DE2913779C2

DE2913779C2 - Verwendung einer Nickel-Chrom-Legierung zum Gießen von zahnprothetischen Formteilen

Info

Publication number: DE2913779C2
Application number: DE2913779A
Authority: DE
Inventors: Kentaro Osaka Murayama; Kazuyuki Toyonaka Nakano
Original assignee: Sanki Industrial Co Ltd
Current assignee: Sanki Industrial Co Ltd
Priority date: 1978-04-05
Filing date: 1979-04-05
Publication date: 1984-08-09
Also published as: DE2913779A1; CA1119842A; AU522519B2; JPS54132423A; AU4571679A; GB2019885B; US4202687A; GB2019885A; JPS5643377B2

Description

Die Erfindung berifft die Verwendung von Nickel-Chrom-Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt als Werkstoff zum Gießen von zahntechnischen oder zahnprothetischen FormteileiL wie Kronen und Brücken.

Zum Gießen von Zahnkronen werden bekanntlich Edelmetalle in Form von Legierungen verwendet, doch sind diese sehr teuer. Häufig wird eine Nickel-Chrom-Legierung verwendet Da der Schmelzpunkt dieser Legierung oberhalb 1200° C liegt, ist diese nur schwer mit Hilfe einer Wärmequelle mit niedrigem Wärmegehalt schmelzbar, wie mit Hilfe einer Flamme, deren Brenngemisch aus üblichem Gas aus dem öffentlichen Netz und Sauerstoff oder Luft besteht. Daher werden zum Schmelzen der Legierung häufig Lichtbogen- oder Hochfrequenz-Schmelzverfahren angewendet Im letzteren Fall ist eine Gießzentrifuge mit dielektrischer Hochfrequenzerhitzung erforderlich; diese Vorrichtung hat einen erheblichen Platzbedarf, ist ziemlich teuer und birgt Gefahren für die Bedienungsperson. Ferner muß die Form hohe Temperaturen aushalten und erfordert normalerweise die Verwendung eines phosphatischen Füllstoffs oder Einbettungsmaterials, das gegenüber hohen Temperaturen widerstandsfähig ist Das Einbettungsmaterial weist jedoch eine außerordentlich hohe

Festigkeit auf und verursacht daher beim Aufbrechen zur Entnahme der Gußstücke einen erheblichen Aufwand. Ferner ist der Füllstoff nur schwer zu vermischen oder zu kneten, und unzureichendes Kneten ergibt einen

ungleichförmigen Expansionskoeffizienten und führt zum Zerstören der Form beim Sintern. Ferner neigt der Füllstoff im Verlauf von drei Monaten oder mehr nach der Herstellung der Form zum Verwittern.

Nach dem Einsetzen sollen sich Zahnkronen weder verfärben noch sollten sie den benachbarten Zahn oder das Gegenstück am anderen Gebißteil verletzen und darüberhinaus sollten die Kronen leicht bearbeitbar sein. Eine hohe Gießgenauigkeit erfordert einen geringen Gießschwund. Der Füllstoff sollte nicht auf der Oberfläche der Gußstücke haften bleiben. Es ergeben sich daher eine Vielzahl von Erfordernissen für Legierungen, die als Werkstoff zum Gießen zahntechnischer Formteile geeignet sein sollen.

Aus der DE-AS 12 18 161 ist eine Nickel-Kupfer-Legierung aus 30 bis 70% Nickel, 10 bis 49% Kupfer, 3 bis 35% Zink oder/und Mangan sowie 0,1 bis 15% Chrom und/oder Vanadium bekannt, wobei der Nickelgehalt vorzugsweise höher als der Kupfergehalt ist. Die ausgehärtete Legierung wird für Widerstandsdrähte oder -bänder, insbesondere für Präzisionswiderstände oder Hochohm widerstände verwendet, die eine geringe Thermokraft gegen Kupfer aufweisen sollen. Zur Korrektur der Eigenschaften der Legierung, beispielsweise der Aushärtbarkeit, Korrosionsbeständigkeit, Zunderbeständigkeit und Thermokraft gegen Kupfer sowie als Desoxidations- und Entschwefelungsmittel können der Legierung noch weitere Zusätze beigefügt werden, beispielsweise Germanium, Aluminium, Gallium und/oder Zirkonium in einer die Löslichkeit im festen Zustand nicht

so oder nur unwesentlich überschreitenden Menge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Legierung anzugeben, die mit Hilfe einer niederenergetischen Heizquelle geschmolzen und leicht gegossen werden kann und aus der sich zahnprothetische Formteile gießen lassen, die beim Einsatz innerhalb des Rachenraums praktisch keine Nachteile zeigen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs I gelöst.

