DE19607380C2

DE19607380C2 - Einbettungsformmasse

Info

Publication number: DE19607380C2
Application number: DE19607380A
Authority: DE
Inventors: Juergen Kowalski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-02-28
Filing date: 1996-02-28
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2016-02-29
Also published as: DE19607380A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einbettungsformmasse zur Herstellung von Hohl formen zum Guss von Reintitan oder Titanlegierung, welche 50 bis 100 Gew.-Teile Einbettungsmasse, enthaltend Calciumsulfat und/oder Phosphatverbindungen als Bindemittel und Siliciumverbindungen als Expansionsbestandteile, und 80 bis 140 Gew.-Teile Metalloxid mit einem Schmelzpunkt von mindestens 1900°C enthält, und eine Verwendung der Einbettungsformmasse zur Herstellung eines Gussstücks mit Reintitan und/oder Titanlegierung.

Im Stand der Technik sind verschiedene Möglichkeiten des Einbettungsverfah rens zur Herstellung von Zahnkronen, wie Kappenkronen, Stufenkronen sowie Mo dellgussarbeiten etc., bekannt, die in der Prothetik dem Schutz, der Wiederherstel lung und dem Wideraufbau des Zahns oder dessen Wurzel des Benutzers dienen. Bei den herkömmlichen Einbettungsverfahren wird das Wachsmodell oder Kunst stoffmodell in eine Einbettungsformmasse fixiert. Das Einbetten dient der einfachen Fixierung der Modellform - oder auch Werksstück genannt - z. B. der Modellform aus Wachs oder wachsartigem Material.

Die Modellform stellt das in Wachs, z. B. in Karnaubawachs oder in Guss kunststoff, modellierte Gussobjekt dar. Die herkömmliche Einbettungsformmasse besteht aus Gips als Bindemittel, Quarz, Cristobalit oder Tridymit, wobei als Ab bindeverzögerer Borax, Natriumsulfat als Abbindebeschleuniger, Natriumchlorid und Kaliumchlorid zur Vergrößerung der thermische Expansion verwendet werden. Bei dem herkömmlichen Einbettungsverfahren wird in einem ersten Hitzeschritt die in eine Küvette oder in Gussmuffeln z. B. Gussringe fixierte in die Einbettungs formmasse eingebettete Modellform mitsamt der Einbettungsformmasse so stark erhitzt, dass das Wachs oder der Kunststoff, aus welchem die Modellform besteht, unter rückstandsloser Verbrennung ausgetrieben wird.

Die Einbettungsformmassen können Phosphate als Bindemittel enthalten, wo bei bei ihnen die Abbindung darauf beruht, dass z. B. ein Metalloxyd, wie MgO, mit einem sauren Phosphat chemisch reagiert. Das saure Phosphat, i. e. NH₄H₂PO₄, weist eine Ammoniumgruppe NH₄ auf. Die beiden verbleibenden Wasserstoff Io nen des Moleküls belassen der Verbindung den Säure-Charakter. Beim Zutritt von Wasser werden die beide Wasserstoff Ionen des Phosphats durch das Magnesium des Magnesiumoxyds ersetzt. Hierbei entsteht Ammoniummagnesium-Phosphat NH₄MgPO₄. Nach dem Brennen entsteht das glühfeste und bindende z. B. Magnesi umpyrophosphat.

Die herkömmliche Einbettungsformmasse weist jedoch den Nachteil auf, dass bereits nach dem ersten Hitzeschritt feinste Konturen der Modellform, welche der Zahnausbildung des Benutzers entspricht, nur sehr unzureichend in der den Nega tivabdruck des Gussobjekts darstellenden Hohlform bei der herkömmlichen Ein bettmasse zu finden ist. Jedoch ist es gerade erforderlich, die Oberfläche des Zahns bzw. der Kiefer/Gaumensituation passgenau und konturenscharf ab- und nachzubil den, um einen ausreichenden Sitz des Zahnersatzes für den Benutzer zu erreichen. Darüber hinaus ist das anschließende notwendige sogenannte Schlickern des Wachsobjekts oder Modellform (Beschichten des Wachsobjekts mit Zirkoniumdi oxid) mit z. B. einer Zirkondioxid-Verbindung enthaltenden Schicht sehr zeitaufwendig und mit gesundheitlichen Risiken verbunden, wobei das Schlickern zweimal mit einer Trockenzeit von je 8 Stunden lang erfolgt.

Hinzukommend ist zu beobachten, dass die herkömmlichen Einbettungsform massen während des Erhitzens schrumpfen bzw. schwinden, wobei unter Umstän den das erhaltene Gussstück weit kleinere Abmessungen als erforderlich aufweist. Hinzukommend kann hierbei durch das sogenannte Warmschrumpfen die Festigkeit der herkömmlichen Einbettungsformmassen derart hoch sein, dass es erschwert wird, das Gussstück aus den vorgeformten Spalten der Hohlform der Einbettungs formmasse zu nehmen.

Um die Warmschrumpfung zu verringern wird herkömmlicherweise der Anteil an Expansionsbestandteilen in der Einbettungsformmasse erhöht. Hierbei ist es hin gegen erforderlich, in entsprechenden Anteilen die Menge an reduzierender Sub stanz zu erhöhen. Zudem ist mehr Flüssigkeit der Einbettungsformmasse bei ihrer Herstellung zuzugeben, um eine Konsistenz aufzuweisen, die ein Eindrücken der Gussform ohne wesentliche Formveränderung derselben durch z. B. erhöhte Härte der Einbettungsformmasse erlaubt. Dabei ist nicht auszuschließen, dass die ver schiedenen Zugaben an Anteilen fehlerhaft berechnet, abgewogen und zugegeben werden. Die Folge dieser Unwägbarkeiten sind nicht einheitliche Expansion der herkömmlichen Formmassen.

