DE19751807A1

DE19751807A1 - Titanium-ceramic tooth replacement used as crown

Info

Publication number: DE19751807A1
Application number: DE19751807A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr Roos
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-11-24
Filing date: 1997-11-24
Publication date: 1999-05-27

Abstract

Tooth replacement has a surface of a titanium cast body with an adhesion bridge consisting of titanium nitride, titanium boride or titanium carbide. A ceramic blend is applied to the bridge and bound to the titanium cast body by annealing. An Independent claim is also included for the production of a titanium-ceramic adhesive composite comprising with simultaneous alpha-case removal of the surface of the titanium cast body inserting foreign atoms into the crystal lattice of the titanium and irradiating in an inert gas atmosphere.

Description

Die Erfindung betrifft einen als Zahnersatz einsetzbaren Titan- Keramik-Körper und ein Verfahren zur Herstellung eines Haft verbundes zwischen Titan und einem keramischen Werkstoff.The invention relates to a titanium that can be used as dentures. Ceramic body and a method of making an adhesive bond between titanium and a ceramic material.

Für die Versorgung von Patienten mit Zahnersatz und Zahnkronen wird in der Zahnmedizin und Dentaltechnik sowohl Edelmetall als auch Keramik eingesetzt. Soweit es sich dabei um Zahnkronen handelt, wird auf einen beschliffenen Zahnstumpf eine aus Edelmetall, wie Gold, Silberlegierungen und Platin, oder eine aus Keramik hergestellte Krone aufgepaßt und zur Unterfütterung mit Spezialzement eingepaßt bzw. mit dem Zahnstumpf verbunden. Die Zahnkrone wird dabei nach Herstellung eines Abdruckes auf die Erfordernisse des Gebisses des Patienten abgestimmt. Der Einsatz von Edelmetall für solche Überkronungen von Zähnen im menschlichen Gebiß ist sehr teuer und die Haltbarkeit von Überkronungen aus Edelmetall ist auch begrenzt. Der Einsatz von Keramik zur Überkronung ermöglicht den äußeren Eindruck eines natürlichen Gebisses zu erhalten, aber grundsätzlich haftet auch dieser Art von Zahnersatz der Mangel der bedingten Haltbarkeit an. For the care of patients with dentures and dental crowns is used in dentistry and dental technology both precious metal as well as ceramics. As far as it concerns tooth crowns acts, one is on a ground tooth stump Precious metals such as gold, silver alloys and platinum, or one Crown made of ceramic watch out and for relining fitted with special cement or connected to the tooth stump. The tooth crown is opened after making an impression the needs of the patient's teeth matched. Of the Use of precious metal for such crowning of teeth in the human dentition is very expensive and the durability of Crowning of precious metal is also limited. The use of Ceramics for crowning give the external impression of a natural teeth, but is generally liable even this kind of dentures the lack of conditional Durability.

Als ein dem Edelmetall, wie Gold, Silber oder Platin gleich wertiges Metall hat sich Titan in den vergangenen Jahrzehnten als Werkstoff in der allgemeinmedizinischen, wie auch in der zahnmedizinischen Implantologie und Chirurgie bewährt. Titan ist hinsichtlich seiner Biokompatibilität, Atoxizität und Anti allergenität sogar allen anderen Metallen, wie auch den Edelmetallen, weit überlegen. Es kann daher für den klinischen Einsatz sehr empfohlen werden. Es könnte in Zukunft sogar eine kostengünstige Alternative zum Edelmetall darstellen. Die anfänglichen Schwierigkeiten der Verarbeitung von Titan für den zahntechnischen Einsatz sind mittlerweile fast vollständig überwunden worden (Titanguß, Einbettmasse, alpha-case). Dagegen stößt die keramische Verblendung von Titan auf große Schwierig keiten, da die Herstellung eines Haftverbundes zwischen Titan und Keramik entweder ungenügend ist oder für den Einsatz in der Dentaltechnik zu vertretbaren Kosten technisch nicht reali sierbar ist. So zeigten 3 Jahre nach Eingliederung der keramisch verblendeten Titanrestaurationen 41% der Restau rationen Schäden an der keramischen Verblendung auf. Die Verbundfestigkeit des Titan-Keramik-Systems hat bei weitem noch nicht das Niveau des etablierten Edelmetall-Keramik-Verbundes erreicht. Ein klinischer Einsatz von keramisch verblendeten Titanrestaurationen kann zur Zeit daher nur eingeschränkt empfohlen werden.As one like the precious metal, such as gold, silver or platinum Titanium has been a valuable metal in the past decades as a material in general medicine, as well as in proven dental implantology and surgery. titanium is regarding its biocompatibility, toxicity and anti allergenicity even to all other metals, like that Precious metals, far superior. It can therefore be used for clinical Use highly recommended. There could even be one in the future represent an inexpensive alternative to precious metals. The initial difficulties processing titanium for Dental technology use is now almost complete have been overcome (titanium casting, investment, alpha-case). On the other hand the ceramic veneering of titanium is very difficult due to the production of an adhesive bond between titanium and ceramic is either insufficient or for use in the Dental technology is not technically feasible at reasonable costs is sizable. So showed 3 years after the integration of the ceramic veneered titanium restorations 41% of the rest damage to the ceramic veneer. The The bond strength of the titanium-ceramic system is still far not the level of the established precious metal-ceramic composite reached. A clinical use of ceramic-veneered Titanium restorations can therefore only be used to a limited extent at the moment be recommended.

