüst händisch verblendet, wobei zumindest eine Schneide händisch aufgebracht und gebrannt wird. Alle diesbezüglichen Verfahrensmaßnahmen sind aufwändig.
Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und insbesondere die Möglichkeit besteht, ohne aufwändige Nacharbeit aus einem keramischen Werkstoff eine dentale Restauration herzustellen, die ästhetischen Anforderungen genügt und zudem in stark belasteten Bereichen, wie Unterseite von Verbindern einer Brücke, eine hohe Festigkeit aufweist.
Zur Lösung der Aufgabe wird das eingangs beschriebene Verfahren derart weitergebildet, dass nach Einbringen einer ersten Schicht diese oberflächlich derart strukturiert wird, dass die erste Schicht entlang ihrer Oberfläche betrachtet in ihrer Höhe bereichsweise voneinander abweicht also keine einheitliche Füllhöhe aufweist und sodann eine von der ersten Schicht in ihrer Zusammensetzung abweichende zweite Schicht in die Form eingebracht wird.
Alternativ besteht die Möglichkeit, dass nach Einbringung der ersten Schicht auf diese eine Zwischenschicht aus einem keramischen Material in die Matrize eingeführt wird, das von dem der ersten Schicht abweicht, dass das Material der ersten Schicht mit dem Material der Zwischenschicht vermischt wird, und dass sodann die zweite Schicht in die Matrize eingebracht wird. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das Material der Zwischenschicht mit dem der ersten Schicht ausgehend von der freien Oberfläche der Zwischenschicht über eine Höhe gemischt wird, die doppelter oder etwa doppelter Höhe der Zwischenschicht entspricht. Ferner ist insbesondere vorgesehen, dass als das Material der Zwischenschicht ein solches verwendet wird, das mit dem der zweiten Schicht gleich ist.
Erfindungsgemäß wird nach der ersten Alternative zunächst eine erste Schicht aus schüttfähigem Material in eine Matrize eingebracht. Hierbei kann es sich z. B. um ein eingefärbtes zahnfarbenes Zirkoniumdioxidgranulat handeln, das z. B. eine Schüttdichte zwischen 1g/cm³ und 1,4 g/ cm³ aufweist, insbesondere im Bereich zwischen 1,15 g/cm³ und 1,35 g/cm³. Nach Einbringen des Granulats, das eine Korngröße D50 zwischen 40µm und 70µm aufweisen kann, wird die Oberfläche geglättet, um sodann eine Struktur derart auszubilden, dass sich Erhebungen und Täler ergeben, die insbesondere parallel zueinander, insbesondere jedoch konzentrisch oder parallel zueinander verlaufen. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass die Struktur durch ein sich relativ zu der ersten Schicht bewegendes, insbesondere drehendes Element gebildet wird, das insbesondere mit einem wellen-, kamm- oder sägezahnartig ausgebildeten Abschnitt die erste Schicht in ihrem Oberflächenbereich strukturiert. Es erfolgt quasi ein “Harken“ der Oberfläche, um die Struktur, also die sich abwechselnden Erhebungen und Täler auszubilden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Struktur derart eingebracht wird, dass Volumen der Erhebungen gleich oder in etwa gleich Volumen der Vertiefungen bzw. Täler ist.
Bevorzugterweise sollte das sägezahnartige Element V-förmige Zähne aufweisen, die symmetrisch ausgebildet sind und deren Flanken einen Winkel zwischen 15° und 45° einschließen. Der Abstand aufeinanderfolgender Zähne, also Abstand Spitze-Spitze sollte zwischen 1 und 4mm, vorzugsweise zwischen 1mm und 3mm liegen.
Sodann wird in die Form das schüttfähige zweite keramische Material eingebracht, das von den durch die Täler gebildeten Senken der Struktur ausgehend mengenmäßig zunimmt, so dass in Folge dessen eine quasi kontinuierliche Zunahme des Anteils der zweiten Schicht über die Höhe der Erhebungen erfolgt. Nachdem die Oberfläche geglättet wurde, werden die Schichten verpresst, wobei sich eine Dichte im Bereich um 3 g/cm³ ergibt. Anschließend erfolgt ein Vorsintern bei einer Temperatur zwischen 700 °C und 1100 °C, insbesondere in einem Bereich zwischen 800 °C und 1000 °C über eine Zeit von z. B. 100 min bis 150 min. Der so hergestellte Rohling wird sodann bearbeitet, um z. B. durch Fräsen und/oder Schleifen eine gewünschte dentale Restauration herzustellen, die anschließend gesintert wird, bis eine Enddichte erzielbar ist, die z. B. beim Zirkoniumdioxid zwischen 6,0 und 6,1 g/cm³ liegt.
Das Durchsintern erfolgt z. B. über eine Zeit zwischen 10 min und 250 min in einem Temperaturbereich zwischen 1300 °C und 1600 °C. Auch bei einer etwas höheren Temperatur kann ein Durchsintern durchgeführt werden. Sintert man bei einer Temperatur, die z. B. 100 °C über der von dem Hersteller des Ausgangsmaterials angegebenen Durchsintertemperatur liegt, so spricht man von einem Übersintern, wobei die Sinterzeit derjenigen entspricht, die für das Durchsintern gilt.
