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Verfahren zur Herstellung keramischer Kunstzähne Die vorliegende Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung keramischer, Trübungsstoffe enthaltender
Kunstzähne besonders vorteilhafter Beschaffenheit.
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Keramische Kunstzähne werden im allgemeinen in der Weise hergestellt,
daß man die Grundsubstanzen, z. B. Feldspat, und Trübungsstoffe, z. B. Quarz, Kaolin,
Zinnoxyd, Aluminiumoxyd od. dgl., in geeigneten Mengenverhältnissen und Aufteilungsgraden
miteinander vermischt und entweder unter Zugabe von geeigneten Hilfsstoffen direkt
zu einem Rohzahn verformt und diesen brennt oder aber daß man aus den genannten
Rohstoffen zunächst eine Vorschmelze herstellt und aus der so gewonnenen Fritte
nach Pulverisierung und Zufügung von Hilfsstoffen die keramischen Zähne formt und
brennt. Dem letztgenannten Verfahren wird dabei allgemein der Vorzug gegeben, weil
es zu transparenteren und daher naturähnlicheren Produkten führt.
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Auch durch spezielle Brennverfahren, z. B. durch Brennen der Zähne
unter Vakuum, ist es gelungen, den Transparenzgrad der keramischen Zähne zu steigern
und diese dem Naturzahn noch weiter anzugleichen. Auf diese Weise ist es zwar gelungen,
die Transparenz der Kunstzähne weitgehendst der des natürlichen Zahnes anzunähern.
Ein sichtbarer Mangel bei allen diesen Produkten besteht jedoch noch darin, daß
diese nicht das spezifische Verhalten des natürlichen Schmelzes bei auffallendem
bzw. durchfallendem Licht zeigen. Namentlich bei hochtransparenten jugendlichen
Zähnen fällt auf, daß die Schneidekanten im auffallenden Licht ausgesprochen blau
wirkende Partien zeigen, während dieselben Teile im durchfallenden Licht gelblichrot
erscheinen. Alle Versuche, keramischen Kunstzähnen auch noch diese Eigenschaften
zu verleihen und damit auch noch in dieser Hinsicht Naturzähnen anzugleichen, schlugen
bisher fehl.
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Es wurde nun festgestellt, daß man die vorerwähnten, die Eigenschaften
des Naturzahnes aufweisenden keramischen Kunstzähne mit Trübungsstoffen erfindungsgemäß
dann erhält, wenn die Trübungsstoffe mit einer Teilchengröße, welche maximal in
der Größenordnung der Lichtwellenlänge liegt, den keramischen Grundsubstanzen zugesetzt
und die so erhaltenen Massen in an sich bekannter Weise verarbeitet werden.
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Als Trübungsstoffe können hierbei grundsätzlich alle Stoffe wirksam
sein, deren zugesetzte Teilchen bei der angegebenen Verarbeitung der Massen einerseits
nicht in störendem Ausmaß in der Grundmasse aufgelöst werden und andererseits nicht
in störendem Maße über den angegebenen Größenbereich hinauswachsen, also im wesentlichen
in ihrer Größe erhalten bleiben.
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Der erwähnte, mit den Trübungsteilchen erreichte optische Effekt
läßt sich mit den physikalischen Gesetzen der Lichtstreuung erklären, nach denen
die verschiedenen Wellenlängen des sichtbaren Lichtes durch die Trübungsteilchen
der angegebenen Teilchengröße in verschiedener Weise gestreut werden und denen zufolge
die Zahnsubstanz im durchfallenden oder auffallenden Licht verschiedene Färbungen
annimmt, indem das stärker gestreute blaue Licht nur in der Draufsicht und das weniger
gestreute gelbrote Licht nur in der Durchsicht in Erscheinung tritt.
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Die Gesetze der Lichtstreuung lehren nun - aber, daß es bei der Hervorrufung
des beschriebenen Effektes nicht allein auf die Größe der streuenden Teilchen ankommt,
sondern auch auf ihre Zahl in der Volumeinheit der umgebenden Substanz und auf den
Brechungsindex der Teilchen relativ zu dem der Umgebung. Obgleich man diese Gesetzmäßigkeiten
schon seit einer Reihe von Jahrzehnten kennt, fanden sie in der Zahnkeramik noch
keine Anwendung.