Ursächlich verantwortlich für den mangelhaften Haftverbund zwischen Titan und Keramik, d. h. für das Versagen des Titan- Keramik-Verbundes ist die hohe Sauerstoffaufnahme des Titans während des keramischen Brandes. Die hohe Sauerstoffaufnahme des Titans führt zur Ausbildung von Titanoxidschichten, in denen es zum Bruch des Titan-Keramik-Verbundes kommt.Causally responsible for the poor bond between titanium and ceramic, d. H. for the failure of the titanium Ceramic composite is the high oxygen absorption of the titanium during the ceramic fire. The high oxygen intake of titanium leads to the formation of titanium oxide layers, in which causes the titanium-ceramic composite to break.

Nach dem Erkennen der Ursache für das Versagen des Titan- Keramik-Verbundes sind Versuche unternommen worden, die hohe Sauerstoffaufnahme des Titans während des keramischen Brandes zu verringern. Sie wurden mittels Silizium-Ionenimplantation und Siliziumnitrid-Plasma Immersions Implantation und Depo sition erfolgreich durchgeführt. Diese Verfahren sind aber über reine, der Forschung dienende Laborversuche nicht hinaus ge kommen und ihre Anwendung ist in zahntechnischen Laboratorien wirtschaftlich nicht vertretbar.After identifying the cause of the titanium failure Ceramic composite attempts have been made to achieve the high Titanium oxygen uptake during ceramic firing to reduce. They were made using silicon ion implantation and silicon nitride plasma immersion implantation and depo sition successfully completed. However, these procedures are over pure, laboratory tests serving research purposes come and their application is in dental laboratories not economically viable.

Das Ziel der Erfindung ist es, für den Einsatz eines Titan- Keramik-Körpers als Zahnersatz in der Dentaltechnik mit Hilfe der vorhandenen konventionellen Technik in zahntechnischen Laboratorien, unter wirtschaftlich vertretbarem Aufwand, die Herstellung eines langzeitstabilen Haftverbundes zwischen Titan und Keramik zu realisieren.The aim of the invention is to use a titanium Ceramic body as a denture in dental technology with the help the existing conventional technology in dental technology Laboratories, at economically reasonable expense, the Production of a long-term stable adhesive bond between titanium and to realize ceramics.

Die Aufgabe der Erfindung bestand folglich darin, einen in der Dentaltechnik einsetzbaren Titan-Keramik-Körper mit einem lang zeitstabilen Haftverbund und ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen Titan und Keramik zu entwickeln, mit dem die Sauerstoffaufnahme des Titans während des keramischen Brandes blockiert wird, um damit die Voraussetzungen für einen stabilen Titan-Keramik-Haftverbund durch Ausbildung einer Haftbrücke auf der Oberfläche des Titans zur anschließenden keramischen Verblendung des Titankörpers herbeizuführen.The object of the invention was therefore one in the Titanium ceramic body with a long usable dental technology time-stable adhesive bond and a method of manufacture to develop a connection between titanium and ceramic with which is the oxygen uptake of titanium during the ceramic Fire is blocked to meet the requirements for one stable titanium-ceramic adhesive bond by forming a Adhesive bridge on the surface of the titanium for subsequent bring about ceramic veneering of the titanium body.