Die erfindungsgemäße Nickel-Chrom-Legierung enthält zumindest die nachstehenden Bestandteile in Gewichtsprozent:

Cr	7-20%
Cu	15-35%
Mn	15-35%
Ge	0,5-15%
Al	0.1-3%
Desoxidations
mittel	0,1-3%
Nickel	Rest.

In vorteilhafter Weise kann diese Legierung mindestens ein Lcgicrungsclcment aus der Gruppe enthaltend Ga. Nb und Zr oder andere l.cgicrungsclcmcnti: aufweisen. Vorzugsweise werden diese drei Elemente der

Legierung im nachstehenden Verhältnis in Gewichtsprozent zugegeben:

Ga 0,5-15%

Nb 0,5—10%

Zr 0,5- 5%.

Obwohl die vorstehend aufgeführten Elemente Mn und AI desoxidierend wirken, werden die Desoxidationsmittel in Form von Si-, Ti-, Al- und Mn-Legierungen, beispielsweise Ca-Si-Legierungen bevorzugt.

Die erfindungsgemäße Legierung weist einen niedrigen Schmelzpunkt auf und besitzt eine geeignete Hart» und hohe Farbbeständigkeit. Der beim Gießen der erfindungsgemäßen Legierung auftretende Schwund ist gering, und der Füllstoff haftet nicht an dem Formstück. Insbesondere kann ein mit der erfindungsgemäßen Legierung verträglicher Füllstoff verwendet werden, der eine geringe Wärmefestigkeit aufweist und leicht zertrümmert werden kann. Ein Beispiel hierfür ist ein Gipsfüllstoff. Ein typisches Beispiel für zahntechnische Gußstücke sind Zahnkronen. Bekanntlich müssen derartige Zahnkronen eine Vielzahl verschiedener Funktionen und Eigenschaften erfüllen. Im Rahmen der Erfindung sind umfangreiche Untersuchungen für die beste Legierungszusammensetzung durchgeführt worden, die die nachstehenden Erfordernisse erfüllt:

1. Der Schmelzpunkt soll so niedrig wie möglich liegen. Als geeignetes Kriterium wird die Tatsache herangezogen, daß die Legierung mit einem Brenngemisch, bestehend aus Stadtgas und aus Sauerstoff oder Luft verschmolzen werden kann (vorzugsweise unterhalb 1150° C).

2. Die Legierung soll sich auch bei langem Einsatz im Rachenraum nicht verfärben.

3. Die Gußstücke sollen polierbar und leicht bearbeitbar sein und dabei so hart sein, daß sie das Gegengebiß nicht beschädigen. Vorzugsweise beträgt die Vickers-Härte weniger als 250.

4. Um die Gießgenauigkeit zu verbessern, soll der Schwund beim Gießen gering sein. Bekanntlich weisen im allgemeinen Ni-Cr-Legierungen einen relativ hohen Schmelzpunkt auf, und daher sollen vorzugsweise so wenig Elemente mit hohem Schmelzpunkt wie möglich in der Legierung enthalten sein.

5. Es soll ein Anhaften des Füllst&lfs an der Oberfläche der Gußstücke verhindert werden. Auf diese Forderung muß besonders geachtet werden, da die Nickel-Chrom-Legierungen in aller Regel einen relativ hohen Schmelzpunkt aufweisen, so daß das Anhaften leichter eintreten kann.

Um die vorstehenden Anforderungen zu erfüllen, wurde zunächst der Chromaroeil berücksichtigt, wobei sich herausgestellt hat, daß zur Erfüllung der Bedingung 2 mindestens 7 Gewichtsprozent Chrom zugegeben werden sollten. So führt ein Chromsnteil vco weniger als 7% mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einer Verfärbung; liegt dagegen der Chromanteil üb^r 20%, so nimmt die Härte sehr stark zu, so daß im Zusammenhang mit der Bedingung 3 Probleme auftreten, und iarüberhinaus steigt der Schmelzpunkt an und der Schwund beim Gießen nimmt zu. Der erfindungsgemäße Chromanteil beträgt daher 7 bis 20%, vorzugsweise 8 bis 15%, wobei 10 bis 13% besonders bevorzugt sind.

Der Kupferanteil beträgt 15 bis 35%. Liegt der Kupferanteil unter 15%, so ist es schwierig, den Schmelzpunkt zu erniedrigen und daher die Bedingung 3 zu erfüllen. Bei einem Kupferanteil über 35% verfärbt sich bei längerem Gebrauch die Legierung. Vorzugsweise beträgt der Kupferanteil 18 bis 33%, wobei 20 bis 30% <to besonders bevorzugt sind.

