DE10346774B4

DE10346774B4 - Verfahren zur Herstellung keramischer Dentalformteile und Dentalformteil

Info

Publication number: DE10346774B4
Application number: DE10346774A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Eiselt; Tassilo Dr.-Ing. Moritz
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; GDF Gesellschaft fuer Dentale Forschung und Innovationen GmbH
Current assignee: GDF Gesellschaft fuer Dentale Forschung und Innovationen GmbH
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2003-10-06
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2023-10-07
Also published as: DE10346774A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung keramischer Dentalformteile wie Kronen, Brücken oder dergleichen, bei dem eine Suspension keramischer Partikel auf ein Modell einer für das Dentalformteil vorgesehenen Grundstruktur aufgebracht und der so erhaltene Grünkörper gesintert wird, wobei die Suspension Farbträger aufweist, wobei die Farbträger mittels elektrophoretischer Abscheidung auf das Modell aufgebracht werden, wobei vor der Abscheidung eine Zwischenschicht auf das Modell zur Herabsetzung der Adhäsion zwischen Grünkörper und Modell appliziert wird, wobei das Material der Zwischenschicht ausgewählt ist aus der Gruppe: Vinylalkohole, Saccharide und Acrylate.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß Anspruch 1 ein Verfahren zur Herstellung keramischer Dentalformteile und gemäß Anspruch 31 ein Dentalformteil.

DE 101 15 820 A1 offenbart u. a. ein Verfahren zur Herstellung vollkeramischer Dentalformteile wie Kronen, Brücken oder dergleichen, bei dem eine Suspension keramischer Partikel auf ein Modell der Grundstuktur, für die das Dentalformteil vorgesehen ist, aufgebracht wird, und der so erhaltene keramische Grünkörper, ggf. nach Entfernen von dem Modell, gesintert wird, wobei die Abmessungen des Modells so gewählt sind, daß der beim Sintern des Grünkörpers eintretende Schrumpf kompensiert wird, um die gewünschte Passung zwischen Dentalformteil und Grundstruktur zu erreichen.

DE 101 26 968 A1 offenbart u. a. ein Verfahren zur Herstellung von Dentalprothesen, das dadurch gekennzeichnet ist, das man ein gefärbtes Pigment oberflächlich auf Polymerpartikel aufbringt, man die pigment beschichteten Polymerpartikel mit einem Bindemittel kombiniert und zu einer fließfähigen oder pastenförmigen Dispersion oder zu einer Tablette formt, man eine oder mehrere Dispersionen und/oder eine oder mehrere Tabletten und/oder Teile von Tabletten mit einem polymerisierbaren Matrixmaterial und Füllstoff mischt, man die Mischung zu einer Dentalrestauration oder einem Teil davon formt und anschließend härtet.

DE 100 21 437 A1 offenbart u. a. ein Verfahren zur Herstellung von vollkeramischen Gerüsten, insbesondere Käppchen als Alumina, in der Zahntechnik, wobei der Stumpf eines Arbeitsmodells mit einer Folie oder einem Trennmittel, das bei Temperaturen über 45°C flüssig ist und bei Raumtemperatur eine lippenstiftartige Konsistenz aufweist, überzogen wird, auf diesen Überzug ein Schlicker aufgebracht wird und nach Trennung vom Arbeitsmodell der Schlicker nach Trocknung zum Gerüst gebrannt wird, das anschließend glasinfiltriert wird, wobei ein elektrisch leitfähiger Überzug verwendet wird, der in ein Gefäß mit Schlicker getaucht wird und durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen dem Gefäß und dem leitfähigen Überzug ein Auftrag des Feststoffes des Schlickers auf dem Stoff des Arbeitsmodells erfolgt.

Aus DE 43 24 438 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung keramischer Dentalformteile wie Kronen, Brücken oder dergleichen, bekannt, bei dem eine Suspension keramischer Partikel auf ein Modell einer für das Dentalformteil vorgesehenen Grundstruktur aufgebracht und der so erhaltene Grünkörper gesintert wird, wobei die Suspension Farbträger ausweist.