Die Aufgabe, eine als Zahnersatz einsetzbare, keramisch ver blendete Titanrestauration zu entwickeln, wurde dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß eine Oberfläche eines Titangußkörper mit einer aus Titannitrid, Titanborid oder Titancarbid bestehenden Haftbrücke versehen ist, auf der die Keramikverbindung aufge bracht und in einem Brennvorgang mit dem Titangußkörper ver bunden worden ist. Die Haftbrücke weist eine geringe Schicht dicke auf und erstreckt sich auf maximal 10 µm.The task of using a ceramic ver Developing dazzled titanium restoration was solved by that according to the invention with a surface of a cast titanium body one consisting of titanium nitride, titanium boride or titanium carbide Adhesion bridge is provided on which the ceramic connection is opened brings and ver in a burning process with the titanium cast body has been bound. The adhesive bridge has a small layer thickness and extends to a maximum of 10 µm.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht die Haft brücke aus in die Oktaederlücken des Kristallgitters des Titan gußkörpers einlagerten Fremdatomen aus Kohlenstoff, Bor oder Stickstoff. According to a further feature of the invention, there is detention bridge into the octahedral gaps of the titanium crystal lattice cast body embedded foreign atoms of carbon, boron or Nitrogen.

Die Aufgabe, die Sauerstoffaufnahme des Titans während des keramischen Brandes zu verringern, um einen stabilen Titan- Keramik-Verbund zu entwickeln, wurde erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei dem nichtoxidische Keramiken als Strahl mittel zur Oberflächenmodifikation von Titan in sauerstoff freier Atmosphäre eingesetzt wird, dann eine Keramisierung der Titanoberfläche durch ein Brennen in sauerstofffreier Atmosphäre unter Anwesenheit von Bor, Kohlenstoff oder Stick stoff vorgenommen wird und in Folge unter Einsatz von herkömm lichen Bondern, modifizierten oxidischen, nichtoxidischen oder oxidreduzierten Keramiken der Bonderbrand zwischen dem Titan und den oxidischen Keramiken, als der Grundmasse der keramischen Verblendung, durchgeführt wird.The task of increasing the oxygen uptake of titanium during the ceramic fire to ensure a stable titanium Developing ceramic composite was inventively by a Process solved using non-oxide ceramics as a jet agent for surface modification of titanium in oxygen free atmosphere is used, then a ceramization of the Titanium surface by burning in oxygen-free Atmosphere in the presence of boron, carbon or stick is made and in a row using convention Lichen bonder, modified oxidic, non-oxidic or oxide-reduced ceramics the bonder fire between the titanium and the oxidic ceramics, as the basic mass of the ceramic veneer.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention is described below using an exemplary embodiment explained in more detail. In the accompanying drawing:

Fig. 1 einen Titankörper nach alpha-case Entfernung, Fig. 1 a titanium body by alpha-case distance,

Fig. 2 die Oberfläche des in Fig. 1 dargestellten Titan körpers nach Aufrauhung der Titanoberfläche durch ein nichtoxidisches Strahlmittel, z. B. Silizium carbid in einer Stickstoff-Atmosphäre, Fig. 2 shows the surface of the titanium body shown in Fig. 1 after roughening the titanium surface by a non-oxidic abrasive, for. B. silicon carbide in a nitrogen atmosphere,

Fig. 3 die Oberfläche des in Fig. 1 dargestellten Titan körpers nach Vorbehandlung der Oberfläche und an schließender Wärmebehandlung unter N₂-Atmosphäre zur Keramisierung der Oberfläche des Titan körpers, Fig. 3, the surface of titanium shown in FIG. 1 body by pretreatment of the surface and closing heat treatment under N ₂ atmosphere for ceramification of the surface of the titanium body,

Fig. 4 den in Fig. 1 gezeigten Titankörper nach aufge brachtem Bonderbrand aus einem modifizierten oxidischen Bonder. Fig. 4 shows the titanium body shown in Fig. 1 after applied bonder firing from a modified oxidic bonder.

Nach Herstellung eines Titangußkörpers (1) nach den bekannten Verfahren wird dieser Rohling unter Stickstoffatmosphäre mit Siliziumcarbid (nicht dargestellt) mechanisch bestrahlt, um mögliche Reste der ebenfalls nicht dargestellten alpha-case Schicht zu entfernen, eine mechanische Haftung der später auf zubrennenden Keramiken zu ermöglichen und erste Belegung der Titanoberfläche mit Kohlenstoff- und Stickstoffatomen zu er zielen.After a titanium cast body ( 1 ) has been produced by the known processes, this blank is mechanically irradiated with silicon carbide (not shown) under a nitrogen atmosphere in order to remove possible residues of the alpha-case layer, also not shown, to enable mechanical adhesion of the ceramics to be fired later and to achieve the first covering of the titanium surface with carbon and nitrogen atoms.