Während Mangan in erster Linie den Schmelzpunkt erniedrigen soll, zeigt sich, daß ein Mangananteil von weniger als 15% hierauf praktisch keinen Einfluß hat; deshalb wird erfindungsgemäß die untere Grenze für den Mangananteil bei 15% festgelegt Je größer der Mangananteil ist, um so stärker wird der Schmelzpunkt erniedrigt. Ein Mangananteil von über 35% führt zu einer Erhöhung der Härte, so daß die Bedingung 3 nicht erfüllt wird. Daher ist der obere Grenzwert für den Mangananteil auf 35% festgelegt. Vorzugsweise beträgt der Mangananteil 18 bis 33%, wobei 20 bis 30% besonders bevorzugt sind.

Das Germanium ist aus zweierlei Gründen vorhanden, und zwar einerseits zum Erniedrigen des Schmelzpunktes und andererseits zum Verhindern der Verfärbung. Ein Germaniumanteil von weniger als 03% hat hierauf jedoch keinen wesentlichen Einfluß mehr, so daß pJs untere Grenze für den Gerrnaniumanteil 0,5% so angegeben werden. Obwohl beide Eigenschaften mit zunehmendem Mangananteil fortschreitend verstärkt werden, wird die Härte der Legierung im Hinblick auf die Bedingung 3 zu hoch, wenn der Germaniumanteil über 15% liegt. Erfindungsgemäß beträgt daher der Germaniumanteil 0,5 bis 15%, vorzugsweise 1 bis 13%, wobei 2 bis 10% besonders bevorzugt sind.

Darüber hinaus dient das Aluminium nicht nur zum Absenken des Schmelzpunktes, sondern verhindert auch das Anbacken des Füllstoffs an dem Gußstück. Weniger als 0,1% Aluminiumanteil sind hierfür nicht geeignet. Mit zunehmendem Aluminiumanteil wird jedoch die vorteilhafte Wirkung verstärkt. Bei mehr als 3% Aluminiumanteil wird die Legierung brüchig. Daher beträgt erfindungsgemäß der Aluminiumanteil 0,1 bis 3%, vorzugsweise 0,3 bis 2%, wobei 0,5 bis 1 % besonders bevorzugt sind.

Obwohl Mangan, Aluminium oder ähnliche Elemente, wie vorstehend ausgeführt, Desoxidierungseigenschaften aufweisen, wird vorzugsweise ein bestimmtes Desoxidationsmittel zugegeben, um die Wirkung dieser Elemente zu verbessern. Als Desoxidationsmittel sind Silicium-, Titan-, Aluminium- und Manganlegierungen, wie Calcium-Silicium-Legierungen und Eisen-Silicium-Legierungen bevorzugt. Der Anteil des Desoxidationsmittels beträgt vorzugsweise 0,1 bis 3%. Ein Anteil des Desoxidationsmittels von weniger als 0,1% führt zu einer zu geringen Desoxidation, und die Verwendung eines Desoxidationsmittel-Anteils von mehr als 3% führt zu einer Erhöhung der Härte, so daß die Bedingung 3 nicht erfüllt wird, und zu einer erhöhten Brüchigkeit des Legierungsmaterials. Vorzugsweise beträgt der Anteil des Desoxidationsmittels 0,2 bis 2%, wobei 0.3 bis 1% besonders bevorzugt sind.

Der Rest der Legierung besteht aus Nickel.

Neben den vorstehenden Legierungselementen können noch unvermeidliche, übliche Verunreinigungen in der Legierung enthalten sein. Ferner kann zusätzlich mindestens ein weiteres Legierungselement aus der Gruppe enthaltend Gallium, Niob, Zirkonium und/oder andere Legierungselemente vorhanden sein. Von diesen

Legierungselementen dient Gallium zum Absenken des Schmelzpunktes und zum Verhindern einer Verfärbung. Weniger als 04% Gallium reichen hierfür in der Regel nicht aus, so daß als unterer Grenzwert 04% bevorzugt sind. Diese angestrebten Wirkungen verbessern sich mit zunehmendem Galliumanteil, doch wird bei mehr als 15% Galliumanteil die Härte der Legierung im Hinblick auf die Bedingung 3 zu hoch. Erfindungsgemäß berägt daher der Galliumanteil 0-5 bis 15%, vorzugsweise 0,8 bis 10%, wobei 1 bis 8% besonders bevorzugt sind.

ίο Niob und Gallium zeigen im wesentlichen die gleichen Auswirkungen, wobei ein Niobanteil von weniger als 04%, wie beim Gallium, nicht ausreichend ist und daher erfindungsgemäß dort auch der untere Grenzwert festgelegt wird. Andererseits verstärken sich diese Auswirkungen in ähnlicher Weise mit zunehmendem Niob- bzw. GalliumanteiL Bei einem Niobanteil von mehr als 10% wird die Härte der Legierung im Hinblick auf die Bedingung 3 zu groß; femer nimmt der Gießschwund der Legierung zu. Erfindungsgemäß beträgt daher der Niobanteil 04 bis 10%. vorzugsweise 0,8 bis 8%, wobei 1 bis 5% besonders bevorzugt sind.

