DE19714759A1

DE19714759A1 - Zahnersatz, insbesondere Zahnkrone oder Brücke sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE19714759A1
Application number: DE19714759A
Authority: DE
Inventors: Blanchard Nitoumbi; Donato Murano
Original assignee: Castolin SA
Current assignee: Nobel Biocare AB
Priority date: 1997-04-10
Filing date: 1997-04-10
Publication date: 1998-10-15
Anticipated expiration: 2017-04-11
Also published as: DE19714759B4

Description

Die Erfindung betrifft einen Zahnersatz - insbesondere eine Zahnkrone oder Brücke - mit einem metallischen Innenteil, der mit metallischem Oxid durch thermisches Spritzen zu einem Verbundwerkstoff beschichtet ist. Zudem erfaßt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Zahnkronen od. dgl. zahnprothetischen Produkten.

Es ist seit längerer Zeit bekannt, Zahnkronen oder ähnliche zahnprothetische Produkte aus oxidischen Werkstoffen wie Aluminiumoxid herzustellen. Das Erzeugen solcher Produkte durch ein Sinterverfahren ist sehr umständlich, zeitraubend, kostspielig und kann nur industriell durchgeführt werden. So wird etwa die endgültige Deckschicht einer Krone, auf die Farbe der Zähne des be treffenden Patienten abgestimmt, in einem weiteren Arbeits gang auf den Innenteil aufgebracht und eingesintert. Solche Kronen zeigen bei Herstellung und Einsatz eine gewisse Emp findlichkeit in Hinsicht auf Rißbildungen.

Zu gleicher Zeit wurden parallel zur Entwicklung der oxid keramischen Zahnkronen Versuche durchgeführt, jene durch eine Krone auf Metallbasis - etwa Titan, Titanlegierung oder einem Edelstahl - mit angepaßtem Überzug aus Hartpla stik zu ersetzen. Auch hier besteht die relativ große Ge fahr einer Beschädigung der Oberfläche oder der Hartpla stik-Beschichtung. Bei all diesen Versuchen mit den Werk stoffen auf Verbundstoffbasis aus Metall und Hartplastik hat es sich gezeigt, daß das hauptsächliche Problem, näm lich eine durch die Oxidation des metallischen Innenteils entstehende Verfärbung, nur schwer zu vermeiden ist.

Um diesen Mängeln zu begegnen, wurden vom Erfinder Versuche durchgeführt, bei denen einen metallischen inneren Teil aus Titan oder einer Titanlegierung - wie beispielsweise Ti-6A1-4V - ein äußerer oxidkeramischer Teil aufgesetzt und durch einen Binder bzw. Kleber verbunden wurde. Die Ergeb nisse beim Einsatz dieser aus dem Quasiverbundwerkstoff hergestellten Zahnkronen waren sehr gut und überzeugend. Jedoch traten nach einer gewissen Zeit auch bei diesen Zahnkronen Probleme in Hinsicht auf die Bindung zwischen dem Titaninnenkörper und der Oxidkeramik des äußeren Teiles bei längerer Anwendung - wenn auch vereinzelt - auf.

So wurden weitere Versuche durchgeführt, die Oberfläche der Krone aus mehreren Schichten aus einem tiefschmelzenden oxidischen Werkstoff herzustellen und mit mehreren Zwischensinterstufen im Temperaturbereich von 760-830°C zu sintern, um so eine bessere und fehlerfreie Bindung zwischen dem metallischen und dem oxidischen Bereich zu erzeugen. In Zusammenhang mit der Entwicklung des Aufbaus der Zahnkronen fanden wegen der hohen Herstellungskosten derselben parallel Versuche statt, die Erzeugung weitgehend automatisch - mit einer "One-Line" Übertragung der Daten von Zahnarzt zum Zahntechniker bzw. Hersteller der Kronen- zu ermöglichen.

Eine Einrichtung, mit welcher der innere Teil einer Krone, die aus einem Teil aus Metall oder einer Metallegierung - vorzugsweise Titan oder einer Titanlegierung - mit einer Aluminiumoxidschicht nach den Angaben des Zahnarztes auto matisch gefertigt werden kann beschreibt die WO 96/10370.