Anschließend wird durch eine Wärmebehandlung bei hohen Temperaturen, Brennen in Stickstoffatmosphäre, des so vorbe handelten, d. h. mit Siliziumcarbid mechanisch bestrahlten Titangußkörpers (1) die Belegung der Oberflächen (2) des Titan gußkörpers (1) mit Stickstoffatomen optimiert. Der im Titan physikalisch gelöste Stickstoff und Kohlenstoff reagiert mit dem Titan, indem dieser in Titannitrid und Titancarbid umgewandelt wird und sich eine nichtoxidische keramische Schutzschicht ausbildet.Firing the thus readied negotiated, ie mechanically irradiated with silicon carbide Titangußkörpers (1) is then passed through a heat treatment at high temperatures in a nitrogen atmosphere, the titanium molded body optimizes the assignment of the surfaces (2) (1) with nitrogen atoms. The nitrogen and carbon physically dissolved in titanium react with the titanium by converting it into titanium nitride and titanium carbide and forming a non-oxide ceramic protective layer.

Hiernach wird ein Bonderbrand durchgeführt, wobei ein modifizierter oxidischer Bonder eingesetzt wird. Der Hauptbe standteil des Bonders, SiO₂ ist dabei zu 30% durch ZrO₂ersetzt. Die Sintertemperatur des Bonderbrandes (840°C) liegt dabei deutlich über der des folgenden Grundmassenbrandes (740°C), der ebenso wie die weitere Verarbeitung nach dem Stand der Technik durchgeführt wird.A bonder firing is then carried out, using a modified oxidic bonder. The main component of the bonder, SiO _2, is 30% replaced by ZrO ₂ . The sintering temperature of the bonder firing (840 ° C) is significantly higher than that of the following base mass firing (740 ° C), which, like the further processing, is carried out according to the prior art.

In der zahnärztlichen Behandlung eines Patienten zur Versorgung mit Zahnersatz wird der oder die zu überbrückenden Zähne im Mund des Patienten beschliffen. Dann wird von allen Zähnen des Oberkiefers, wie auch von denen des Unterkiefers ein Abdruck als Negativ-Modell genommen. Dieser Abdruck wird mit Gips gefüllt und so ein Gipsmodell als Positiv-Modell vom Ober- und Unterkiefer des Patienten erstellt. Diese Modelle werden im Artiklator fixiert, in dem der Oberkiefer und Unterkiefer in die Beziehung, wie sie im Mund des Patienten bestehen, gebracht wird. Die Zähne im Gipsmodell, die den beschliffenen Zähnen im Mund des Patienten entsprechen, werden herausgesägt, so daß sie vom Modell abgenommen aber auch wieder eingesetzt werden können. Auf diese Gipsstümpfe wird ein Wachsmodell modelliert, das der späteren einzugliedernden Titanrestauration entspricht. Gußkanäle aus Wachs werden an das Wachsmodell angefügt und das Modell mit Einbettmasse umgossen. Nach dem Erhärten der Ein bettmasse wird das Wachs ausgeschmolzen und in die zurück bleibenden Hohlräume wird, mit speziellen Titangußanlagen, Titan gegossen. Nach Abkühlung wird der Titangußkörper (1) entnommen und die Gußkanäle werden abgetrennt. Anschließend wird die obere Reaktionsschicht des Titangußkörpers (alpha-case) entfernt und anschließend unter Stickstoffatmosphäre mit Siliziumcarbid mechanisch bestrahlt. Hierauf folgt das Brennen des Titangußkörpers (1) in einer Stickstoffatmosphäre und dann erfolgt der Bonderbrand gefolgt von dem Grundmassen-, Dentin-, Korrektur- und Glanzbrand. Nach einer abschließenden Politur und Probeeingliederung am Gipsmodell erfolgt die Eingliederung der keramisch verblendeten Titanrestauration am Patienten durch den Zahnarzt.In the dental treatment of a patient for the provision of dentures, the tooth or teeth to be bridged are ground in the patient's mouth. Then all teeth of the upper jaw, as well as those of the lower jaw, are taken as a negative model. This impression is filled with plaster and a plaster model is created as a positive model of the patient's upper and lower jaw. These models are fixed in the articulator, in which the upper jaw and lower jaw are brought into the relationship as they exist in the patient's mouth. The teeth in the plaster model, which correspond to the ground teeth in the patient's mouth, are sawn out so that they can be removed from the model but also used again. A wax model is modeled on these plaster stumps, which corresponds to the titanium restoration to be incorporated later. Casting channels made of wax are added to the wax model and the model is encapsulated with investment material. After the bed mass has hardened, the wax is melted out and titanium is poured into the remaining cavities using special titanium casting systems. After cooling, the titanium cast body ( 1 ) is removed and the casting channels are separated. The upper reaction layer of the cast titanium body (alpha-case) is then removed and then mechanically irradiated with silicon carbide under a nitrogen atmosphere. This is followed by the firing of the titanium cast body ( 1 ) in a nitrogen atmosphere and then the bonder firing takes place, followed by the base mass, dentine, correction and glaze firing. After a final polishing and trial insertion on the plaster model, the ceramic-veneered titanium restoration on the patient is inserted by the dentist.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ist kostengünstig in einem vorhandenen dentaltechnischen Labor realisierbar und einfach zu handhaben. Die Titanrestauration verfügt über eine hohe Qualität. Eine Versagensrate der Titanrestauration ist bei einer guten Ausführung im zahntechnischen Labor ausgeschlossen.The method proposed according to the invention is inexpensive feasible in an existing dental laboratory and easy to handle. The titanium restoration has one high quality. A failure rate of the titanium restoration is at a good execution in the dental laboratory excluded.