Insbesondere erfolgt das Durchsintern im Bereich zwischen 1350°C und 1550°C, wobei Dichten zwischen 6,00 und 6,1g/cm³, insbesondere zwischen 6,04 und 6,09 g/cm³ erzielbar sind.
Durch das Durchdringen der Schichten ergibt sich der Vorteil, dass über die Höhe des Rohlings unterschiedliche physikalische und optische Eigenschaften erzielbar sind. So kann dann, wenn die erste Schicht im erforderlichen Umfang eingefärbt ist, nach dem Durchsintern ein zahnfarbener Randbereich erzielt werden, der über den Übergangsbereich, der durch die sich durchdringenden ersten und zweiten Schichtmaterialien entsteht, in der die Intensität der Zahnfarbe kontinuierlich abnimmt und gleichzeitig die Transluzenz in gewünschter Weise zunimmt Aus dem Rohling wird sodann die dentale Restauration insbesondere durch Fräsen unter Berücksichtigung des Schichtverlaufs hergestellt, wobei die dentale Restauration so in den Rohling „gelegt“ wird, dass im Bereich der zweiten Schicht die Zahnschneide verläuft.
Unabhängig hiervon ist aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre ein kontinuierlicher Übergang zwischen den Schichten gegeben, so dass Farbe bzw. Transluzenz kontinuierlich abnimmt bzw. zunimmt und auch in Bezug auf die Biegefestigkeit ein Einstellen derart erfolgen kann, dass der Bereich der dentalen Restauration, der einer besonderen Belastung ausgesetzt ist, eine höhere Biegefestigkeit als die nicht so stark belasteten Bereiche aufweist. Dabei erfolgt kein abrupter Übergang, sondern erwähntermaßen ein kontinuierlicher, also quasi stetiger, und zwar über die Höhe der herzustellenden dentalen Restauration, eine Möglichkeit, die der Stand der Technik nicht kennt; denn entweder werden Schichten unterschiedlicher Zusammensetzungen übereinander angeordnet, so dass sich eine stufenförmige Änderung ergibt, oder ausschließlich von der Außenfläche ausgehend erfolgt eine Veränderung der Materialeigenschaften, also über die gesamte dentale Restauration und nicht über deren Höhe.
In bevorzugter Weise ist vorgesehen, dass die Möglichkeit des Vermischens der Schichtmaterialien dadurch eröffnet wird, dass ein Element insbesondere um eine entlang der Längsachse der Form verlaufende Achse gedreht wird, um die auch als wellenartige oder sägezahnartige zu bezeichnende Struktur durch Verdrängen von Material der Oberfläche der ersten Schicht zu erzielen. Es besteht auch die Möglichkeit, die Struktur durch ein in Richtung der Oberfläche auf die erste Schicht einwirkendes Druckelement auszubilden, das insbesondere in seiner Oberfläche verlaufende Erhebungen mit zwischen diesen verlaufenden Vertiefungen aufweist, so dass die Negativform von dem auch als Stempel zu bezeichnendes Element in die Oberfläche der ersten Schicht eingeprägt wird. Sodann wird – wie zuvor erläutert – das keramische Material der zweiten Schicht eingefüllt, dann geglättet, um ausschließlich die Schichten gemeinsam zu pressen und den Pressling sodann vorzusintern.
Als das keramische Material wird insbesondere ein solches verwendet, das mit Yttriumoxid (Y₂O₃), Kalziumoxid (CaO), Magnesiumoxid (MgO) und/oder Ceroxid (CeO₂), insbesondere jedoch mit Yttriumoxid, dotiertes Zirkoniumdioxid enthält, wobei das Material der ersten Schicht in Bezug auf Farbe und/oder bei Raumtemperatur stabilisierte Kristallform von dem Material der zweiten Schicht verschieden ist.
Des Weiteren sieht die Erfindung vor, dass das Material der ersten und/oder zweiten Schicht mit zumindest einem färbenden Oxid aus Elementen der Gruppe Pr, Er, Fe, Co, Ni, Ti, V, Cr, Cu, Mn, Tb, bevorzugterweise Fe₂O₃, Er₂O₃ oder Co₃O₄, gefärbt wird.
Auch zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die erste und die zweite Schicht in ihren aufeinander liegenden Bereichen über eine Höhe H durchdrungen werden, die ein 1/15 bis ein Viertel, insbesondere ein 1/10 bis 1/5 der Gesamthöhe der ersten und zweiten Schicht beträgt.
Die erste Schicht sollte im unstrukturierten Zustand eine Höhe aufweisen, die in etwa 1/2 bis 2/3 der Summe der ersten und zweiten Schicht entspricht.