Das Aufbringen eines Überzuges einer nicht durchsichtigen Farbgebung mit einer durchsichtigen Deckschicht wird durch den Zahntechniker von Hand durchgeführt. Um die beim Einsintern auftretenden inneren Spannungen so weit wie möglich abzubauen, wurden Keramikschichten mit einem tieferen Schmelzpunkt bzw. einer tieferen Sintertemperatur verwendet.

Durch die EP-A-0 490 848 wird eine durch Computer gesteu erte Vorrichtung beschrieben, die es erlaubt, Zähne oder Kronen nach einem vom Zahntechniker geformten Modell aus Gips oder Wachs semiautomatisch herzustellen.

Die erwähnten Druckschriften lassen erkennen, daß rein technisch eine Lösung zum schnelleren Herstellen einer Ver bundwerkstoffkrone gefunden und das Problem hoher Herstellungskosten und langer Produktionszeiten gelöst werden kann. Ungelöst bleibt nach wie vor die Rißbildungsgefahr durch Spannungsprobleme, die während dem Einsatz von Verbundwerkstoffen oder beim Sintern derselben entstehen.

In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfin der das Ziel gesetzt, die erkannten Mängel bei der Herstel lung von Zahnkronen zu beseitigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre der unabhängigen Patentansprüche; die Unteransprüche geben günstige Weiter bildungen an. Bei der Durchführung eines Versuchsprogramms hat der Erfinder erkannt, daß es möglich ist, durch eine genaue Abstimmung der Parameter des thermischen Spritzverfahrens, der zu verwendeten pulverförmigen Werkstoffe, deren Eigenschaften und Kornverteilung, der Schichtstärke, deren Anordnung und der nach dem Beschichten durchgeführten Nachbehandlung, eine solche Beschichtung ohne die oben erörterten Probleme aufzubringen.

Erfindungsgemäß ist der aus einem Metall bestehende kappenartige Innenteil an seiner Außenseite mit einem aufgesetzten gesinterten oxidischen Teil versehen sowie die Übergangszone zwischen dem Innenteil und dem oxidischen Außenteil als thermisch gespritzte Zwischenschicht einer Schichtstärke von etwa 40-200 µm ausgebildet.

So liegt es im Rahmen der Erfindung, den aus einem Metall bestehende Innenteil auf einen vorbereiteten Zahnstumpf, ein Implantat od. dgl. aufzusetzen sowie außen mit einem aufgesetzten gesinterten oxidischen Teil auszustatten, wobei die Übergangszone zwischen dem Metall und dem oxidischen äußeren Teil mit der oben erwähnten thermisch gespritzten Zwischenschicht einer Schichtstärke von etwa 40-200 µm zu versehen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird als Metall oder Metallegierung für den Innenteil Titan oder eine Titanlegierung eingesetzt, zudem kann der Innenteil mit einem oxidischen Pulver, vor allem einem Aluminiumoxidpulver, beschichtet werden.

Als günstig erwiesen hat sich ein Aluminiumoxidpulver einer Korngröße zwischen 5-53 µm, vorzugsweise 22,5-45 µm.

Das Aluminiumoxidpulver kann zudem mit einem Zusatz aus einer farbgebenden Verunreinigung als Spritzwerkstoff versehen werden, wobei bevorzugt ein Oxid der Elemente Ca, Mg, Zr, Hf als Zusatz für die Farbgebung herangezogen wird.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, den metallischen Innenteil durch ein thermisches Spritzverfahren zu beschichten, insbesondere durch Vakuum-Plasmaspritzen oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen. Durch das thermische Spritzen wird eine oxidische Zwischenschicht einer Schichtstärke von 60-100 µm - vorzugsweise 70-90 µm - aufgebaut.

Bei der beschriebenen oxidischen Zwischenschicht kann es sich um eine reine Aluminiumoxidschicht handeln oder um eine mit einer Haftschicht hergestellte Aluminiumoxidschicht. Letztere kann bei einer anderen Ausführung aber auch ohne Haftschicht hergestellt werden.