Fallweise kann eine unregelmäßige Färbung hergestellt werden, so daß hiermit ästhetische Probleme verbunden sind und darüber hinaus nur bedingt Brücken her gestellt werden können.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, ein Verfahren zur Herstellung keramischer Dentalformteile bereitzustellen, das reproduzierbar einen hohen Grad an zahnähnlicher Färbung und Aussehen bereitstellt und darüber hinaus problemlos Brücken hergestellt werden können und ein Dentalformteil bereitzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein Dentalformteil nach Anspruch 31 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung keramischer Dentalformteile wie Kronen, Brücken oder dergleichen wird zunächst eine Suspension keramischer Partikel auf ein Modell einer für das Dentalformteil vorgesehenen Grundstruktur aufgebracht und der so erhaltene Grünkörper gesintert, wobei die Suspension Farbträger ausweist. Erfindungswesentlich ist auch die Tatsache, daß die Farbträger mittels elektrophoretischer Abscheidung auf das Modell aufgebracht werden, da überraschenderweise eine besonders homogene und steuerbare Einfärbung des entstehenden Grünkörpers und des später nach der Sinterung erhaltenen Dentalformteils ermöglicht wird. In vielen Fällen wird ein gegenüber vergleichbaren Produkten wesentlich erhöhter Grad an zahnähnlicher Färbung bei makelloser Oberflächenbeschaffenheit erhalten.

In diesem Kontext ist es weiterhin wesentlich, daß vor der Abscheidung eine Zwischenschicht auf das Modell zur Herabsetzung der Adhäsion zwischen Grünkörper und Modell appliziert wird und das Material der Zwischenschicht ausgewählt ist aus der Gruppe: Vinylalkohole, Saccharide und Acrylate.

Farbträger können beispielsweise und insbesondere Farbpigmente sein, beispielsweise anorganische Oxidverbindungen, insbesondere solche von Elementen aus der Gruppe Fe, Ti und Seltenerdelemente.

In der Praxis hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Farbträger ausgewählt sind aus der Gruppe Fe-, Ti- und Seltenerdmetall-Oxide.

Dabei haben sich zwei Verfahrenswege in der Praxis als vorteilhaft herausgestellt:
Zunächst kann die Suspension durch Zugabe von Pigmenten eingefärbt oder aber die keramischen Partikel vor Herstellung der Suspension eingefärbt werden. Die erste Vorgehensweise ist in vielen Fällen ausreichend, während die zweite Vorgehensweise für besondere Farbeffekte hilfreich ist.

Schließlich ist es generell vorteilhaft, wenn die elektrophoretische Abscheidung hilfselektrodenfrei durchgeführt wird, d. h., daß nur eine Abscheide- und eine Gegenelektrode benötigt werden, so daß das Verfahren durch Weglassen einer ansonsten üblichen weiteren Elektrode apparativ weniger aufwendig zu gestalten ist.

Beispielsweise kann es sich bei dem Zwischenschicht-Material um Polyacrylate, Polysaccharide, Polyvinylalkohole, Wachs sowie Folien aus PE (Polyethylen), PP (Polyprophylen) oder PVC (Polyvinylchlorid) handeln. Dieses wird insbesondere auf das Modell mittels Handauftragung appliziert.

Eine andere Möglichkeit der Applikation ist das Tiefziehen einer Folie (zahntechnisch allgemein bekanntes Verfahren).

Zunächst ist es vorteilhaft, wenn ein Modellmaterial verwendet wird, das die auftretende keramische Schwindung durch Expansion zumindest teilweise bis vollständig kompensiert, um in ihren Dimensionen korrekte Dentalformteile herzustellen. Hierbei kann es sich beispielsweise um phosphatgebundene Keramiken handeln (Keramiken, die insbesondere durch Abbindungsreaktion von Ammoniumphosphaten mit Magnesiumoxiden in Gegenwart von Wasser entstehen).

In der Praxis hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Expansion des Modellmaterials nach entsprechender Aktivierung, beispielsweise dem Zusatz von Wasser, innerhalb von zwei Stunden, insbesondere innerhalb von einer Stunde, abgeschlossen ist, wobei die Expansion häufig eine Abbindeexpansion ist, insbesondere mit Wasser. Bei dem Modellmaterial handelt es sich beispielsweise um eine phosphatgebundene Keramik.

Es ist von Vorteil, da bewährt, wenn das Modellmaterial 60 Gew.-% Siliziumdioxid, 10 Gew.-% Magnesiumoxid und 30 Gew.-% Ammoniumdihydrogenphosphat enthält und das Anrühren mit Wasser im Verhältnis 100 g Farbstoff zu 26 ml Fluid durchgeführt wird oder wenn das Modellmaterial 70 Gew.-% Siliziumdioxid, 10 Gew.-% Magnesiumoxid und 20 Gew.-% Ammoniumdihydrogenphosphat enthält und das Anrühren mit Wasser im Verhältnis 100 g Farbstoff zu 26 ml Fluid durchgeführt wird.

Schließlich hat es sich in der Praxis als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Modellmaterial Siliziumdioxid, Magnesiumoxid, Ammoniumdihydrogenphosphat und Wasser enthält.