Zirkonium erniedrigt den Schmelzpunkt und ist leicht zu zermahlen. Weniger als 04% Zirkoniumanteil sind nicht ausreichend, während mehr als 5% Zirkonium zu einer harten und brüchigen Legierung führen und den Gießschwund erhöhen. Erfindungsgemäß beträgt der Zirkoniumanteil daher 04 bis 5%, vorzugsweise 1 bis 4%, wobei 2 bis 3% besonders bevorzugt sind.

Die vorstehenden Legierungsbestandteile können einzeln, in Kombination oder in einem Legierungsgemisch mit Eisen eingesetzt werden. Derartige Legierungszusammensotzungen liegen im Rahmen der Erfindung. Mit dem vorstehenden Legierunsgemisch wird eine Nickel-Chrom-Legierung mit relativ rührigem Schmelzpunkt erhalten, die mit einer niederenergetisciien Heizquelle, beispielsweise mit einem Breru-gemisch aus Stadtgas und Sauerstoff oder Luft, erschmolzen und gegossen werden kann. Daher kann ein Niedertemperatur-Gipsfüllstoff verwendet werden, der zum Entnehmen des Gußstücks aus einer Form leicht zerstört werden kann. Ferner ist die Härte der erhaltenen Legierung derart, daß das Schleifen und Polieren erleichtert wird. Die Herstellung von beispielsweise Kronen und Brücken wird vereinfacht; die Farbbeständigkeit und der Gießschwund sind zufriedenstellend, und die Haltbarkeit am Substrat wird erhöht

Beispiel

Es werden 7 verschiedene Legierungsmischungen gemäß Tabelle 1 vorbereitet, und Kronen und Brücken werden in üblicher Weise aus diesen Legierungsmischungen hergestellt Der Schmelzpunkt, die Vickers-Härte, die Zugfestigkeit und die Dehnbarkeit jedes Produktes sind in Tabelle II aufgeführt; es zeigt sich, daß die Legierungen A bis E hinsichtlich der Halte und der Zugfestigkeit zufriedenstellend sind, während die Legierungen F und G eine zu große Dehnbarkeit aufweisen. Ferner sind die Gießbarkeit, die Formteiloberfläche, die Schleifbarkeit und die Anpaßbarkeit an den Patienten bei den Legierungen A bis E ausgezeichnet Dagegen zeigen die nicht im Rahmen der Erfindung liegenden Legierungen F und G unbefriedigende Ergebnisse. Darüberhinaus neigen die Legierungen F und G im Rachenraum des Patienten zu Verfärbungen.

Tabelle >	Legierung	B	C	D	E	F	G
(Beispiele)	A	27,6	354	31,2	32,1	64	49
Zusammen	26,5	i0	10	10	10	10	10
setzung	15	25	20	25	25	10	30
Ni(%)	30	30	20	25	25	15	10
Cr(%)	20	5	5	5	2	—	—
Cu(%)	7	0,1	1	04	0,1	—	—
Mn (%)	0,5	0,3	1	03	03	1	1
Ge(%)	1	2	—	—	1	—	—
Al(%)	—	—	5	—	1	—	—
Ca-Si(¹M))	—	—	—	3	3	—	—
Ga(%)	—	—	2,5	—	04	—	—
Nb(%)	—
Zr(%)
Rest(%)

Tabelle II (Versuchsergebnisse)	Legierung A	B	C	D	E	F	G
	985 247 473 2,0	1000 232 436 2,5	1030 235 458 2,5	960 226 404 2,0	1030 240 428 2,5	1260 140 407 12.5	1240 168 450 7,5
Schmelzpunkt CQ Vickers-Härte Zugfestigkeit (N/mm²) Ausdehnung

Claims

Patentansprüche: 1. Verwendung einer Nickel-Chrom-Legierung aus

7 bis 20% Chrom,

15 bis 35% Kupfer, 15 bis 35% Mangan, 0,5 bis 15% Germanium, 0,1 bis 3% Aluminium, 0,1 bis 3% Desoxidationsmittel,

Rest Nickel

als Werkstoff zum Gießen von zahnprothetischen Formteilen.

Z Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1, die jedoch noch zusätzlich mindestens eins der Elemente Gallium von 0,5 bis 15%, Niob von 0,5 bis 10% und Zirkonium von 0,5 bis 5% enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.