DE2946863A1

DE2946863A1 - Metallbasis fuer zahnersatz und zahnersatz

Info

Publication number: DE2946863A1
Application number: DE19792946863
Authority: DE
Inventors: Min H Van Tsai
Original assignee: Unitek Corp
Current assignee: 3M Unitek Corp
Priority date: 1978-11-20
Filing date: 1979-11-20
Publication date: 1980-05-29
Also published as: JPS6249340B2; SE7909578L; GB2038359A; DE2946863C2; GB2038359B; HK89886A; CH633956A5; JPS5573841A; SE449178B; IT7950852A0; IT1120627B; FR2441380A1; FR2441380B1; CA1147988A

Description

PATENTANWÄLTE
J. REITSTÖTTER * W. KINZEBACH

PROP. DR. DR. DIPL. INO. DR. PHIL. DIPL. CHBM. W. BUNTE (195Θ-1Θ7Θ) K. P. HÖLLER DR. ING. DR. RBR. NAT. DIPL. CHBM.

TBLEFONi (088) 87 OB 83 TELBXl 0210208 IBAR

BAUBReTRASSB 82. UOOO MÜNCHBN München, 20. November 1979

M/20 379

UN-0045D

UNITEK CORPORATION
2724 S. Peck Road

Monrovia, California / USA Me ta Π basis für Zahnersatz und Zahnersatz

POSTANSCHRIFT ι POSTPACH 7SO. D-βΟΟΟ MÜNCHEN *3

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Zahnersatz, beispielsweise Kronen oder künstliche Zähne werden traditionell hergestellt, indem man Porzellan auf einen Gußkörper aus einem Edelmetall, beispielsweise einer Goldlegierung aufbrennt. Die physikalischen Eigenschaften dieser Edelmetalllegierungen sind auf dem Gebiet der Zahnheilkunde bekannt, und die Legierungen ergeben mit dem Porzellan eine ordnungsgemäße j Bindung und sind überdies zur Verwendung im Mund verträglich. , Goldlegierungen lassen sich leicht schmelzen und gießen, sind ; ausreichend duktil, um beim Finishing von Zahnersatz ein Polie-, ren der Gußränder zu erlauben und können auf Hochglanz poliert j

werden, um die Bildung von Plaquen zu vermeiden. Legierungen aus Edelmetallen sind jedoch relativ schwer. Darüber hinaus sind die Kosten für derartige Legierungen in einem Ausmaß gestiegen, daß in den vergangenen Jahren Ersatzmaterialien gesucht wurden.

Es ist bekannt, daß bestimmte nicht-rostende Legierungen von Nicht-Edelmetallen auf dem Gebiet der Zahnheilkunde eingesetzt werden können. Beispiele für spezifische Nickelverbindungen und für Verarbeitungstechniken sind in den US-PSen 3 716 418, 3 727 299, 3 749 570 und 3 761 728 beschrieben. Auf die Offenbarung dieser Druckschriften wird hier ausdrücklich Bezug genommen. Diese Nickellegierungen weisen einen höheren Elastizitätsmodul als die Edelmetallegierungen auf, so daß sie nach wiederholten Brennvorgängen in einem Brennofen zu einer verbesserten Widerstandsfähigkeit der Keramo-Metallstruktur gegen ein Verbiegen oder Nachgeben beitragen.

Die erhöhte Stärke von Nickellegierungen ermöglicht die Anwendung dünnerer Güsse, wodurch zur Vorbereitung der Installation des Zahnersatzes die natürliche Zahnstruktur nur in einem Mindestmaß reduziert werden muß. Zahnersatz auf Nickellegierungsbasis weisen auch ein geringes Gewicht und eine geringe thermische Leitfähigkeit auf. Diese Eigenschaften ergeben für

Οίου ;'; / η <: ι ->

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einen Patienten mit empfindlichem oder tief eingefaßtem Zahn ein verbessertes Wohlbefinden. Die Legierungen haften zufriedenstellend am Porzellan und weisen den weiteren wirtschaftlichen Vorteil auf, daß sie wesentlich kostengünstiger als Gold oder andere Legierungen aus Edelmetall sind.