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Zwar gelang es der Glastechnologie schon vor längerer Zeit, opaleszierende
Gläser zu entwickeln, aber dort handelt es sich einerseits um Herstellungsverfahren,
die im allgemeinen wesentlich von denen der Zahnkeramik abweichen, und andererseits
um Stoffsysteme, auf die sich die zahnkeramischen Verfahren entweder gar nicht anwenden
lassen oder die bei Anwendung zahnkeramischer Verfahren unter den gegenwärtigen
Entwicklungsbedingungen und bei den
heutigen Anforderungen an die
Qualität keramischer Zähne zu völlig unbefriedigenden Produkten führen müssen.
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Der Umstand, daß die Gesetze der Lichtstreuung seit langem, zum Teil
seit fast 100 Jahren bekannt und die erwähnten Erfahrungen in der Glastechnologie
ebenfalls recht alt sind, ohne daß der Fachmann bislang von diesen Gesetzen bzw.
dort gesammelten Erfahrungen auf dem Gebiet der Herstellung von Zahnmassen Gebrauch
gemacht hätte, um das seit langem bestehende Problem der Herstellung von Zahnmassen
mit den beschriebenen charakteristischen optischen Eigenschaften zu lösen, zeigt
mit Deutlichkeit, daß das erfindungsgemäße Verfahren in keiner Weise nahegelegen
hat. Bedenkt man noch, daß Verfahren zur Herstellung solcher Zähne für die Praxis
nur dann bedeutungsvoll sind, wenn sie deren Herstellung ohne außergewöhnlichen
Ausschuß erlauben, und berücksichtigt man noch, welche besonderen Anforderungen
an die keramischen Zähne gestellt werden (hohe mechanische Festigkeitswerte, gute
Biege-und Stoßfestigkeit, gute Temperaturwechselbeständigkeit, gute Schleifbarkeit,
geringe Splitterneigung, Stabilität des Opaleszenzeffektes bei den in der Zahntechnik
üblichen thermischen Beanspruchungen usw.), dann muß es überraschen, in wie einfacher
Weise durch das erfindungsgemäße Verfahren das schon seit langem bestehende Problem
gelöst wurde, in technisch brauchbarer Weise keramische Zähne herzustellen, welche
das beschriebene besondere optische Verhalten der natürlichen Zähne zeigen und gleichzeitig
die erwähnten besonderen Anforderungen an keramische Zähne erfüllen.
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Das Verfahren kann beispielsweise derart durchgeführt werden, daß
man zunächst vorzerkleinerten Feldspat in einer Kolloidmühle auf kolloidale Feinheit
vermahlt und andererseits Trübungsstoffe bis auf eine Teilchengröße, welche maximal
von der Größenordnung der Lichtwellenlänge, d. h. etwa 0,4 bis 0,8 y ist, bringt
und aus beiden Ausgangsstoffen unter Zufügung üblicher Beischläge eine keramische
Rohmasse herstellt, die dann in bekannter Weise zu Zähnen verformt und vorzugsweise
unter vermindertem Druck gebrannt wird. Bei einem solchen vorzugsweise anzuwendenden
Brennen unter vermindertem Druck braucht ebenso wie bei den sonstigen, nachstehend
noch geschilderten weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens die
Druckmiuderung nicht während des gesamten Brandes aufrechterhalten zu werden, sondern
sie kann auch mit Beginn der Glattbrandperiode aufgehoben werden, wobei das Brenngut
nach Aufhebung der Druckminderung auch unter einen höheren als atmosphärischen Druck
gesetzt werden kann.
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Nach einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung können die Trübungsstoffe in einer Teilchengröße, welche maximal von der
Größenordnung der Lichtwellenlänge ist, auch in der Weise der keramischen Masse
einverleibt werden, daß die Trübungsstoffe zunächst in Form einer entsprechenden
Salzlösung in eine Suspension der keramischen Rohmasse eingeführt, innerhalb derselben
auf deren Stoffteilchen ausgefällt werden, und die nach Abtrennen der überschüssigen
Flüssigkeit erhaltene Rohmasse in an sich bekannter Weise weiterverarbeitet wird.