Für die Haftschicht hat sich Titan oder eine Titanlegierung als günstig erwiesen.

Bei der Herstellung wird die Oberfläche des metallischen Innenteils durch Strahlen mit Korund vorbereitet, wobei die Korngröße des Korunds zum Strahlen der zu beschichtenden Oberfläche zwischen 0,5-500 µm, vorzugsweise 200-400 µm, gewählt wird. Die durch das Strahlen erzeugte Rauhigkeit der Oberfläche liegt zwischen 1-15 µm, vorzugsweise zwischen 3-7 µm. Im Falle des thermischen Spritzens entsteht eine Rauhigkeit der Oberfläche zwischen 9-13 µm, vorzugsweise zwischen 6-15 µm.

Schließlich hat sich als günstig für das Herstellungsverfahren eine mechanische Steuerung einer Bewegungseinrichtung zur Kontrolle der Schichtstärke herausgestellt.

Auch kann die Schichtstärke durch mechanische Steuerung der Bewegung des Plasmabrenners gesteuert werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Zahnkrone zum Aufset zen auf einen vorbereiteten Zahnstumpf;

Fig. 2 einen Längsschnitt einer mehrschichtigen Zahn krone zum Aufschrauben auf ein in einen Kiefer eingesetztes Implantat;

Fig. 3 einen Längsschnitt einer mehrschichtigen Zahn krone zum Aufsetzen auf einen vorbereiteten Zahnstumpf für einen Backenzahn mit verstärkter Metallbasis;

Fig. 4 einen Längsschnitt einer Brücke aus zwei Zahn kronen mit einem eingesetzten Zwischenstück;

Fig. 5 den Querschnitt durch den gegenüber Fig. 4 ver größerten inneren Teil einer Zahnkrone, der zum Herstellen einer Brücke vorbereitet ist;

Fig. 6 eine laserstrahlgeschweißte Brücke nach Fig. 4 in Draufsicht.

Eine Zahnkrone 10 weist nach Fig. 1 innerhalb einer napfar tigen Innenkappe 12 aus metallischem Werkstoff einen Auf nahmeraum 14 für einen aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten Zahnstumpf auf. Die Innenkappe 12 ist von einer thermisch aufgespritzten keramischen Beschichtung 16 umgeben, auf der eine außenliegende Zahnkeramik 18 sitzt.

Jene Innenkappe 12 besteht aus einem Metall, bevorzugt aus Titan oder einer Titanlegierung und wird beispielsweise durch Strahlen mit Korund einer Korngröße zwischen 0,5 und 500 µm - vorzugsweise 200 bis 400 µm - bzw. einer mittle ren Korngröße von etwa 300 µm auf eine Oberflächenrauhig keit von 1 bis 15 µm - vorzugsweise 3 bis 7 µm - vorbe reitend aufgerauht. Anschließend wird durch ein thermisches Spritzverfahren ein reines Aluminiumoxidpulver mit einer Korngröße von 5 bis 53 µm - vorzugsweise 22,5 bis 45 µm - als Beschichtung 16 definierter Rauhigkeit aufgetragen. Die Spritzparameter sind so ausgewählt, daß die aufgespritzte Aluminiumoxidschicht 16 eine Oberflächenrauhigkeit von 6 bis 15 µm aufweist, bevorzugt von 9 bis 13 µm.

Nach dem beschriebenen Vorgehen wird die gesondert herge stellte Zahnkeramik 18 aufgesteckt und im Temperaturbereich von 650° bis 850°C aufgesintert. Die bevorzugten Tempera turbereiche liegen zwischen 70° und 800°C, insbesondere 720 bis 750°C.

Der beschriebene Beschichtungsvorgang betrifft sämtliche Ausführungsbeispiele nach beigefügter Zeichnung.

Gemäß Fig. 2 ist in jenen - hier als Befestigungskanal dienenden - Aufnahmeraum 14 _a einer hülsenartigen Innen kappe 12 _a eine Titanschraube 20 als Verbindungselement zu einem Kieferimplantat 22 angeordnet. In jenen Aufnahmeraum 14 _a ist von oben her ein Verschluß 24 eingebracht.