Damit die erste Schicht sich durch eine hohe Festigkeit auszeichnet und die zweite Schicht im gewünschten Umfang transluzent ist, sieht die Erfindung in Weiterbildung vor, dass der Anteil von Yttriumoxid in der ersten Schicht 4,7 Gew.-% bis 7,0 Gew.-% und/oder der Anteil in der zweiten Schicht 7,0 Gew.-% bis 9,5 Gew.-% beträgt, wobei der Anteil von Yttriumoxid in der ersten Schicht geringer als der in der zweiten Schicht ist.
Ferner sollte der Quotient von tetragonaler Phase zur kubischen Phase des Zirkoniumdioxids sowohl in der ersten Schicht als auch in der zweiten Schicht nach dem Vorsintern ≥ 1 sein.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Zirkoniumdioxid in der ersten Schicht zumindest 95% tetragonale Kristallform aufweist. In der zweiten Schicht sollte die tetragonale Kristallphase zwischen 51% und 80% liegen. Der Rest sollte insbesondere durch die kubische Kristallphase gebildet sein.

Bevorzugterweise wird als Grundmaterial für die erste und zweite Schicht folgende Zusammensetzung in Gew.-% gewählt:

HfO₂	< 3.0
Al₂O₃	< 0,3
Technisch bedingte, unvermeidbare Beimengungen ≤ 0,2 (wie SiO₂, F₂O₃, Na₂O)
im Falle der ersten Schicht: Y₂O₃	4,5 bis 7,0
im Falle der zweiten Schicht: Y₂O₃	7,0 bis 9,5
färbende Oxide:	0–1,5
ZrO₂ = 100% – (Y₂O₃ + Al₂O₃ + HfO₂ + unvermeidbare Beimengungen + färbende Oxide)

Die Erfindung zeichnet sich folglich unter anderem durch folgende Maßnahmen aus. Zunächst wird in eine Form ein erstes zahnfarbenes, eingefärbtes keramisches Material eingefüllt, das überwiegend aus Zirkoniumdioxid besteht. Die Einfüllhöhe entspricht dabei ca. der 1/2 bis 2/3 Rohlingshöhe vor dem Pressen.
Sodann wird die Oberfläche durch ein speziell strukturiertes Element oder einen Stempel strukturiert, wobei die Struktur auf einen kontinuierlichen Übergang der Eigenschaften von dem ersten Material zu dem zweiten Material ausgelegt werden kann. Auch kann die Oberflächengeometrie, der ersten Schicht an den Diffusionskoeffizienten der Schichtmaterialien ausgerichtet werden.
Vorzugsweise wird ein sich drehendes Element benutzt, das in die Form, d. h. in die Matrize, in der sich die erste Schicht befindet, abgesenkt wird und sodann im erforderlichen Umfang in die erste Schicht eintaucht. Durch Rotieren des schichtseitig struktierten wie wellen- oder kammartig ausgebildeten Elementes wird die Oberfläche gezielt strukturiert. Alternativ kann die Oberfläche durch einen Pressstempel mit geeigneter Geometrie strukturiert werden.
Anschließend wird die Matrize mit dem zweiten insbesondere geringer eingefärbten keramischen Material gefüllt werden, welches eine höhere Transluzenz und auch einen höheren Y₂O₃ Anteil aufweisen sollte. Sodann erfolgt ein übliches Verpressen der keramischen Materialien und das Vorsintern.
Die Erfindung wird auch dann nicht verlassen, wenn nach Einbringen der ersten Schicht, die vorzugsweise einer Zahnfarbe entsprechend eingefärbt ist und überwiegend aus Zirkoniumdioxid besteht, sodann ein Material zur Bildung einer Zwischenschicht in die Matrize eingefüllt wird. Dieses Material sollte geringer eingefärbt sein als das erste Material und gleichfalls im Wesentlichen aus Zirkoniumdioxid bestehen, dessen Yttriumoxidanteil höher als der der ersten Schicht ist. Die Zwischenschicht kann z. B. eine Höhe von einem 1/10 bis 1/5 der Gesamthöhe der in die Matrize einzubringenden Schichten aufweisen. Sodann wird das Zwischenschichtmaterial mit der ersten Schicht vermischt. Dabei erfolgt das Durchmischen mit einem Element, das zumindest in die erste Schicht über eine Tiefe eindringt, die der Höhe der Zwischenschicht entspricht. Anschließend wird eine Schicht entsprechend zuvor erläuterter zweiten Schicht in die Matrize eingefüllt, welche zu einer höheren Transluzenz führt und einen höheren Yttriumoxidanteil als die erste Schicht aufweisen sollte. Wie zuvor erläutert, erfolgt anschließend das Verpressen der keramischen Materialien zu einem Rohling und das Vorsintern, um anschließend aus dem so hergestellten Rohling insbesondere eine dentale Restauration durch Fräsen herauszuarbeiten. Als weiterer Bearbeitungsschritt kommt sodann das Durchsintern. Das Material der Zwischenschicht sollte das der zweiten Schicht sein.