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Vorzugsweise wird hierbei so verfahren, daß Zirkonnitratlösung einer
wäßrigen Suspension feinstver-
mahlenen Feldspates zugesetzt und durch Zugabe von
Ammoniak unlösliches Zirkonhydroxyd auf den Feldspatteilchen niedergeschlagen wird,
worauf die keramische Masse nach Abfiltrieren oder sonstigem Abtrennen überschüssiger
Flüssigkeit und etwaiger Frittung und erneuter Vermahlung in an sich bekannter Weise
geformt und vorzugsweise unter vermindertem Druck gebrannt wird.
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Ein solches Vorgehen bietet den besonderen Vorteil, daß dabei eine
neue kostspielige, zeitraubende und leicht zu unerwünschten Verunreinigungen führende
Feinstmahlung und die bekannten Schwierigkeiten im Umgang mit so fein vermahlenen
Substanzen vermieden werden, indem bereits eine solche Ausfällung der Trübungsstoffe,
z. B. als Hydroxyde, zu Niederschlägen in der gewünschten kolloidalen Feinheit führt
und hierfür nur sehr geringe Mengen von Zirkonnitrat und Ammoniak erforderlich sind,
nämlich - ausgedrückt in Zirkonoxyd - bis zu etwa 1010, bezogen auf das Trockengewicht.
Bei einem solchen Fällungvorgang ändert sich sofort auch das rheologische Verhalten
der Suspension, selbst wenn nur geringe Mengen der Trübungsmittellösung und des
Fällmittels zugesetzt werden, indem dann aus der »mageren« eine quasi plastische
Masse wird, was auch für den weiteren Formungsprozeß gegebenenfalls von Vorteil
ist.
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Die vorerwähnte etwaige Frittung und erneute Vermahlung vor der Formung
ist dann am Platze, wenn man die für die normale Zahnherstellung übliche und praktisch
leichter beherrschbare Korngröße zu erhalten wünscht. Es wird durch eine solche
etwaige Zwischenfrittung der Effekt der opaleszierenden Trübung keineswegs verschlechtert,
sondern eher noch verbessert.
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Nach einer weiteren Ausführungsform des erfilldungsgemäßen Verfahrens
kann man in der Weise vorgehen, daß man zunächst eine Masse mit einem Überkonzentrat
an Trübungsstoffen der gewünschten Teilchengröße herstellt und mit dieser dann die
keramische Masse, aus der der Zahn geformt wird, in jeweils gewünschtem bzw. erforderlichem
Umfange versetzt.
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Bei der Herstellung der erwähnten Masse mit einem Überkonzentrat
an Trübungsstoffteilchen der gewünschten Teilchengröße kann man entweder in der
bisher beschriebenen Weise verfahren, daß man die Trübstoffteilchen in der gewünschten
Teilchengröße der Grundmasse unmittelbar zusetzt, oder so, daß man die Trübstoffteilchen
in einer übersättigten Lösung des Trübstoffes in der Oberkonzentrat-Grundmasse durch
Abkühlen, Tempern und/oder Anlassen erzeugt. Derartige Massen mit einem Überkonzentrat
an Trübstoffteilchen lassen sich zuweilen besonders vorteilhaft bei hohen, über
dem Schmelzpunkt der keramischen Masse liegenden Temperaturen herstellen. Beim Versetzen
der keramischen Zahngrundmasse mit den Überkonzentraten lassen sich durch Veränderung
der Konzentration Zwischentönungen und verschiedene Intensitäten bei den so hergestellten
Kunstzähnen wahlweise einstellen.
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Beispiel Man mischt reinen Feldspat kolloidaler Teilchengröße mit
10 Gewichtsprozent Hirschauer Kaolin einer Teilchengröße von etwa 0,4 bis 0,8 Z
bis zur völlig homogenen Verteilung miteinander. Dieses Pulver wird mit einer Stärkepaste
und Wasser zu einer plastischen
Masse von in der Zahnkeramik üblicher
Konsistenz angeteigt und daraus der Rohzahn geformt.
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Dieser wird etwa 10 Minuten bei 1300C C unter einem Druck von 10 mm
Quecksilber gebrannt, wobei etwa während der letzten 5 Minuten diese Druck minderung
aufgehoben werden kann. Der Schmelz des so erhaltenen Kunstzahnes zeigt im auffallenden
Licht eine bläuliche Färbung, im durchfallenden Licht dagegen eine gelblichrote
Färbung.