In Fig. 3 ist die Innenkappe 12 mit einem radial abstehen den Mündungskragen 26 ausgestattet, dank dessen die Zahnke ramik 18 im Abstand zu der unteren Aufsatzebene E der Zahn krone 10 bleibt. Dieser Mündungskragen 26 der metallischen Innenkappe 12 bildet eine verbreiterte Metallbasis bevor zugt für eine Backenzahnkrone.

Eine Brücke 30 umfaßt nach Fig. 4 zwei in Mittenabstand a zueinander stehende Aufnahmeräume 14; die beiden Innenkap pen 12 sind durch einen ebenfalls zu beschichtenden Zwischensteg 32 der Breite b verbunden, der beidends mit tels Laser angeschweißt wird.

Eine zum Einbau in die Brücke 30 bestimmte Innenkappe 12 ist - gegenüber Fig. 4 vergrößert - in Fig. 5 skizziert; zur Durchführung des Laserschweißens sind die Flankenflä chen 34 metallisch sauberzuhalten. Die Lage dieser Flanken flächen 34 ist in der Draufsicht auf die Bißfläche 19 der Zahnkeramik 18 _a einer fertiggestellten Brücke 30 nach Fig. 6 deutlich gemacht.

An der Brücke 30 müssen zum erfolgreichen Laserschweißen die Bereiche 34 metallisch sauber bleiben.

BEISPIEL 1

Auf die Innenkappe 12 einer Zahnkrone sollte zur Verbesse rung der Bindung des keramischen äußeren Teils bzw. die Zahnkeramik 18, 18 _a durch Einsintern eine keramische Schicht 16 auf das Titan durch Plasmaspritzen aufgebracht werden. Die Vorbereitung der Titanoberfläche erfolgte durch Strahlen mit Korund mit einer mittleren Korngröße von 300 µm. Nach dem Strahlen wurde die Oberflächenrauhigkeit ge messen. Die Meßwerte lagen im Mittel bei 6 µm.

Nun wurde die Aluminiumoxidschicht 16 aus einem reinen Alu miniumoxidpulver einer Korngröße zwischen 22,5-45 µm mit den vorher bestimmten Parametern aufgespritzt. Die Schicht stärke der fertig gespritzten Keramikschicht 16 lag bei 80 µm und die Oberflächenrauhigkeit betrug 12 µm.

Nach der Rauhigkeits- und Sichtkontrolle der Schicht 16 wurde an derselben eine Härtenmessung nach Vickers mit einer Belastung 300 gr durchgeführt. Der Meßwert lag bei ∼ 1000 Hv.

Nach dem Aufsetzen der Zahnkeramik 18 wurde zum Erzeugen der Bindung zwischen dem inneren und dem äußeren Teil bei 730°C gesintert.

Claims

1. Zahnersatz, insbesondere Zahnkrone oder Brücke, mit einem metallischen Innenteil, der mit metallischem Oxid durch thermisches Spritzen zu einem Verbundwerkstoff beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einem Metall bestehende kappenartige Innenteil (12) an seiner Außenseite mit einem aufgesetzten gesinterten oxidischen Teil (18) versehen ist sowie die Übergangszone zwischen dem Innenteil und dem oxidischen Außenteil als thermisch gespritzte Zwischenschicht (16) einer Schichtstärke von etwa 40-200 µm ausgebildet ist.

2. Zahnersatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall oder Metallegierung für den Innenteil (12) Titan oder eine Titanlegierung ist.

3. Zahnersatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenteil (12) mit einem oxidischen Pulver beschichtet ist.

4. Zahnersatz nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenteil (12) mit Aluminiumoxidpulver beschichtet ist.

5. Zahnersatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Aluminiumoxidpulver mit einem Zusatz aus einer farbgebenden Verunreinigung.

6. Zahnersatz nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Oxid der Elemente Ca, Mg, Zr, Hf als Zusatz für die Farbgebung.

7. Zahnersatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die oxidische Zwischenschicht (16) eine Schichtstärke von 60-100 µm, vorzugsweise 70-90 µm, aufweist.

8. Zahnersatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine reine Aluminiumoxidschicht als oxidische Zwischenschicht (16).

9. Zahnersatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der oxidischen Zwischenschicht (16) aus Aluminiumoxid eine Haftschicht zugeordnet ist.

10. Zahnersatz nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Titan oder eine Titanlegierung als Haftschicht.

11. Zahnersatz nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in den Innenraum (14 _a) des hülsenartigen Innenteils (12 _a) als Verbindungselement eine Titanschraube (20) eingreift, wobei in den Innenraum von oben her ein Verschluß (24) eingebracht ist.

12. Zahnersatz nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenteil (12) mit einem radial abstehenden Mündungskragen (26) versehen ist.

13. Zahnersatz nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch zwei Innenteile (12), die durch einen beschichteten Zwischensteg (32) verbunden sind.

14. Verfahren zum Herstellen von Zahnkronen od. dgl. zahn prothetischen Produkten aus einem metallischen inne ren Teil, der mit metallischem Oxid durch thermisches Spritzen zu einem Verbundwerkstoff beschichtet wird, insbesondere zum Herstellen eines Zahnersatzes nach wenigstens einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einem Metall bestehende Innenteil auf einen vorbereiteten Zahnstumpf, ein Implantat od. dgl. aufgesetzt sowie außen mit einem aufgesetzten gesinterten oxidischen Teil versehen wird, wobei die Übergangszone zwischen dem Metall und dem oxidischen äußeren Teil mit einer thermisch gespritzten Zwischenschicht einer Schichtstärke von etwa 40-200 µm versehen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall oder Metallegierung für den Innenteil Titan oder eine Titanlegierung eingesetzt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn zeichnet, daß der Innenteil mit einem oxidischen Pul ver beschichtet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 14 oder 16, dadurch gekenn zeichnet, daß der Innenteil mit einem Alu miniumoxidpulver beschichtet wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, gekenn zeichnet durch Aluminiumoxidpulver einer Korngröße zwischen 5-53 µm, vorzugsweise 22,5-45 µm.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 18, gekenn zeichnet durch Aluminiumoxidpulver mit einem Zusatz aus einer farbgebenden Verunreinigung als Spritzwerk stoff.

20. Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch ein Oxid der Elemente Ca, Mg, Zr, Hf als Zusatz für die Farbgebung.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Innenteil durch ein thermisches Spritzverfahren beschichtet wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch Va kuum-Plasmaspritzen als thermisches Spritzverfahren.

23. Verfahren nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen für das Beschichten des metallischen Innenteils.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß durch thermisches Spritzen eine oxidische Zwischenschicht einer Schichtstärke von 60-100 µm, vorzugsweise 70-90 µm, aufgebaut wird.

25. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 24, gekennzeichnet durch eine reine Aluminiumoxid schicht als oxidische Zwischenschicht.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß als oxidische Zwischenschicht haftschichtfrei eine Aluminiumoxidschicht hergestellt wird.

27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß als oxidische Zwischenschicht eine Aluminiumoxid schicht mit einer Haftschicht hergestellt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch Ti tan oder eine Titanlegierung als Haftschicht.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des metallischen Innenteils durch Strahlen mit Korund vorbereitet wird.

30. Verfahren nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch eine Korngröße des Korunds zum Strahlen der zu beschich tenden Oberfläche zwischen 0,5-500 µm, vorzugsweise 200-400 µm.

31. Verfahren nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch eine mittels Strahlen erzeugte Rauhigkeit der Oberfläche zwischen 1-15 µm, vorzugsweise zwischen 3-7 µm.

32. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 31, gekennzeichnet durch eine mittels des thermischen Spritzens erzeugte Rauhigkeit der Oberfläche zwischen 9-13 µm, vorzugsweise zwischen 6-15 µm.

33. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtstärke durch die mechanische Steuerung einer Bewegungseinrichtung kontrolliert wird.

34. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtstärke durch mechanische Steuerung der Bewegung des Plasma brenners gesteuert wird.