Weiterhin ist es möglich, durch entsprechendes Aufmaß - also Kleinerdimen sionierung - der Gussform die durch Eindrücken der Gussform in die Einbettungsformmasse hervorgerufene Hohlform so in ihrem Ausmaß zu verkleinern, dass das entsprechende Aufmaß der Schrumpfung der Einbettungsformmasse ausgleicht. Aber auch hierbei ist eine quantitative Berechnung der Schrumpfung und entsprechendes Aufmaß recht schwierig, wenn chendes Aufmaß recht schwierig, wenn nicht gar unmöglich aufgrund des o. g. Ad dierens mehrerer Unwägbarkeiten.

Nach dem ersten Hitzeschritt zum Austreiben unter Verbrennen des Wachses der Modellform und zum feuerfesten Abbinden der Einbettmasse wird die mit der Einbettmasse versehene Gussmuffel an einen herkömmlichen Gussapparat ange schlossen. Als Gussapparate sind Druckgussapparate unter Ausnutzung des Luft- oder Dampfdrucks, Sauggussapparate, welche ein Vakuum ausnutzen, oder Schleu dergussapparate, die die Zentrifugalkraft verwenden, üblicherweise verwendbar. Mit Hilfe des Gussverfahrens wird in einem Hitzeschritt das Gussmetall oder die Guss masse in einem Tiegel unter Hochvakuum bei 10,0 bis 10^-5 Pa erhitzt und fließt hocherhitzt aus dem Tiegel in die vorbereitete Hohlform der Einbettungsmasse.

Auch wenn insbesondere beim Schleudergussverfahren die Zentrifugalkraft benutzt wird, mit der die flüssige Titanlegierung beaufschlagt wird, um möglichst vollständig die Hohlform auszufüllen, zeigt sich, dass der Hohlraum der Hohlform wegen der hohen Oberflächenspannung des Reintitans bzw. Titanlegierung und der Reaktion mit der Einbettungsformmasse bei gleichzeitiger Bildung von α-case oft nur unzureichend mit dem flüssigen Gussmetall ausgefüllt ist, so dass Fehlgüsse entstehen.

Hinzukommend führt die Oberflächenspannung und Oxidation des flüssigen Gussmetalls insbesondere von Reintitan und Titanlegierungen dazu, dass die auf der Gusstiegeloberfläche vorzufindenden verteilten flüssigen Gussmetalltropfen sich nicht zu vereinigen vermögen, um eine homogene einheitliche Gussmetallmasse zu ergeben, die in die Hohlform einfließen könnte, was dazu führt, dass Gussblöcke von vorgegebenem Gewicht verwendet werden müssen, welche aufwendig auf Maß und Gewicht abzudrehen sind. Zudem sind beschichtete Tiegel, welche insbesonde re mit einer Zirkonverbindung beschichtet sind, nur einmal verwendbar.

Üblicherweise kann man das Erhitzen und Einfließen des Gussmetalls so durchführen, dass nach Anlegen des Hochvakuums der Innenraum des Gussapparats und damit sowohl die Hohlform und der Tiegel mit einem gegenüber der Titanlegie rung inerten Schutzgas, z. B. N₂, gespült wird, um unerwünschte aufgrund zumindest des Luftsauerstoffs erfolgter Oxidation mit dem erhitzten Reintitan bzw. Titanlegie rung zu verhindern. Hierbei zeigt sich, dass abgesehen von den Kosten wegen des Evakuierens und Begasens des Gussapparats mit einem Schutzgas sowie der einma ligen Verwendbarkeit des herkömmlichen Tiegels die Aufeinanderfolge der einzel nen Schritte und deren Bedingungen zur Herstellung der Gussform insbesondere das Schlickern und Trocknen desselben sehr genau einzuhalten sind und vorwiegend handwerklich durchzuführen und nicht für eine Herstellungsweise im größeren Maßstab zwecks Senkung der Kosten und Zeitaufwands geeignet sind, ein Umstand also, dem immer mehr aufgrund der zusehends stärker steigenden Kosten für die Gesunderhaltung ebenfalls für die Prothetik Beachtung zu schenken ist.

Darüber hinaus führt die mangelhafte Passgenauigkeit und Konturenunschärfe sowie die Bildung von α-case sowohl der Hohlform und als auch des Gussstücks dazu, dass das Wachsmodell größer, als es den ursprünglichen Abmessungen des Zahns des Benutzers entspricht, dimensioniert werden muss, um hinreichendes abschleifbares Gussmaterial zu bieten, damit ein ausreichendes Nachschleifen und nachträgliches passgenaues Anpassen an die individuelle Ausgestaltung, Form und Kontur des Zahns und der Kiefersituation des Benutzers sowie das Freilegen von α- case freiem Titan zum Zwecke der z. B. Verblendung mit Keramiken zu erreichen sind. Das bedeutet, dass ein weiterer zeitraubender und arbeitsintensiver Schritt in der Herstellung von Zahnkronen und Modellgussobjekten notwendig ist.