Zum späteren Ablösen des Zwischenschichtmaterials besteht die Zwischenschicht vorteilhafterweise aus einem Material, das sich im Dispergiermittel der Suspension nicht, jedoch in einem anderen Lösungsmittel auflöst. Beispielhafte vorteilhafte Materialien der Zwischenschicht sind aus der Gruppe Vinylalkohole, Saccharide und Acrylate ausgewählt.

Weiterhin kann es auch je nach Anwendungszweck vorteilhaft sein, wenn die Zwischenschicht folienartig ausgestaltet ist, da sich hierdurch ein schnelles und unproblematisches Handling einstellt, insbesondere, wenn das Material der Zwischenschicht ausgewählt ist aus der Gruppe: Polyethylen, Polypropylen und Polyvinylchlorid.

Weiterhin kann die Zwischenschicht vorteilhafterweise bei Raumtemperatur fest und durch Erwärmen erweichbar sein, beispielsweise handelt es sich hierbei um Wachs, um eine unproblematische Bearbeitung zu ermöglichen.

Das verwendete Dispergiermittel ist vorteilhafterweise ein polares Lösungsmittel, da es zur Stabilisierung der vorliegenden Ionen in der Suspension beiträgt, wobei insbesondere das verwendete Dispergiermittel mindestens eines aus der Gruppe Wasser, Alkohole, Methanol, Ethanol, i-Propanol, n-Propanol, t-Butanol ausgewählt ist, wobei sich diese Mittel in der Praxis als ausgesprochen effektiv darstellen und sich schließlich Ethanol als besonders vorteilhaft herausgestellt hat.

Die nachfolgenden Ausführungsformen haben sich in der Praxis ausgesprochen bewährt:
Bei der elektrophoretischen Abscheidung liegt die verwendete Stromstärke vorteilhafterweise im Bereich von 1 bis 100 mA.

Die bei der elektrophoretischen Abscheidung verwendete Spannung liegt vorteilhafterweise im Bereich von 1 bis 300 V, insbesondere im Bereich zwischen 5 bis 60 V.

Die Abscheidezeit der keramischen Partikel bei der elektrophoretischen Abscheidung für die Dentalformteile liegt vorteilhafterweise zwischen 0,5 und 30 Minuten, insbesondere zwischen 1 Minute und 20 Minuten.

Die erzielten Wandstärken der Dentalformteile liegen zwischen 0,1 und 2 mm, insbesondere zwischen 0,4 und 1,4 mm.

Nach der Entformung des Grünkörpers wird ein Vorbrand zur Verfestigung desselbigen oder aber der Sinterprozeß durchgeführt.

Die Aufheizraten beim Sintern liegen dabei vorteilhafterweise zwischen 5 und 20 K/min, insbesondere zwischen 7 und 15 K/min.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Dentalformteil weist eine nahezu fehlerfreie Oberflächenstruktur auf.

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.
Ausführungsbeispiel 1:

– Modellmaterial s. Anspruch 11; Abbindeexpansion von 5 % innerhalb von 1,5 h abgeschlossen; Mischungsverhältnis 100 g Pulver zu 26 ml wässrige Kieselsol-Lösung,
– Zwischenschicht ist eine wäßrige Acrylatdispersion,
– Suspension: 100 g Ethanol, 40 g Zirkondioxid, 0,4 g Benzoesäure, 0,8 g Butvar, als Pigment 0,1 g Eisenoxidschwarz,
– Tauchlösung: 80 g Ethanol, 20 g Wasser.

Die Suspension wird durch Rühren und anschließende Ultraschallbehandlung hergestellt. Das Modellmaterial als Kronenstumpf wird über Kupferdraht mit der Elektrode verbunden, eine Zwischenschicht aufgetragen und getrocknet. Anschließend wird Silberleitlack auf die Zwischenschicht aufgetragen zur Kontaktierung mit Kupferdraht und getrocknet. Die Abscheidung erfolgt bei 40V für 10 Minuten. Danach wird die Krone in die Tauchlösung gehalten (Austausch Ethanol gegen Wasser), die Krone vom Modellstumpf abgehoben und bei 1500° C gesintert.
Ausführungsbeispiel 2:

– Modellmaterial s. Anspruch 13; Abbindeexpansion von 6 % innerhalb von 0,5 h abgeschlossen; Mischungsverhältnis 100 g Pulver zu 26 ml wässrige Kieselsol-Lösung,
– Zwischenschicht ist eine wäßrige Acrylatdispersion,
– Suspension: 100 g Ethanol, 40 g Zirkondioxid, 0,4 g Benzoesäure, 0,8 g Butvar, als Pigment 0,1 g Eisenoxidschwarz,
– Tauchlösung: 80 g Ethanol, 20 g Wasser.