Unabhängig von dem zuvor beschriebenen Verfahren erhält man nach dem Durchsintern eine monolithische dentale Restauration, die nicht verblendet werden muss, gleichwenn dann, wenn dies erfolgt, die Erfindung nicht verlassen wird.
Ein vor- oder durchgesinterter Rohling zur Verwendung zur Herstellung einer dentalen Restauration, wie dentales Gerüst, Krone, Teilkrone, Brücke, Kappe, Verblendung, Abutment, Stiftaufbau, bestehend aus einem keramischen Werkstoff, der insbesondere Zirkoniumdioxid enthält, und über seine Höhe Schichten unterschiedlicher Zusammensetzungen aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass der Rohling drei Schichten aufweist, von denen eine über zumindest 1/10 bis 1/5 der Höhe des Rohlings sich erstreckende mittlere Schicht aus einem Material der ersten Schicht und einem Material der zweiten Schicht oder eines Zwischenschichtmaterials besteht. Dabei zeichnet sich die Erfindung insbesondere dadurch aus, dass in der mittleren Schicht der Anteil des Materials der ersten Schicht und ausgehend von dieser in Richtung der zweiten Schicht kontinuierlich oder im Wesentlichen kontinuierlich abnimmt.
Erfindungsgemäß erfolgt ein stetiger Übergang zwischen der ersten und zweiten Schicht, so dass in Folge dessen auch bei gefärbten Schichtmaterialien eine kontinuierliche Änderung der Färbung und Transluzenz möglich ist. Auch besteht durch diesbezügliche Maßnahmen die Möglichkeit, Festigkeitswerte im gewünschten Umfang zu verändern, wobei insbesondere diejenigen Bereiche, die einer hohen Belastung ausgesetzt sind, wie Unterseiten von Verbindern von Brücken aus dem Bereich des Rohlings herausgearbeitet werden, in dem die erste Schicht verläuft, die die höchste Festigkeit aufweist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der keramische Werkstoff zumindest 85 Gew.-% Zirkoniumdioxid enthält, das mit Yttriumoxid dotiert ist, wobei der Anteil an Yttriumoxid in der ersten Schicht bis 7,0 Gew.-% beträgt und der Anteil an Yttriumoxid in der ersten Schicht geringer als in der zweiten Schicht ist.
Des Weiteren ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die erste Schicht abweichend von der zweiten Schicht gefärbt und/oder mit Yttriumoxid dotiert ist derart, dass die durchgesinterte Restauration in Zahnachsenrichtung betrachtet wurzelseitig eine höhere Festigkeit als schneideseitig und/oder schneideseitig eine höhere Transluzenz als wurzelseitig aufweist.
Eine dentale Restauration, insbesondere Krone, Teilkrone oder Brücke, hergestellt aus einem Rohling zuvor beschriebener Art, zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Restauration in Zahnachsenrichtung betrachtet aus zumindest einer wurzelseitig verlaufenden ersten Schicht, schneideseitig verlaufenden zweiten Schicht und zwischen diesen verlaufenden mittleren Schicht besteht, die in ihrer Festigkeit von der ersten Schicht ausgehend in Richtung der zweiten Schicht kontinuierlich oder im Wesentlichen kontinuierlich abnimmt und/oder in ihrer Transluzenz zunimmt.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre kann eine Dentalrestauration kostengünstig und reproduzierbar hergestellt werden, ohne dass auf die Schneide zwingend manuell eine Verblendkeramik aufgetragen werden muss. Dabei besteht die Möglichkeit, die Festigkeit durch Zusammensetzung der keramischen Werkstoffe derart einzustellen, dass im Bereich hoher Belastung die höchste Biegefestigkeit erzielbar ist.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von den Zeichnungen zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung und mittels dieser durchführbare Verfahrensschritte,
2 die 1b) in vergrößerter Darstellung,
3a) bis d) Prinzipdarstellungen zur Erläuterung von Rohlingseigenschaften,
4 eine Prinzipdarstellung einer aus einem Rohling gem. 3 herzustellenden Brücke, und
5 eine Prinzipdarstellung eines alternativen Verfahrens.
Anhand der Fig., in denen grundsätzlich gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, soll die erfindungsgemäße Lehre verdeutlicht werden, aufgrund der insbesondere dentale Restaurationen aus einem keramischen Werkstoff hergestellt werden, die einen monolithischen Aufbau derart aufweisen, dass nach dem Durchsintern ein unmittelbar einsetzbar monolithischer Zahnersatz zur Verfügung steht. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Rohling hergestellt wird, der aus mehreren Schichten keramischen Materials mit voneinander abweichenden Zusammensetzungen besteht, durch die entsprechend der herzustellenden dentalen Restauration insbesondere gewünschte optische und mechanische Eigenschaften erzielbar sind, die zu einem unmittelbaren Einsatz des Zahnersatzes führen, ohne dass es z. B. erforderlich ist, dass nach dem Durchsintern eine Schneide händisch aufgebracht und gebrannt wird. Auch sind gezielt gewünschte Festigkeitswerte in den Bereichen erzielbar, in denen hohe Belastungen auftreten, wie in Verbinderunterseiten von Brücken.