Die DE 41 07 919 C1 betrifft eine Gusseinbettmassenmischung, die 30 bis 40 Ma.-% Quarz, 3 bis 7 Ma.-% Cristobalit, 3 bis 7 Ma.-% NH₄H₂PO₄, 3 bis 7 Ma.-% MgO und 40 bis 60 Ma.-% ZrO₂ enthält, verhindert lediglich unerwünschte Reakti onen des Gusseinbettmassenmaterials mit dem Gießwerkstoff, indem zusätzlich Zir kondioxid zugesetzt wird. Es zeigt sich aber, dass die herkömmliche Gusseinbett massenmischung das Auftreten von Metall-Formstoffreaktionen nicht auszuschlie ßen vermag. Hinzutretend erweisen sich die herkömmlichen Gussstücke bei deren Guss in die Hohlformen durch das Auftreten von oberflächlichen Unebenheiten, wie α-cases, aus, so dass aufgrund der nach dem Guß auftretenden oberflächlichen Un ebenheiten des Gussstücks diese in einem weiteren und damit auch kostenträchtigen Schritt nachträglich beseitigt werden müssen.

Auch wird in DE 40 19 818 A1 die Herstellung von Präzisionsgussstücken, wie Zahngussstücken, unter Verwendung von Zirkon- oder Aluminiumoxid und Si liciumoxid offenbart, wobei jedoch gleichfalls die durch Austreiben von Gas her vorgerufenen Gussoberflächenfehler auftreten. Diese Gussoberflächenfehler machen das nachträgliche Bearbeiten der Gussstücke per Hand ebenso erforderlich. Auch die in DE 40 30 542 C1 offenbarte Lehre schlägt zwar die Zugabe eines Zusatz stoffs vor, welcher beim Glühen der Gusseinbettmasse einer Volumenzunahme un terliegt, so dass nicht die erwünschte passgenaue Übereinstimmung zwischen dem Gussstück und der Hohlform bereitgestellt wird.

Auf Aufgabe der vorliegenden Erfindung soll es sein, dass mittels einer be reitzustellenden Einbettungsformmasse konturenscharfe und passgenaue Hohlformen ermöglicht werden, welche als Negativabdruck mit dem Wachs- oder Kunst stoffmodell übereinstimmen. Zudem soll die Einbettungsformmasse das nachträgli che Verarbeiten der Gussstücke überflüssig machen, denn die herkömmlichen Guss stücke zeichnen sich bei deren Guss in die Hohlformen durch das Auftreten von oberflächlichen Unebenheiten wie α-cases aus. Auch das erfindungsgemäße Verfah ren soll das nachträgliche Anpassen des Gussstückes an die Hohlform vermeiden.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Hauptanspruch und den Nebenanspruch. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindungsge genstände.

Die Erfindung betrifft eine Einbettungsformmasse zur Herstellung von Hohl formen zum Guss von Reintitan oder Titanlegierung, welche 50 bis 100 Gew.-Teile Einbettungsmasse, enthaltend Calciumsulfat und/oder Phosphatverbindungen als Bindemittel und Siliciumverbindungen als Expansionsbestandteile, und 80 bis 140 Gew.-Teile Metalloxid mit einem Schmelzpunkt von mindestens 1900°C enthält, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Einbettungsformmasse 2 bis 10 Gew.- Teile reduzierende kohlenstoffhaltige Substanz enthält.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Verwendung der oben ge nannten Einbettungsformmasse zur Herstellung eines Gussstücks mit Reintitan und/ oder Titanlegierung, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Einbettungsform masse mit aqua bidest vermischt und
eine Modellform mit dem Einbettungsformmasse-Wasser-Gemisch überschichtet
und bis zum Austreiben und/oder Verbrennen der Modellform zur Herstel lung einer Gussform in einer Gussmuffel erhitzt werden,
als Modellmasse Kunststoff, Wachs oder wachsähnliches Material als rückstandslos verbrennbares Material verwendet sowie
die Gussmuffel aus der Einbettungsformmasse an eine Gussapparatur gekop pelt werden,
das Reintitan und/oder die Titanlegierung in Festform in einen Tiegel ein gebracht wird, der Tiegel in dem Gussapparat erhitzt,
das erhitzte flüssige Reintitan und/oder Titanlegierung durch Beaufschla gung mit Zentrifugalkraft in die Gussform unter Ausfüllen des Hohlraums der Guss form über einen Gusskanal, welcher die Hohlform mit dem Tiegel flüssigkeitsmäßig verbindet, eingeführt werden, sowie
die Gussmuffel und der Tiegel mit einem Niederdruckvakuum beaufschlagt werden und als Tiegel ein Glaskohletiegel oder Graphittiegel verwendet wird, wobei die Gussmuffel auf 700° bis 850°C sowie der Tiegel auf 1700° bis 1800°C erhitzt werden.

Die erfindungsgemäße Einbettungsformmasse ist zur Einbettung von Modell formen, wie Wachsmodellen oder Kunststoffmodellen, geeignet ist, insbesondere zur Herstellung von Hohlformen zum Guss von Reintitan oder Titanlegierung.