Die Suspension wird durch Rühren und anschließende Ultraschallbehandlung hergestellt. Das Modellmaterial als Kronenstumpf wird über Kupferdraht mit der Elektrode verbunden, eine Zwischenschicht aufgetragen und getrocknet. Anschließend wird Silberleitlack auf die Zwischenschicht aufgetragen zur Kontaktierung mit Kupferdraht und getrocknet. Die Abscheidung erfolgt bei 40V für 10 Minuten. Danach wird die Krone in die Tauchlösung gehalten (Austausch Ethanol gegen Wasser), die Krone vom Modellstumpf abgehoben und bei 1500° C gesintert.

Claims

Verfahren zur Herstellung keramischer Dentalformteile wie Kronen, Brücken oder dergleichen, bei dem eine Suspension keramischer Partikel auf ein Modell einer für das Dentalformteil vorgesehenen Grundstruktur aufgebracht und der so erhaltene Grünkörper gesintert wird, wobei die Suspension Farbträger aufweist, wobei die Farbträger mittels elektrophoretischer Abscheidung auf das Modell aufgebracht werden, wobei vor der Abscheidung eine Zwischenschicht auf das Modell zur Herabsetzung der Adhäsion zwischen Grünkörper und Modell appliziert wird, wobei das Material der Zwischenschicht ausgewählt ist aus der Gruppe: Vinylalkohole, Saccharide und Acrylate.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Farbträgern um Farbpigmente handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbträger ausgewählt sind aus der Gruppe der anorganischen Oxidverbindungen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Oxidverbindungen solche von Elementen aus der Gruppe Fe, Ti und Seltenerdelementen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension durch Zugabe von Pigmenten eingefärbt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die keramischen Partikel vor Herstellung der Suspension eingefärbt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrophoretische Abscheidung hilfselektrodenfrei durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für das Modell ein Modellmaterial verwendet wird, das die auftretende keramische Schwindung durch Expansion zumindest teilweise bis vollständig kompensiert.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Modellmaterial 60 Gew.-% Siliziumdioxid, 10 Gew.-% Magnesiumoxid und 30 Gew.-% Ammoniumdihydrogenphosphat enthält und das Anrühren mit Wasser im Verhältnis 100 g Farbstoff zu 26 ml Fluid durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Modellmaterial 70 Gew.-% Siliziumdioxid, 10 Gew.-% Magnesiumoxid und 20 Gew.-% Ammoniumdihydrogenphosphat enthält und das Anrühren mit Wasser im Verhältnis 100 g Farbstoff zu 26 ml Fluid durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansion des Modellmaterials eine Abbindeexpansion ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Modellmaterial dentalgipsfrei ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Modellmaterial Siliziumdioxid, Magnesiumoxid, Ammoniumdihydrogenphosphat und Wasser enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus einem Material besteht, das sich im Dispergiermittel der Suspension nicht, jedoch in einem anderen Lösungsmittel auflöst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht folienartig ausgestaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Zwischenschicht ausgewählt ist aus der Gruppe: Polyethylen, Polypropylen und Polyvinylchlorid.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht bei Raumtemperatur fest und durch Erwärmen erweichbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension ein Dispergiermittel enthält und das verwendete Dispergiermittel ein polares Lösungsmittel ist.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Dispergiermittel mindestens ein Mittel aus der Gruppe Wasser, Alkohole, Methanol, Ethanol, i-Propanol, n-Propanol, t-Butanol ausgewählt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der elektrophoretischen Abscheidung verwendete Stromstärke im Bereich von 1 bis 100 mA liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der elektrophoretischen Abscheidung verwendete Spannung im Bereich von 1 V bis 300 V liegt.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der elektrophoretischen Abscheidung verwendete Spannung im Bereich zwischen 5 bis 60 V liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidezeit der keramischen Partikel bei der elektrophoretischen Abscheidung für die Dentalformteile zwischen 0,5 und 40 Minu ten liegt.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidezeit der keramischen Partikel für die Dentalformteile zwischen 5 Minuten und 30 Minuten liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die erzielten Wandstärken der Dentalformteile zwischen 0,1 und 2 mm liegen.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die erzielten Wandstärken der Dentalformteile zwischen 0,4 und 1,4 mm liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Entformung des Grünkörpers ein Vorbrand zur Verfestigung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Entformung des Grünkörpers der Sinterprozeß durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizraten beim Sintern zwischen 5 und 20 K/min. liegen.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizraten beim Sintern zwischen 7 und 15 K/min. liegen.
Dentalformteil, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30.