Anhand der 1 und 2 wird die Herstellung eines Rohlings beschrieben, aus dem eine entsprechende dentale Restauration herstellbar ist. So wird gemäß 1a) in eine Matrize 10 einer Presse 12 zunächst ein erstes Material 14 eingefüllt, bei dem es sich insbesondere um mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirkoniumdioxid handelt, das folgende Zusammensetzung aufweisen kann:

HfO₂	< 3.0
Al₂O₃	< 0,3
Technisch bedingte, unvermeidbare Beimengungen ≤ 0,2 (wie SiO₂, F₂O₃, Na₂O)
Y₂O₃	4,5 bis 7,0
färbende Oxide:	0–1,5
ZrO₂ = 100% – (Y₂O₃ + Al₂O₃ + HfO₂ + unvermeidbare Beimengungen + färbende Oxide)

Anschließend wird eine zweite Schicht 24 in die Matrize 10 eingefüllt (1c)), wobei die Gesamthöhe der Schichten 14 und 24 gleich doppelte Höhe der Schicht 14 im unstrukturierten Zustand ist, ohne dass hierdurch eine Einschränkung der erfindungsgemäßen Lehre erfolgt. Die zweite Schicht kann folgende Zusammensetzung aufweisen:

HfO₂	< 3.0
Al₂O₃	< 0,3
Technisch bedingte, unvermeidbare Beimengungen ≤ 0,2 (wie SiO₂, F₂O₃, Na₂O)
Y₂O₃	7,0 bis 9,5
färbende Oxide:	0–1,5
ZrO₂ = 100% – (Y₂O₃ + Al₂O₃ + HfO₂ + unvermeidbare Beimengungen + färbende Oxide)

Als färbende Oxide werden insbesondere solche aus der Gruppe Pr, Er, Fe, Co, Ni, Ti, V Cr, Cu, Mn, Tb bevorzugt Fe₂O₃, Er₂O₃ oder Co₃O₄ verwendet.
Weist die erste Schicht 14 bevorzugterweise eine Höhe auf, die der Hälfte der Gesamtfläche H der ersten und zweiten Schicht 14, 24 entspricht, so kann die Höhe der ersten Schicht 14 auch 1/2 H bis 2/3 H und damit die der zweiten Schicht 24 1/3 H bis 1/2 H betragen.
Sodann wird die geglättete Oberfläche gemäß Schritt b) strukturiert. Hierzu wird z. B. ein scheiben- oder platten- oder stegförmiges Element 16 benutzt, das im Ausführungsbeispiel schichtseitig eine Zackengeometrie aufweist, so dass in der Oberfläche 18 der Schicht 14 eine entsprechende negative Struktur durch Verdrängen von Material ausgebildet wird.
Diese Struktur stellt sich als konzentrisch verlaufende Erhebungen und von diesen umgebenen Tälern dar. Dabei sollte der Abstand zwischen Erhebung (Spitze) und Tal (Senke), also der lichte Abstand zwischen Vorsprung 20 und Talgrund 22 gemäß 2 in etwa 1/5 der Höhe sämtlicher Schichten sein.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Struktur derart eingebracht wird, dass Volumen der Erhebungen gleich oder in etwa gleich Volumen der Vertiefungen bzw. Täler ist.
Dadurch, dass das Material der zweiten Schicht 24 bis in den Boden der Täler 26 in der Oberfläche 18 der Schicht 14 eindringt, ergibt sich ein kontinuierlicher Übergang zwischen den Eigenschaften der Schicht 14 und der Schicht 24, nach dem gemäß 1d) die Schichten 24, 14 gepresst worden sind. Die Übergangs- oder Zwischenschicht ist in 1d) mit dem Bezugszeichen 28 gekennzeichnet.
Die Schicht 24 besteht aus einem Material, das von dem der Schicht 14 abweicht. Die Abweichung besteht insbesondere in den Farbzusätzen und in dem Anteil von Yttriumoxid. Dabei ist dieser so gewählt, dass der Anteil der kubischen Kristallphase in der Schicht 24 nach dem Vorsintern erheblich größer als der in der Schicht 14 ist. In der Schicht 14 beträgt der tetragonale Kristallphasenanteil mehr als 90 %, wohingegen der kubische Kristallphasenanteil in der Schicht 24 zwischen 30 % und 49 % beträgt. Der Rest ist im Wesentlichen die tetragonale Kristallphase.
Diese unterschiedlichen Kristallphasenanteile ergeben sich dadurch, dass in der Schicht 14 der Yttriumoxidanteil zwischen 4,5 % und 7 % und in der Schicht 24 zwischen 7 Gew.-% und 9,5 Gew.-% liegt, wobei der Anteil in der ersten Schicht 14 geringer als in der zweiten Schicht 24 ist.