Die Erfindung bezieht sich in einer besonderen Ausführungsform auf eine Einbettungsformmasse, welche zur Einbettung von Modellformen, wie Wachsmo dellen oder Kunststoffmodellen, geeignet ist, insbesondere zur Herstellung von Hohlformen zum Guss von Reintitan oder Titanlegierung, welche dadurch gekenn zeichnet ist, dass die Einbettungsformmasse,
50 bis 100 Gew.-Teile Einbettungsmasse, welche Bindemittel und/oder Ex pansionsbestandteile enthält, wobei die Expansionsbestandteile eine shore-Härte von 10-90 shore aufweisen,
80 bis 140 Gew.-Teile Festsubstanz mit einem Schmelzpunkt von mindestens 1900°C, welche ein Metalloxid ist, und
2 bis 10 Gew.-Teile reduzierende Substanz, welche vorzugsweise eine kohlen stoffhaltige Substanz ist, die besonders bevorzugt Graphit und/oder Aktivkohle umfasst, enthält.

Es zeigt sich, dass durch die Expansionsbestandteile der Einbettungsmasse der erfindungsgemäßen Einbettungsformmasse, z. B. mit Cristobalit, mit einer Korngrö ße von 0,01 bis 50 µm, insbesondere 0.1 bis 35 µm, ganz besonders bevorzugt 1,0 bis 20 µm, am bevorzugtesten 1,0 bis 10 µm, µm, das Ausmaß an der Expansion der Einbettungsmasse beim Erhitzen bzw. beim Erkalten hinreichend gesteuert werden kann, ohne dass es erforderlich ist, den Anteil an z. B. der Flüssigkeit, e. g. aqua bi dest, oder die Konzentration an Expansionsbestandteilen - siehe oben -, z. B. des Cristobalits, in der Einbettungsformmasse zu erhöhen. Das bedeutet, dass das Aus maß an der Expansionsdichte und dem -volumen lediglich durch die Auswahl einer bestimmter shore-Härte des Expansionsbestandteiles nicht nur im voraus kalkuliert sondern, was gerade in der Dentaltechnik wesentlich ist, reproduzierbar ist ohne Schrumpfen oder Schwinden der Einbettungsformmassen.

Überdies erweist es sich von Vorteil, dass durch Expansionsbestandteile mit einer definierten shore-Härte - also von 10 bis 90 shore - vorzugsweise von 20 bis 70 shore, noch mehr bevorzugt 40 bis 50 shore, das Ausmaß an der Expansion der Ein bettungsmasse beim Erhitzen bzw. beim Erkalten ebenso hinreichend steuerbar ist und der Anteil an z. B. der Flüssigkeit, e. g. aqua bidest, oder die Konzentration an Expansionsbestandteilen - siehe oben -, z. B. des Cristobalits, in der Einbettungs formmasse nicht zu erhöhen ist. Das bedeutet, dass das Ausmaß an der Expansions dichte und dem -volumen lediglich durch die Auswahl einer bestimmter shore-Härte des Expansionsbestandteiles und/oder der o. g. Korngröße nicht nur im voraus kal kuliert sondern, was gerade in der Dentaltechnik wesentlich ist, reproduzierbar ist ohne Schrumpfen oder Schwinden der Einbettungsformmassen. Ebenso kann die shore-Härte der Expansionsbestandteile 10 bis 50 shore betragen. Besonders von Vorteil ist eine shore-Härte von 50 shore.

Darüber hinaus sind mittels der erfindungsgemäßen Einbettungsformmasse Gussstücke in reproduzierbarer Form und Volumen herstellbar, auch wenn Ansätze von Einbettungsformmassen gemischt werden, da z. B. im Gegensatz zum Stand der Technik die Unwägbarkeit des Abwiegens und Zusetzens von erhöhter Menge an Cristobalit und dementsprechend mehr reduzierender Substanz und mehr Flüssigkeit entfällt, was üblicherweise erforderlich ist, um die Expansion der herkömmlichen Einbettungsformmasse wie bereits oben angegeben zu beeinflussen.

Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Einbettungsformmassen ist nicht nur die genaue Kontrolle der Expansionsdichte- und des -volumens steuerbar sondern auch die Herstellungszeit der Einbettungsformmasse im Vergleich zu der Herstellung herkömmlicher Formmassen in der Dentaltechnik verringert, ein Um stand, der gerade in Zeiten der erhöhten Aufmerksamkeit, möglichst die Kosten der Zahnbehandlung und -sanierung zu senken, beachtenswert ist.

Shore-Härte ist eine dem Fachmann vertrautes Maß für die den Widerstand ei nes zu prüfenden Körpers bei Beaufschlagung des zu prüfenden Körpers mit einer Kraft, wobei 0 der geringsten Härte und 100 der größten Härte entspricht.

In einer weiteren Ausgestaltung kann unter shore-Härte auch die des zur Her stellung von Expansionsbestandteilen verwendeten Mahlwerks verstanden werden, um eine bestimmte Ausbildung der Expansionsbestandteile in Hinsicht z. B. auf ihre durch Wärme beim intensiven Mahlvorgang veränderbare Festigkeit und Form zu erhalten. Hierbei betrifft shore die Shore-Rückprallhärte von im Mahlwerk verwendetem Metall, wie Stahl, Metalllegierung, Keramikmaterialien etc.. Hierbei kann es sich um eine quasi Elastizitätsprüfung handeln.

Unter Korngröße ist im Sinne der Erfindung auch durchschnittliche Teilchen größe in den partikulären Substanzen wie Expansionsbestandteilen zu verstehen.