Die bekannten Nickellegierungen weisen jedoch verschiedene Nachteile auf. So ist es beispielsweise schwierig, diese Legierungen zu finishen und zu polieren, weshalb im Vergleich zu den Edeimetailegierungen im Dentallabor ein größerer Zeitaufwand erforderlich ist. Die Haftfestigkeit zwischen Nickellegierungen und Dentalporzellanen ist empfindlich gegenüber de erforderlichen wiederholten Brennvorgängen bei der Laborbehandlung und Herstellung. Dieser Faktor kann die klinische Brauchbarkeit des Porzellan- und Nickellegierungssystems beeinträchtigen. Bei einer Nickellegierung ist es daher wünschenswert, eine große Porzellan-Metallbindungsfestigkeit zu erhalten, die eine bei der Herstellung des Zahnersatzes erforderliche Laborbehandlung aushält. Ein weiteres Problem liegt darin, daß bei den bekannten Nickellegierungen Schlacken teilchen die Neigung zum Anhaften an Tonschmelztiegeln aufweisen, welche zum Schmelzen der Legierung vor dem Gießen verwendet werden. Es erfordert Zeit und Mühe» diese zähen Schlackenteilchen abzuschleifen oder abzuschälen, um eine mögliche Kontamination anderer Legierungen während nachfolgender Gußvorgänge zu vermeiden.

Es wird angenommen, daß die vorstehenden und andere Probiene ihre Ursache darin haben, daß man bei den bekannten Legierungen Elemente, wie Beryllium, Zinn, Silicium, Gallium und Bor verwendet, die fUr ein verbessertes Schmelz- und Gießverhalten zugesetzt werden. Im Gegensatz zu Barren aus Edelmetall legierungen, die ohne oder nur unter geringer Bildung von Schlacke in eine Schmelze Übergehen, weisen die Barren des Standes der Technik aus Nickellegierungen die Tendenz auf«

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! beim Schmelzen mit einem Brenner in eine individuelle, ge-

^! schmolzene Masse überzugehen, die mit einer dicken Schlacke überzogen ist. Dieses Problem läßt sich wenigstens teilweise durch Verwendung der zuvor genannten Elemente steuern, jedoch nicht ohne daß andere Probleme auftreten.

So stellt beispielsweise das Beryllium ein Gesundheitsrisiko dar, falls es während der Verarbeitung der Legierung nicht vorsichtig gehandhabt wird. Legierungen mit einem nennenswerten Gehalt an Silicium und Gallium weisen die Tendenz auf, spröde zu sein und weisen nach dem Guß eine Dehnung von nur unge fähr 2 % auf, was auf der Bildung intermetallischer Verbindungen beruht. Legierungen dieses Typs müssen ungefähr 30 Minu ten lang bei etwa 980⁰C (1800⁰F) hitzebehandelt werden. Dem muß ein langsames Abkühlen in der Luft folgen, um eine ausreichende Duktilität für die Politur der Ränder zu ergeben. Die durch diese Verarbeitung bedingten erhöhten Arbeitskosten können dazu führen, daß die geringeren Kosten der Nicht-Edelmetallegierung aufgehoben werden. Einige andere Legierungen ergeben zwar eine befriedigende Duktilität (über 5 % Dehnung nach dem Guß), jedoch führen mikroskopische Carbide und intermetallische Verbindungen in der Legierung zu einem erschwerten und zeitraubenderen Form- und Poliervorgang im Vergleich zu Güssen aus Edelmetallegierungen.

Die erfindungsgemäße neue Legierung vermeidet die genannten Nachteile der bekannten Nickellegierungen und behält gleichzeitig die zuvor beschriebenen Vorteile dieser Materialien bei.

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Nicht-Edelmetall legierungen. Diese zeichnen sich aus durch einen hohen Nickel-Chromgehalt und durch einen Gehalt an Molybdän, Niob plus Tantal, mindestens einem Element ausgewählt unter den Seltenen Erden und anderen Komponenten in kleinerem Anteil. Man erhält

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thermische Ausdehnungseigenschaften, die den im Handel erhältlichen Dentalporzellanen eng angepaßt sind, ausgezeichnete Bindungseigenschaften an diese Porzellane, eine gute Duktilität und gute Formungs- und Poliereigenschaften.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform.

Die erfindungsgemäße Nicht-Edelmetal1-Dentallegierung weist die folgenden elementaren Komponenten auf (in Gewichtsprozent angegeben):

Akzeptierbarer Bereich (%)

Element

Nickel Chrom Molybdän

Niob plus Tantal

ein oder mehrere Elemente der Seltenen Erden

Eisen Silicium Mangan Titan Aluminium

Kohlenstoff

Der relativ hohe Chromgehalt der Legierung und die Verwendung von Molybdän ergeben befriedigende Korrosionsresistenz, wenn die Legierung den Flüssigkeiten im Mund ausgesetzt 1st. Die für andere Elementarkomponenten angegebenen Bereiche sind wichtig, um die ordnungsgemäße Bildung von Carbid in der Legie rung sicherzustellen (Tantal, Niob, Titan und Chrom), um die T-Hauptphase (gamma-prime phase) (Aluminium und Titan) auszufällen und um eine Härtung in fester Lösung zu erzielen (Molybdän), wobei diese Faktoren sämtlich zur Stärke und zur gewünschten Duktilität der schließlich gegossenen Legierung