In der Schicht 24 ist gegenüber der Schicht 14 der Farboxidanteil reduziert, und zwar liegt dieser im Bereich von 0,0 bis 1,5 Gew.-%, vorzugsweise von 0,005 bis 0,5 Gew.-%. Durch diese Maßnahme ergibt sich, dass zwischen den Schichten 14 und 24 ein kontinuierlicher Farbübergang gegeben ist. Durch den höheren Yttriumoxidanteil wird die Biegefestigkeit reduziert und auch eine höheren Transluzenz in der Schicht 24 im Vergleich zu der Schicht 14 erhalten.
Die größte Festigkeit findet sich in der Schicht 14, in der bei dem aus dem Rohling herauszuarbeitenden Zahnersatz die stark belasteten Bereiche, bei Brücken insbesondere die Verbinderunterseiten verlaufen, wie dies anhand der 4 verdeutlicht wird.
Die Schichten 14, 24 werden mittels eines Stempels 28 gepresst, wobei das Pressen bei einem Druck zwischen 1000 bar und 2000 bar erfolgt.
Das schüttfähige Material, also in dem Zustand, in dem dieses in die Matrize 10 eingebracht wird, weist eine Schüttdichte zwischen 1 g/cm³ und 1,4 g/cm³ auf. Nach dem Pressen liegt die Dichte bei etwa 3 g/cm³.
Durch die Strukturierung ergibt sich in dem Übergangsbereich zwischen den nicht vermischten Bereichen der ersten und zweiten Schicht 14, 24, bevor die Schichten 14 und 24 verdichtet sind, eine Dichte, die bis zu 2 g/cm³ beträgt. Der Übergangsbereich kann auch als mittlere Schicht 28 bezeichnet werden.
Der hergestellte Rohling 33 wird nach dem Pressen aus der Matrize 10 ausgestoßen und in gewohnter Weise vorgesintert, und zwar bei einer Temperatur zwischen 800 °C und 1.000 °C über eine Zeitdauer zwischen 100 Min. und 150 Min. Ein entsprechender Rohling ist auch der 4 zu entnehmen. Der Rohling 33 weist die verdichtete Schicht 14, die verdichtete Schicht 24 und die verdichtete mittleren Schicht 28, d.h. den Übergangsbereich auf.
Wird aus dem Rohling 33 ein Zahnersatz – im Ausführungsbeispiel eine Brücke 34 – gefräst, so wird das Fräsprogramm derart ausgelegt, dass der untere Bereich der Brücke 34 insbesondere im Bereich der Verbinderunterseiten 36, in der die höchste Biegefestigkeit aufweisenden Schicht 14 verläuft. Der Schneidenbereich 40 der Brücke verläuft demgegenüber in der Schicht 24.
Im Übergangsbereich, also in der mittleren Schicht 28, in dem der quasi stetige bzw. kontinuierliche Übergang zwischen den Schichten 14 und 24 erfolgt, verläuft der Übergang zwischen Dentin und Schneide. In dem Bereich 14 verläuft das Dentin.
Anhand der 3 sollen noch einmal wesentliche Merkmale der erfindungsgemäßen Lehre verdeutlicht werden. So ist in 3 noch einmal der Rohling 33 dargestellt mit den Schichten 14 und 24 sowie dem Übergangsbereich 28.
3b soll verdeutlichen, dass das Stabilisierungsmittel in Form von Yttriumoxid in der ersten Schicht 14 bei ca. 5 Gew.-% und in der zweiten Schicht 24 bei ca. 9 Gew.-% liegt und dass auf Grund der erfindungsgemäßen Ausbildung der Zwischenschicht 28 der Anteil des Yttriumoxid kontinuierlich zunimmt. Die Zahlen 0,425H und 0,575H verdeutlichen dabei, dass das in den 1 und 2 dargestellte Element 16 derart in die erste Schicht 14 eintaucht, dass sich Täler ausbilden, die sich in Bezug auf die Gesamthöhe H der Schichten 14, 24 in einem Bereich von 0,075H unterhalb der Oberfläche 18 und die Erhebungen oder Berge einem Bereich 0,075H oberhalb der Oberfläche 18 erstrecken, wobei erwähntermaßen der Abstand zwischen den Spitzen 20 und Tälern 22 der sägezahnförmigen Struktur des Elements 16 ein Abstand 0,15H besitzt.
Messungen durchgesinterter Schichten 14 und 24 gemäß DIN-ISO 6872 haben ergeben, dass die Biegefestigkeit σ_B in der Schicht 14, in der mehr als 80% der tetragonale Kristallphase im Zirkoniumdioxid vorliegt, in etwa 1000 MPa beträgt. Demgegenüber beläuft sich die Biegefestigkeit in der Schicht 24, in der 30–49% kubische Kristallphase vorliegt, auf in etwa 660 MPa.
Aus der 3d ergibt sich die Änderung der Transluzenz über die Höhe der Schichten 14, 24.