Unter Reintitan wird verstanden ein Titan in einer Reinheit von mindestens 99,5%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zu vergießenden Gussmasse, insbeson dere von 99,9 bis 99,96, noch mehr bevorzugt mit einem Reinheitsgehalt von 99,96%.

Als Einbettungsmasse werden Bindemittel und Expansionsbestandteile ver wendet. Hierbei eignet sich als Bindemittel Calciumsulfat (Gips) und/oder Phos phatverbindungen. Insbesondere können saure Phosphatverbindungen wie ammoni umgruppenhaltige z. B. Monammoniumphosphat oder deren Derivate verwendet werden. Als Expansionsbestandteile werden Siliciumverbindungen, wie Siliciumdi oxid wie SiO₂ z. B. Cristobalit, Tridymid, deren Derivate oder Mischungen dersel ben, verwendet. Das Cristobalit kann in Form einer kubischen Hochtemperatur- Form vorliegen. Die Expansionsbestandteile können auch Natrium- und/oder Kali umsalze der Kieselsäuren enthalten, wobei die Natrium- und/oder Kaliumsalze der Kieselsäuren Verbindungen der Formel M₃HSiO₄, M₂H₂SiO₄, MH₃SiO₄ oder Na₂SiO₃ sein können, worin M K oder Na ist. Die Natrium- und Kaliumsilikate be wirken eine Expansion der erfindungsgemäßen Einbettungsformmasse beim Abbin den (nach dem Anrühren).

Es wird das Metalloxid mit einem Schmelzpunkt von mindestens 1900°C ein gesetzt, hierbei ist es möglich, Metalloxid als Pulver und Metalloxid in Staubform in einem Mischungsverhältnis zueinander von 1 : 1 in die Einbettungsmasse zu vermi schen. Als Metalloxid sind Metalloxidpulver mit einer Teilchengröße von 15 bis 70 µm, vorzugsweise 20 bis 60 µm, verwendbar, wobei von Vorteil sich die Teilchen größe von 25 oder 50 µm auszeichnet.

Zusätzlich wird z. B. in die erfindungsgemäße Einbettungsformmasse Metall oxid in einer Staubform mit einer Teilchengröße von 1 bis 5 µm, vorzugsweise 5 µm, vermischt. Unter Teilchengröße wird die durchschnittliche Größe der als Pulver oder Staub vorliegenden Metalloxidverbindungen, deren Derivate oder Mischungen derselben verstanden. Als Metalloxid ist verwendbar, z. B. MgO, Aluminiumoxide, wie Al₂O₃, oder ZrO₂ (Zirkon(IV)-Oxid), einzeln oder in Mischungen derselben verwendbar.

Zudem kann die erfindungsgemäße Einbettungsformmasse 2 bis 10 Gew.-Teile Graphit in Pulverform enthalten, welches synthetisch herstellbar ist und als reduzie render Anteil in der Einbettungsformmasse erforderlich ist.

Die erfindungsgemäße Einbettungsformmasse ermöglicht das Herstellen einer konturenscharfen und passgenauen Hohlform, welche als Negativabdruck mit dem Wachs- oder Kunststoffmodell übereinstimmt. Gerade durch Verwendung von staubförmigen Metalloxid ist es möglich, dass bereits geringste Oberflächenbeschaf fenheiten des Wachsmodells als Negativabdruck in der erfindungsgemäßen Einbet tungsmasse abzubilden. Durch die reduzierende Wirkung der kohlenstoffhaltigen Substanz von z. B. Graphit oder Aktivkohle wird die Bildung von α-case beinahe vollständig verhindert. Hierbei ist es nicht erforderlich aufgrund der hohen Kontu renschärfe und Passgenauigkeit der Hohlform mit dem Gussmodell wie dem Wachsmodell sowie des Ausbleibens von α-case eine nachträgliche Bearbeitung des Gussstücks zwecks Anpassung an die individuellen Erfordernisse des Benutzers und zwecks Freilegen von ungeschädigtem Titan durchzuführen.

Durch die erfindungsgemäße Einbettungsmasse wird sonach der im Vergleich zum Stand der Technik erforderliche Vorbereitungsschritt Schlickern und der Nach bearbeitungsschritt entfallen, so dass die Herstellungskosten für eine z. B. Zahnkro ne nur wegen des Entfalls zusätzlicher Herstellungsschritte sondern auch wegen des Einsparens an Reintitan und Titanlegierung sowie an der Anzahl herkömmlicher Tiegel sich erniedrigen.

In der erfindungsgemäße Einbettungsformmasse können noch Zusatzstoffe wie Abbindeverzögerer, Abbindebeschleuniger und/oder Expansionsbeschleuniger ent halten sein.

Als Abbindeverzögerer kann Dinatriumtetraborat (Borax) oder Derivate davon verwendet werden. Als Abbindebeschleuniger kann man Natrium-Sulfat oder Derivate derselben und als Expansionsbeschleuniger Natriumchlorid oder Kaliumchlorid oder Derivate derselben einsetzen.

Bei dem Gussvorgang zum Einfließen des flüssigen Gussmetalls z. B. der Titanlegierung in die Hohlform der erfindungsgemäßen Einbettungsformmasse zeigt sich, dass das Auftreten von α-case bei dem Gussstück im Gegensatz zum Stand der Technik wahrscheinlich aufgrund der mittels Graphit sich entwickelnden sehr dünnen gleichmäßig verteilten "reduzierenden" Schutzgasschicht zwischen der flüssigen Titanlegierung und der Oberfläche der Hohlform nicht feststellbar ist.