Claims

1. Dentures, consisting of a ceramic-veneered titanium restoration, characterized in that an upper surface ( 2 ) of a titanium cast body ( 1 ) with an existing of titanium nitride, titanium boride or titanium carbide adhesive bridge ( 3 ) is provided on which the ceramic veneer ( 4th ) has been applied and connected to the titanium cast body ( 1 ) by a firing process.

2. Dentures according to claim 1, characterized in that the adhesive bridge ( 3 ) has a small layer thickness of less than 10 microns.

3. Dentures according to claim 1 and 2, characterized in that the adhesive bridge from in the octahedral gaps of the Kri stallgitters of the titanium cast body ( 1 ) embedded foreign atoms of carbon, boron or nitrogen.

4. A method for producing a long-term stable titanium-ceramic adhesive bond, characterized in that at the same time with an alpha-case removal of the upper surface ( 2 ) of the titanium cast body ( 1 ) an inclusion of foreign atoms in the crystal lattice of titanium with a defined layer thickness of the surface ( 2 ) the titanium casting ( 1 ) this is mechanically irradiated in a protective gas atmosphere.

5. The method according to claim 4, characterized in that the mechanical radiation by using non-oxide abrasive such as silicon carbide, nitride, Boron carbide, nitride, titanium carbide, boride in nitrogen or Argon atmosphere is made.

6. The method according to claim 4 and 5, characterized in that the fillers carbon, boron and boron nitride are added to the non-oxidic abrasive for better saturation from the surface ( 2 ) of the titanium cast body ( 1 ) with foreign atoms.

7. The method according to claim 4 to 6, characterized in that after the roughening of the surface ( 2 ) of the titanium cast body ( 1 ) and alpha-case removal of this in an N ₂ atmosphere for fixing the radiation by the mechanical loading of the titanium cast body ( 1 ) embedded foreign atoms in the octahedral gaps of the crystal lattice for the purpose of blocking the crystal lattice paths for an oxygen intake before a subsequent firing process for the production of the titanium-ceramic composite is burned.

8. The method according to claim 4, characterized in that for the incorporation of foreign atoms in the crystal lattice of the titanium cast body ( 1 ) to a saturation of the upper surface ( 2 ) the same is coated with carbon, boron or hexagonal boron nitride and then in an inert gas Atmosphere is burned.

9. The method according to claim 4 to 8, characterized in that after the production of an adhesive bridge on the upper surface ( 2 ) of the titanium cast body ( 1 ), which serves to prevent oxygen absorption during the bonder fire, using oxidic, modified oxidic, non-oxidic or oxide-reduced ceramics, a bonder firing of the base material of the ceramic veneer is carried out.