58	- 68
18	- 23
6	- 10
0,1	- 4
0,01	- 5
0,20	- 2
0,01	- 0,5
0,01	- 0,4
0,01	- 0,2
0,01	- 1,0
0,01	- 0,1

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beitragen. Nickel, Chrom und Molybdän sind die Hauptdeterminanten der thermischen Ausdehnungseigenschaften der Legierung, obgleich die anderen Komponenten bei dieser Eigenschaft eine gewisse Rolle spielen. Ein oder mehrere Elemente der Seltenen Erden (definiert als die Elemente mit den Ordungszahlen 57 bis 71 im Periodensystem der Elemente) und der Einsatz von Alumi- : nium tragen bei zur Erleichterung beim Formen und Polieren der Legierung und ergeben gute Schmelz- und Gießeigenschaften. i Bei der Formulierung der Legierung werden Beryllium und Zinn \ vermieden.

Die Komponenten werden legiert, indem man den Schmelzvorgang unter Argon einleitet, wobei man die Elemente der Seltenen Erden zum Schluß zur Schmelze zugibt. Die geschmolzene Legierung wird in kleine Blöckchen oder Pellets vergossen, um das Wiedereinschmelzen zu erleichtern, wenn die Legierung anschließend zu einer Dentalprothese gegossen wird.

Zur Herstellung des fertigen Zahnersatzes unter Verwendung der Legierung wendet man übliche Arbeitsweisen an. Man stellt eine keramische Gießform her, wobei man die üblichen Wachsausgieß- oder Kunststoffausbrennmethoden anwendet. Dann wird die Legierung geschmolzen (man verwendet einen Brenner, der mit Propan zu 0,69 bar (10 psi) und Sauerstoff zu 1,38 bar (20 psi) gespeist wird, um den Schmelzbereich der Legierung von 1293 bis 1343°C (2360 bis 2450⁰F) zu erreichen) und in die Gußform eingegossen, die in einer Zentrifugalgußvorrichtung befestigt ist. Nach dem Abkühlen wird die Form weggebrochen und das Gießstück wird gesäubert, entgratet, poliert und gefinisht, um das Aufbringen des Porzellans durch die üblichen Aufbrenntechniken vorzubereiten.

Das Polieren der Legierung wird mit üblicher Ausrüstung vorgenommen, beispielsweise einem Shofu Brownie- und Greenie-Gummirad. Das Gußstück wird mit einer Abbott-Robinson-Bürste

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(mit Polierverbindung verwendet) und mit Blacks-Filzscheiben, die mit Zinnoxid imprägniert sind, zu Hochglanz gebracht.

Die erfindungsgemäßen Legierungen sind insbesondere den thermitsehen Eigenschaften der im Handel erhältlichen Dentalporzellan£

gut angepaßt. Bei den Dentalporzellanen handelt es sich bei- ■ spielsweise um das von der Vita Zahnfabrik unter dem Warenzeichen VMK-68 vertriebene Produkt, das von Dentsply International Inc. unter dem Warenzeichen BIOBOND vertriebene Produkt und die von der Ceramco Division von Johnson & Johnson vertriebenen Produkte. Die zuvor genannten Dentalporzellane ergeben im allgemeinen eine starke Bindung mit dem erfindungsgemäßen Gußstück aus Nicht-Edelmetallegierung.

Die Legierungen sind auch brauchbar zur Herstellung herausnehmbarer Dentalgeräte, beispielsweise von Befestigungsstücken in der Orthodontie. Durch die relative Weichheit der Legierungen wird eine Oberflächenbeschädigung der natürlichen Zähne, auf welchen das Gerät befestigt ist, vermieden. Die Legierungen sind ausreichend duktil, um ein Verformen durch Hand für eine intermediäre oder endgültige Anpassung des Geräts zu erlauben. Die Brauchbarkeit der Erfindung ist somit nicht auf Geräte bzw. Anwendungen beschränkt, bei denen ein Porzellan aufgebrannt wird.

Stärke, Dehnung und Elastizitätsmodul wurden unter Verwendung eines Instron-Dehnungsinstruments getestet. Die Vickers-Härte wurde erhalten, indem Proben der Legierung mit einem Mikrohärtetester mit Diamanteindrückspitze untersucht wurden. Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten wurden mit Hilfe eines Dilatometers gemessen. Diese Tests und Instrumente sind dem Fachmann bekannt.

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Typsiche Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierung in Form des gegossenen Körpers sind folgende:

Zerrei ßfesti gkei t	75	000 psi
Streckgrenze (0,2 %)	54	000 psi
El as ti zi tätsmodul	27	χ 10⁶ psi
Verlängerung	8 %
Vickers-Härte	200
thermischer Expansionskoeffizient	14	χ 10⁶°C~¹

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung und erklären einige der Tests, welche im Zuge der Bewertung der Erfindung durchgeführt wurden. Die angegebenen Zahlen bedeuten Gewichtsprozente des jeweiligen Elements .

Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3

63,06	60,54	62,80
21 ,60	20,74	21 ,76
8,40	8,06	8,45
1 ,00	5,00	0
0	0	1 ,00
3,80	3,64	3,85
1,25	1 ,20	1,25
0,35	0,33	0,34
0,28	0,27	0,27
0,10	0,10	0,12
0,10	0,07	0,10
0,06	0,05	0,06

Nickel Chrom Molybdän

Dysprosium

Neodym

Niob plus Tantal

Ei sen Si 1i c i um Mangan Aluminium Titan

Kohlenstoff

Die Legierungen der Beispiele 1 bis 3 weisen dasselbe Schmelzverhalten wie Edelmetallegierungen auf und bilden nur sehr dünne Oxidschichten, welche die Legierungsschmelze überdecken. Diese Legierungen sind leicht zu formen und zu polieren und

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ergeben eine gute Duktilität für das Preßglänzen der Gußränder.

Beisp	iel 4	Beisp	iel 5	Bei	spiel 6
60	,62	62	,37		64,18
21	,12	20	,87		21 ,22
8	,12	8	,26		8,34
5	,00		0		0
	0	3	,00		0
	0		0		0,50
3	,11	3	,42		3,71
1	,23	1	,24		1,20
0	,32	0	,32		0,30
O	,25	0	,28		0,29
O	,10	0	,11		0,13
O	,08	O	,07		0,09
0	,05	0	,06		0,04

Nickel

Molybdän Samarium Praseodym

Gadolinium Niob plus Tantal

SiIiei um Mangan Aluminium

Kohlenstoff

Legierungen dieser Beispiele schmelzen leicht und sind duktil. Diese Legierungen lassen sich jedoch nicht ganz so leicht formen und polieren wie die Legierungen der Beispiele 1 bis

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Nickel Chrom Molybdän Cer

Lanthan Neodym Praseodym Zinn

Niob plus Tantal

Ei sen Si 1iei um Mangan Aluminium Titan

Kohlenstoff

Beispiel 7	Beispiel 8	Beispiel 9
60,01	62,99	62,46
21 ,00	21 ,60	21 ,63
8,20	8,40	8,40
2,50	0,50	0,50
1 ,50	0,50	0,50
0,70	0	0
0,30	0	0
0	0	0,60
3,72	3,80	3,80
1 ,23	1 ,25	1 ,25
0,32	0,35	0,35
0,26	0,28	0,28
0,12	0,17	0,07
0,09	0,10	0,10
0,05	0,06	0,06

Die Legierungen der Beispiele 7 bis 9 sind duktil. Die Legierungen der Beispiele 7 und 8 lassen sich sehr leicht formen und polieren. Die Legierung des Beispiels 9, welche Zinn enthält, ist schwierig zu formen und zu polieren. Die Legierungen der Beispiele 7 bis 9 ergeben nach dem Schmelzen eine geschmolzene Masse, die im Verqleich zu den Legierungen der Beispiele 1 bis 3 durch eine etwas dickere Oxidschicht überzogen ist.

21/V.

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Claims

; M/20 379 -A- UN-0045D Patentans ρ _r ü ehe

1. Metallbase aus Nicht-Edelmetallen für Zahnersatz, in Form eines Körpers aus einer nicht-rostenden Metallegierung in einer zur intra-oralen Installation geeigneten Konfiguration, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung ungefähr:

58 bis 68 % Nickel, 18 bis 23 % Chrom, 6 bis 10 % Molybdän 1 bis 4 % Niob und Tantal, sowie 0,01 bis 5 % mindestens eines Elements der Seltenen Erden, ausgewählt unter Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Gadolinium und Dysprosium,
ί enthält.

ι

2. Zahnersatz, bestehend aus einem Körper aus einer nicht-

! rostenden Metallegierung in einer zur intra-oralen Install

tion geeigneten Konfiguration und einem auf den Legierungs körper aufgebrannten Porzellankörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung die folgenden Bestandteile enthält:

Nickel 58 bis 68 %
! Chrom 18 bis 23 %

Molybdän 6 bis 10 %

Niob plus Tantal 1 bis 4 %

Eisen 0,02 bis 2 %

Silicium 0,01 bis 0,5 %

Mangan 0,01 bis 0,4 %

Titan 0,01 bis 0,2 %

Aluminium 0,01 bis 1,0 %

Kohlenstoff 0,01 bis 0,1 % und

0,01 bis 5 % mindestens eines Elements der Seltenen Erden, ausgewählt unter Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Samarium

Gadolinium und Dysprosium.

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ORIGINAL INSPECTED