Bei Verwendung der herkömmlichen Einbettungsmasse auch in Verbindung mit vorherigem Schlickern finden sich hingegen unerwünschte Unebenheiten auf der Oberfläche und eine heterogene Oberfläche des Gussstücks - auch α-case genannt - die aufgrund von möglicherweise mit der Einbettungsmasse erfolgten Reaktionen zwischen dem flüssigen erhitzten Gussmetall und der Einbettungsmasse beim Einfließen der flüssigen Titanlegierung und Erkalten in der Hohlform vonstatten gehen.

Da α-case nicht auftritt, entfällt ebenso eine nachträgliche Bearbeitung wie Nachschleifen oder Abschleifen des Gussstücks, so dass die im Stand der Technik zusätzliche vorgegebenen Arbeitsschritte nicht erforderlich ist. Hinzutretend ist fest zustellen, dass das Gussstück konturenscharf und passgenau der Ausbildung der Hohlform entspricht, so dass auch hierbei ein Nacharbeiten und Anpassen des Guss stücks an die individuelle Beschaffenheiten z. B. des Zahns oder Kiefersituation des Benutzers wegfällt. Somit ist es auch nicht mehr nötig, diese Arbeitsschritte z. B. vor dem Verblenden mit Keramiken auszuführen.

Überdies bleibt festzuhalten, dass aufgrund des Vorhandenseins von Graphit in der erfindungsgemäßen Einbettungsformmasse die Oberflächenspannung und Reak tion des flüssigen Reintitans, Titanlegierung als Gussmetall derart herabsetzt wird, dass die Konturenschärfe und Passgenauigkeit des Gussstücks an die von der Hohl form vorgegebene Ausgestaltung übereinstimmt.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einbettungsformmasse kann diese 60 bis 90 Gew.-Teile Einbettungsmasse
90 bis 110 Gew.-Teile Metalloxid in Pulverform
8 bis 15 Gew.-Teile Metalloxid in Staubform
4 bis 8 Gew.-Teile Graphit enthält.

Die erfindungsgemäße Verwendung der erfindungsgemäßen Einbettungs formmasse zur Herstellung eines Gussstücks mit Reintitan und/oder einer Titanle gierung eignet sich vorzugsweise zur Herstellung von Zahnkronen wie Kappenkro nen, Stufenkronen sowie Modellgussarbeiten. Dieses Verfahren ermöglicht das Ein sparen von Arbeitsschritten wie Schlickern, Bearbeiten und Nacharbeiten der Ober fläche des Gussstücks aufgrund des Nicht-Auftretens von Fehlgüssen und α-case.

Zudem ist zu beobachten, dass das Erhitzen der Titanlegierung in dem Glaskohletiegel oder im Graphittiegel die Oberflächenspannung der erhitzten flüssigen Titanlegierungsmasse dergestalt herabsetzt, dass die auf der Oberfläche des Glaskohletiegels befindlichen verteilten Stücke aus flüssigem Reintitan- und/ oder Titanlegierungsmasse sich vereinigen und durch deren Vereinigung eine Endvermischung ermöglicht wird, so dass die flüssige Titanlegierungsmasse in die Hohlform der in der Muffel befindlichen erfindungsgemäßen Einbettungsformmasse als homogene Legierung einfließen kann. Vorzugsweise werden hierbei Schleudergussapparate, Druckgussapparate oder Sauggussapparate verwendet. Insbesondere zeigt sich, dass bei dem Schleudergussapparat das Anlegen von Hochvakuum nicht mehr erforderlich ist, sondern unerwarteterweise bereits ein Niederdruckvakuum von 10⁵ bis 10^-1 Pa, vorzugsweise von 10⁵ bis 10² Pa, noch mehr bevorzugt von 10⁵ bis 10⁴ Pa, ausreichend ist. Das aus dem Glaskohletiegelmaterial oder Graphittiegel freigesetzte Gas reicht aus, um eine Reaktion von Titanlegierung mit Sauerstoff etc. zu unterdrücken. Es kann sogar in einer weiteren Ausführungsform bei der Verwendung von einem Gusskanal, welcher den Glaskohletiegel oder den Graphttiegel und die. Hohlform der die Hohlform der Gussmuffel flüssigkeitsmäßig verbindet, auf ein Vakuum verzich tet werden kann, so dass Vakuumpumpe und die besondere Ausgestaltung der Guss apparatur an die Beaufschlagung mit einem Vakuum hier Niederdruckvakuum vor teilhafterweise entfallen kann.

Die Gussmuffel kann auf 750° bis 800°C erhitzt werden.

Ebenso kann die Zuführung von Schutzgas im Gegensatz zum Stand der Tech nik entfallen. Hierbei zeigt sich, dass die erfindungsgemäße Verwendung zur Her stellung eines Gussstücks mit Reintitan und/oder Titanlegierung aufgrund des Ent falls des Schlickerns, eines Hochvakuums und der Zuführung von Schutzgas sowie der mehrfachen Verwendbarkeit des Tiegels nicht nur arbeitssparend und zeitspa rend ist sondern eine Kostensenkung des Gussverfahrens hervorruft.