Anhang der 5 soll ein alternatives Verfahren erläutert werden, das der erfindungsgemäßen Lehre folgt, um einen Rohling bzw. eine dentale Restauration herzstellen zu können, die einen weitgehend kontinuierlichen Übergang zwischen einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht bzw. im Falle einer Restauration zwischen Dentin- und Schneidenbereich hinsichtlich Transluzenz und Festigkeit bietet.
So wird gemäß 5a in eine Matrize 10 zunächst ein erstes keramischen Material eingebracht, das dem der Schicht 14 gemäß 1 entsprechen sollte. Die entsprechende Schicht in 5a ist mit 114 gekennzeichnet. Die Höhe dieser Schicht kann der halben Höhe der Gesamtschichten betragen, die in die Matrize 10 eingebracht wird. Auf die Schicht 114 wird sodann eine Schicht 127 mit einer Dicke aufgetragen, die im Ausführungsbeispiel 1/10 der Gesamthöhe der Schichten ist. Das Material der Schicht 127 kann dem der zweiten Schicht 24 gemäß 1 entsprechen. Sodann erfolgt ein Vermischen der Schicht 127 mit einem Oberflächenbereich der Schicht 114 über eine Tiefe, die der Dicke der Schicht 127 entspricht. Hierdurch wird eine Zwischenschicht 128 gebildet, die eine Dicke von 2/10 der Gesamthöhe der Schichten aufweist. Auf die Zwischenschicht 128 wird sodann eine weitere Schicht 124 aufgebracht, die der zweiten Schicht 24 gemäß 1 entspricht. Die Höhe der Schicht 124 beläuft sich im Ausführungsbeispiel somit auf 4/10 der Gesamthöhe H. Anschließend werden entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 1 die Schichten 124, 128, 114 insgesamt gepresst, um sodann die Verfahrensschritte Vorsintern, Bearbeiten und Durchsintern durchzuführen, wie dies erläutert worden ist. Selbstverständlich kann das Bearbeiten auch nach dem Durchsintern erfolgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8936845 B2 [0004]
WO 2014/062375 A1 [0006]
EP 2371344 A1 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN-ISO 6872 [0069]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Rohlings (33) aus einem keramischen Werkstoff, insbesondere eines zur Herstellung einer dentalen Restauration zu verwendenden Rohlings, wobei in eine Matrize (10) schichtweise zumindest zwei Schichten (14, 24) aus keramischem Material unterschiedlicher Zusammensetzungen eingebracht und sodann nach Einbringen der Schichten diese gepresst und anschließend gesintert werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach Einbringen einer ersten Schicht (14) diese oberflächlich derart strukturiert wird, dass die erste Schicht über ihre Oberfläche (18) betrachtet in ihrer Höhe bereichsweise voneinander abweicht und sodann als zweite Schicht (24) eine Schicht mit der von der ersten Schicht unterschiedlichen Zusammensetzung in die Form eingebracht wird, oder dass nach Einbringen der ersten Schicht (114) auf diese eine weitere Schicht (127) aus einem keramischen Material in die Matrize (10) eingefüllt wird, das von der ersten Schicht abweicht, dass das Material der ersten Schicht mit dem Material der weiteren Schicht zur Bildung einer Zwischenschicht (128) durchmischt wird, und dass sodann die zweite Schicht (124) in die Matrize (10) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (18) der ersten Schicht (14) derart strukturiert wird, dass Erhebungen und von diesen begrenzte Vertiefungen entstehen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Oberfläche (18) in Draufsicht eine Ringstruktur gebildet wird, die die Erhebungen und die von diesen begrenzten Vertiefungen aufweist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur durch ein sich relativ zu der ersten Schicht (14) bewegendes, insbesondere drehendes, Element (16) erzeugt wird, das insbesondere mit einem wellen-, kamm- oder sägezahnartig ausgebildeten Abschnitt die erste Schicht (14) in ihrem Oberflächenbereich strukturiert.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur durch ein in Richtung der Oberfläche (18) der ersten Schicht (14) einwirkendes Druckelement erzeugt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckelement ein solches verwendet wird, dass in die Oberfläche (18) der ersten Schicht (14) konzentrisch oder parallel verlaufende Erhebungen mit zwischen diesen verlaufenden Vertiefungen eingedrückt werden.
Verfahren nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur derart ausgebildet wird, dass das Volumen der Erhebungen gleich oder in etwa gleich Volumen der Vertiefungen ist.
Verfahren nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der weiteren Schicht (127) mit dem der ersten Schicht (114) ausgehend von freier Oberfläche der weiteren Schicht über eine Höhe durchmischt wird, die doppelter oder in etwa doppelter Höhe der weiteren Schicht entspricht.