Darüber hinaus zeigt sich, dass Gussfahnen, welche durch Risse in der her kömmlichen Einbettungsformmasse entstehen können, nicht zu beobachten sind. Außerdem ermöglicht die Verwendung des Glaskohletiegels zusammen mit der er findungsgemäßen Einbettungsformmasse das ausreichende und quantitative Ausflie ßen der Titanlegierung aus dem Glaskohletiegel in die Hohlform der erfindungsge mäßen Einbettungsformmasse, ein Umstand, der nicht mehr wie üblicherweise mit Zugabe eines Mehrfachen der Masse des herzustellenden Gussstücks in dem Tiegel erkauft werden muss. Ebenso ist es nicht mehr erforderlich, Blöcke mit vorgegebe nem Gewicht (z. B. 20 bis 30 g) zu verwenden sondern Titanabschnitte von beliebi ger Größe zu verwenden.

Bei der erfindungsgemäßen Verwendung zur Herstellung eines Gussstücks wird der Glaskohletiegel oder Graphittiegel auf 1700° bis 1800°C z. B. mittels Hoch frequenzerhitzungseinrichtungen, erhitzt.

Ausführungsbeispiele

Die aus Karnaubawachs hergestellte Modellform einer Stufenkrone wird in der erfindungsgemäßen Einbettungsformmasse eingebetet, welche 70 Gew.-Teile Ein bettungsmasse, welche aus gleichen Gewichtsteilen NH₄H₂PO₄ und Cristobalit oder Tridymit besteht, 100 Gew.-Teile MgO in Pulverform mit 25 µm Teilchengröße, 10 Gew.-Teile Aluminiumoxid Al₂O₃ in Staubform mit 5 µm Teilchengröße und 5 Gew.-Teile Graphit enthält. Das Cristobalit weist eine Korngröße von 10 µm auf weisen. Ebenso kann Cristobalit mit einer shore-Härte von 50 shore verwendet wer den in einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Anschließend wird die Gussmuffel (Gussring) bei einer mittleren Temperatur von 60°C ca. 20 Minuten lang in einem Auswachsofen ausgehärtet. Anschließend wird die Gussmuffel wird auf 750°C aufgeheizt (ausgebrannt) und dann auf z. B. Raumtemperatur oder auch nur auf ca. 500°C abgekühlt. Die Gussmuffel wird in einen Schleudergussapparat (Cowadental Vakuumschleuder) eingespannt.

Das Reintitan mit einer Reinheit von 99,96% in dem Glaskohletiegel wird in dem Schleudergussapparat erhitzt und das erhitzte flüssige Reintitan unter Zuhilfe nahme der Beaufschlagung mittels Zentrifugalkraft in die Hohlform überführt.

Das erhitzte flüssige Reintitan kann auch in einem weiteren Ausführungsbei spiel unter Zuhilfenahme der Beaufschlagung mittels Zentrifugalkraft über einen Gusskanal, welcher den Hohlraum der Hohlform der erfindungsgemäßen Einbet tungsformmasse mit dem Glaskohletiegel verbindet, in die Hohlform überführt wer den.

Ein Niederdruckvakuum von 10⁵ Pa wird angelegt, ohne dass ein von außen zuzuführendes Schutzgas verwendet wird. Der Glaskohletiegel wird derart hoch erhitzt, dass das Reintitan flüssig wird. Die Temperatur des Tiegels beträgt 1800°C. Bei Verwendung des Gusskanal kann auf ein Niederdruckvakuum verzichtet wer den.

Es zeigt sich, dass nach Entnahme des sonach hergestellten Gussstücks aus Reintitan (oder Titanlegierung in einem weiteren Versuch) bei Vergleich der Guss form, der Hohlform als Negativabdruck und des Gussstücks eine sehr hohe Überein stimmung zwischen Gussstück und der Hohlform als auch mit den Gussobjekt zu finden ist mit einer hinreichend hohen Konturenschärfe und Passgenauigkeit. Diese vorteilhaften Eigenschaften einschließlich der unten erwähnten sind zu beobachten bei der Verwendung von Cristobalit mit einer Korngröße von 10 µm.

Auch lassen sich in dem anderen Ausführungsbeispiel nämlich bei der Ver wendung von Cristobalit mit einer shore-Härte von 50 statt einer Korngröße von 10 µm die hohe Konturenschärfe und Passgenauigkeit im Vergleich zum Stand der Technik erzielen (nicht gezeigt).

Die Fehlgüsse, Gussfahnen oder heterogene Oberflächenbeschaffenheit wie α- case sind nicht beobachtbar. Überdies zeigt sich, dass die erfindungsgemäße Her stellung des Gussstücks aus Reintitan oder Titanlegierungen weniger arbeitsintensiv aufgrund des Entfalls des Schlickerns sowie der Be- und Nachbearbeitungsschritte zwecks Anpassung und Entfernung der α-case als auch kostensenkend wegen der mehrfachen Benutzung des Glaskohle- bzw. Graphttiegels ist. Aufgrund der erfin dungsgemäßen Einbettungsformmasse als auch aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Gussstücks mit Reintitan oder Titanlegierung wer den sonach nicht nur die Herstellungskosten des Gussstücks erheblich verringert, sondern auch die Herstellungsschritte vereinfacht, so dass eine Herstellung in groß technischer und rationeller, sowie individueller zahntechnischer Weise erfolgen kann.

Claims

1. Einbettungsformmasse zur Herstellung von Hohlformen zum Guss von Reinti tan oder Titanlegierung, welche
50 bis 100 Gew.-Teile Einbettungsmasse, enthaltend Calciumsulfat und/oder Phosphatverbindungen als Bindemittel und Siliciumverbindungen als Expansi onsbestandteile, und
80 bis 140 Gew.-Teile Metalloxid mit einem Schmelzpunkt von mindestens 1900°C enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbettungsformmasse
2 bis 10 Gew.-Teile reduzierende kohlenstoffhaltige Substanz enthält.

2. Einbettungsformmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ex pansionsbestandteile eine Korngröße von 0,01 bis 50 µm, insbesondere 0.1 bis 35 µm, ganz besonders bevorzugt 1,0 bis 20 µm, aufweisen.

3. Einbettungsformmasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsbestandteile eine shore-Härte von 10 bis 50 shore aufweisen.

4. Einbettungsformmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass die reduzierende kohlenstoffhaltige Substanz Graphit und/oder Aktivkohle umfasst.

5. Einbettungsformmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass das Metalloxid als Pulver und das Metalloxid in Staubform in einem Mischungsverhältnis zueinander von 1 : 1 vorliegen.

6. Einbettungsformmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass
die Einbettungsformmasse
60 bis 90 Gew.-Teile Einbettungsmasse,
90 bis 125 Gew.-Teile Metalloxid und
4 bis 8 Gew.-Teile reduzierende Substanz enthält.

7. Einbettungsformmasse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein bettungsformmasse 70 Gew.-Teile Einbettungsmasse, 110 Gew.-Teile Metall oxid und 7 Gew.-Teile reduzierende Substanz enthält.

8. Einbettungsformmasse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Phosphatverbindungen saure Phosphatverbindungen sind.

9. Einbettungsformmasse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die sau ren Phosphatverbindungen ammoniumgruppenhaltig sind.

10. Einbettungsformmasse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die sauren Phosphatverbindungen Monammoniumphosphat oder Derivate dessel ben sind.

11. Einbettungsformmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, dass die Expansionsbestandteile Siliciumverbindungen, vorzugswei se Siliciumdioxid, sind.

12. Einbettungsformmasse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Sili ciumdioxidverbindungen Cristobalit und/oder Tridymit sind.

13. Einbettungsformmasse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Cristobalit in Form einer kubischen Hochtemperatur-Form vorliegt.

14. Einbettungsformmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, dass die Expansionsbestandteile Natrium- und/oder Kaliumsalze der Kieselsäuren enthalten.

15. Einbettungsformmasse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Natrium- und/oder Kaliumsalze der Kieselsäuren Verbindungen der Formel M₃HSiO₄, M₂H₂SiO₄, MH₃SiO₄ oder Na₂SiO₃ sind, worin M K oder Na ist.

16. Einbettungsformmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekenn zeichnet, dass das Metalloxid als Pulver eine Teilchengröße von 15 bis 70 µm, vorzugsweise 20 bis 60 µm, aufweist.

17. Einbettungsformmasse nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Metalloxid eine Teilchengröße von 25 oder 50 µm aufweist.

18. Einbettungsformmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekenn zeichnet, dass das Metalloxid in Staubform eine Teilchengröße von 1 bis 5 µm, vorzugsweise 5 µm, aufweist.

19. Einbettungsformmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekenn zeichnet, dass die Einbettungsmasse Zusatzstoffe, vorzugsweise Abbindever zögerer, Abbindebeschleuniger und/oder Expansionsbeschleuniger, enthält.

20. Einbettungsformmasse nach Anspruch 6 oder einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbettungsformmasse 60 bis 90 Gew.- Teile Einbettungsmasse, 90 bis 110 Gew.-Teile Metalloxid in Pulverform, 8 bis 15 Gew.-Teile Metalloxid in Staubform und 4 bis 8 Gew.-Teile Graphit enthält.

21. Einbettungsformmasse nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbettungsformmasse 70 Gew.-Teile Einbettungsmasse, 100 Gew.-Teile Me talloxid in Pulverform, 10 Gew.-Teile Metalloxid in Staubform und 7 Gew.- Teile Graphit enthält.

22. Verwendung der Einbettungsformmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 21 zur Herstellung eines Gussstücks mit Reintitan und/oder Titanlegierung, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbettungsformmasse mit aqua bidest vermischt und
eine Modellform mit dem Einbettungsformmasse-Wasser-Gemisch überschich tet
und bis zum Austreiben und/oder Verbrennen der Modellform zur Herstel lung einer Gussform in einer Gussmuffel erhitzt werden,
als Modellmasse Kunststoff, Wachs oder wachsähnliches Material als rückstandslos verbrennbares Material verwendet sowie
die Gussmuffel aus der Einbettungsformmasse an eine Gussapparatur gekop pelt werden,
das Reintitan und/oder die Titanlegierung in Festform in einen Tiegel einge bracht wird, der Tiegel in dem Gussapparat erhitzt,
das erhitzte flüssige Reintitan und/oder Titanlegierung durch Beaufschlagung mit Zentrifugalkraft in die Gussform unter Ausfüllen des Hohlraums der Guss form über einen Gusskanal, welcher die Hohlform mit dem Tiegel flüssig keitsmäßig verbindet, eingeführt werden, sowie
die Gussmuffel und der Tiegel mit einem Niederdruckvakuum beaufschlagt werden und als Tiegel ein Glaskohletiegel oder Graphittiegel verwendet wird, wobei die Gussmuffel auf 700° bis 850°C sowie der Tiegel auf 1700° bis 1800°C erhitzt werden.