Verfahren nach zumindest Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Material der weiteren Schicht (127) ein solches verwendet wird, das dem der zweiten Schicht (24, 124) gleich ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als keramische Materialien solche verwendet werden, die mit Yttriumoxid (Y₂O₃), Kalziumoxid (CaO), Magnesiumoxid (MgO) und/oder Ceroxid (CeO₂), insbesondere mit Yttriumoxid, dotiertes Zirkoniumdioxid enthalten, wobei das Material der ersten Schicht (14) in Bezug auf Farbe und/oder Anteile von bei Raumtemperatur vorliegenden stabilisierten Kristallformen von dem Material der zweiten Schicht (24) verschieden ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der ersten und/oder zweiten Schicht (14, 24) und/oder der Zwischenschicht mit zumindest einem färbenden Oxid aus Elementen der Gruppe Pr, Er, Fe, Co, Ni, Ti, V, Cr, Cu, Mn, Tb bevorzugterweise Fe₂O₃, Er₂O₃ oder Co₃O₄, gefärbt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (14) mit der zweiten Schicht (24) in ihren aufeinanderliegenden Bereichen über eine Höhe durchmischt wird, die 1/5 H bis 1/4 H, insbesondere 1/10 H bis 1/5 H, der Gesamthöhe H der ersten und zweiten Schicht beträgt.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (14) im unstrukturierten Zustand eine Höhe aufweist, die der oder in etwa der Hälfte der Gesamthöhe H der ersten und zweiten Schicht (14, 24) entspricht.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes und/oder zweites keramische Material ein solches verwendet wird, dass der Anteil von Yttriumoxid in der ersten Schicht (14) 4,5 Gew.-% bis 7,0 Gew.-% und/oder der Anteil in der zweiten Schicht (24) 7,0 Gew.-% bis 9,5 Gew.-% beträgt, wobei der Anteil von Yttriumoxid in der ersten Schicht geringer als der in der zweiten Schicht ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als keramisches Material für die erste Schicht (14) und die zweite Schicht (24) solches verwendet wird, dass der Quotient von tetragonaler Kristallphase zur kubischen Kristallphase des Zirkoniumdioxids sowohl in der ersten Schicht als auch in der zweiten Schicht nach dem Vorsintern ≥ 1 ist.
Vor- oder durchgesinterter Rohling (33) zur Verwendung zur Herstellung einer dentalen Restauration (34), wie dentales Gerüst, Krone, Teilkrone, Brücke, Kappe, Verblendung, Abutment, Stiftaufbau, insbesondere mehrgliedrige Brücke, bestehend aus einem keramischen Werkstoff, der insbesondere Zirkoniumdioxid enthält und über seine Höhe betrachtet Schichten unterschiedlicher Zusammensetzungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (33) zumindest drei Schichten aufweist, von denen eine eine sich über zumindest 1/10 H bis 1/5 H der Gesamthöhe H des Rohlings erstreckende mittlere Schicht (28) ist, die aus einem Material der ersten Schicht (14) und der zweiten Schicht (24) besteht.
Rohling nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der mittleren Schicht (28) der Anteil des Materials der ersten Schicht (14) ausgehend von dieser in Richtung der zweiten Schicht (24) kontinuierlich oder im Wesentlichen kontinuierlich abnimmt.
Rohling nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Zirkoniumdioxid mit Yttriumoxid dotiert ist, wobei der Anteil an Yttriumoxid in der ersten Schicht (14) zwischen 4,5 Gew.-% und 7,0 Gew.-% und in der zweiten Schicht (24) zwischen 7,0 Gew.-% und 9,5 Gew.-% beträgt, dass der Anteil an Yttriumoxid in der ersten Schicht geringer als in der zweiten Schicht ist.
Rohling nach Anspruch 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von Yttriumoxid in der mittleren Schicht (28) von der ersten Schicht (14) ausgehend in Richtung der zweiten Schicht (24) orzugsweise kontinuierlich oder im Wesentlichen kontinuierlich zunimmt.
Rohling nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (14) abweichend von der zweiten Schicht (24) gefärbt ist.
Rohling nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Durchsintern des Rohlings (33) die aus diesem hergestellte Restauration (34) in Zahnachsenrichtung betrachtet wurzelseitig eine höhere Festigkeit als schneideseitig und/oder schneideseitig eine höhere Transluenz als wurzelseitig aufweist.
Dentale Restauration (34), insbesondere Krone, Teilkrone oder Brücke, hergestellt aus einem Rohling nach zumindest Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Restauration (34) in Zahnachsenrichtung betrachtet aus zumindest einer wurzelseitig verlaufenden ersten Schicht (40), schneideseitig verlaufenden zweiten Schicht (24) und zwischen diesen verlaufenden mittleren Schicht (28) oder Zwischenschicht (128) besteht, die in ihrer Festigkeit von der ersten Schicht ausgehend in Richtung der zweiten Schicht kontinuierlich oder im Wesentlichen kontinuierlich abnimmt und/oder die in ihrer Transluzenz kontinuierlich oder im Wesentlichen kontinuierlich zunimmt.
Dentale Restauration, nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die dentale Restauration (34) eine Brücke ist, deren Verbinderunterseite bzw. -seiten im Bereich der ersten Schicht (14) verlaufen.