DE2946863C2 - - Google Patents
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
- C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
- C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
- C22C19/055—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 20% but less than 30%
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Description
Die Erfindung betrifft eine Nicht-Edelmetallegierung für
Zahnersatz und daraus hergestellten Zahnersatz.
Zahnersatz, beispielsweise Kronen oder künstliche Zähne werden
normalerweise hergestellt, indem man Prozellan auf einen Gußkörper
aus einem Edelmetall, beispielsweise einer Goldlegierung,
aufbrennt. Die physikalischen Eigenschaften dieser Edelmetalllegierungen
sind bekannt.
Die Legierungen ergeben mit dem Porzellan eine zufriedenstellende
Bindung und sind überdies zur Verwendung im Mund verträglich.
Goldlegierungen lassen sich leicht schmelzen und gießen, sind
ausreichend duktil, um bei der Endbearbeitung von Zahnersatz ein Polieren
der Gußränder zu erlauben und können auf Hochglanz poliert
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 Zahlheilkunde eingesetzt
werden können. Beispiele für spezifische Nickelverbindungen
und für Verarbeitungstechniken sind in den US-PS 37 16 418,
37 27 299, 37 49 570 und 37 61 728 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 ein 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
weist auch ein geringes Gewicht und eine geringe
thermische Leitfähigkeit auf. Diese Eigenschaften ergeben für
einen Patienten mit empfindlichem oder tief eingefaßten 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
einer Endbearbeitung zu unterwerfen und zu polieren, weshalb im Vergleich
zu den Edelmetallegierungen im Dentallabor ein größerer Zeitaufwand
erforderlich ist. Die Haftfestigkeit zwischen Nickellegierungen
und Dentalporzellanen ist empfindlich gegenüber den
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 Schlackenteilchen
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 Probleme
ihre Ursache darin haben, daß man bei den bekannten Legierungen
Elemente, wie Beryllium, Zinn, Silicium, Gallium und
Bor verwendet, die für ein verbessertes Schmelz- und Gießverhalten
zugesetzt werden. Im Gegensatz zu Barren aus Edelmetallegierungen,
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,
beim Schmelzen mit einem Brenner in eine individuelle, geschmolzene
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 sind häufig
spröde und weisen nach dem Guß eine Dehnung von nur ungefähr
2% auf, was auf der Bildung intermetallischer Verbindungen
beruht. Legierungen dieses Typs müssen ungefähr 30 Minuten
lang bei etwa 980°C 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.
In der französischen Patentanmeldung 23 78 869 ist eine
Nickellegierung für Zahnersatz beschrieben, die neben
den Hauptlegierungsmetallen Nickel, Chrom, Eisen und
Molybdän sowie weiteren Legierungsmetallen auch weniger
als 0,05% Yttrium und/oder Seltene Erden enthalten.
Mit dieser bekannten Nickellegierung soll es möglich
sein, eine gute Verbindung mit der Außenschicht einer
Keramik herzustellen. Dieses Ergebnis soll darauf beruhen,
daß ein verhältnismäßig hoher Chromanteil und geringe
Mengen Yttrium und/oder Seltene Erden in der bekannten
Legierung vorhanden sind.
Auch die US-PS 40 53 308 beschreibt eine Legierung für
Zahnersatz zum Aufbrennen auf Porzellan, die neben
den Hauptlegierungsmetallen Nickel, Chrom, Aluminium
und gegebenenfalls Molybdän sowie weiteren Bestandteilen
auch bis zu 2,0% Strontium, Lanthan und/oder Zirkon
enthalten kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Legierung
bereitzustellen, welche die obengenannten Nachteile
der bekannten Nickellegierungen vermeidet und deren
thermische Ausdehnungseigenschaft den im Handel erhältlichen
Dentalporzellanen eng angepaßt ist, die ausgezeichnet
an diese Porzellane bindet, eine gute Duktilität
besitzt und gute Formungs- und Poliereigenschaften aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 beschriebene
Nicht-Edelmetall-Dentallegierung. Die dort
aufgeführten Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht
(Gew.-%).
Der relativ hohe Chromgehalt der Legierung und die Verwendung
von Molybdän ergeben befriedigende Korrosionsresistenz, wenn
die Legierung den Flüssigkeiten im Mund ausgesetzt ist. Die
für andere Elementarkomponenten angegebenen Bereiche sind
wichtig, um die ordnungsgemäße Bildung von Carbid in der Legierung
sicherzustellen (Tantal, Niob, Titan und Chrom), um die
γ-Hauptphase (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
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 Ordnungszahlen 57 bis
71 im Periodensystem der Elemente) und der Einsatz von Aluminium
tragen bei zur Erleichterung beim Formen und Polieren der
Legierung und ergeben gute Schmelz- oder Gießeigenschaften.
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 erleichern, 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 und Sauerstoff zu 1,38 bar
gespeist wird, um den Schmelzbereich der Legierung
von 1293 bis 1343°C 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
(mit Polierverbindung verwendet) und mit Blacks-Filzscheiben,
die mit Zinnoxid imprägniert sind, zu Hochglanz gebracht.
Die erfindungsgemäßen Legierungen sind insbesondere den thermischen
Eigenschaften der im Handel erhältlichen Dentalporzellane
gut angepaßt. Bei den Dentalporzellanen handelt es sich beispielsweise
um das unter dem Warenzeichen
VMK-68® vertriebene Produkt, das
unter dem Warenzeichen BIOBOND vertriebene
Produkt und die von der Ceramoco 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.
Typische Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierung in
Form des gegossenen Körpers sind folgende:
Zugfestigkeit527,3 N/mm²
Streckgrenze (0,2%)379,7 N/mm²
Elastizitätsmodul189,8 × 10³ N/mm²
Verlängerung8%
Vickers-Härte200
thermischer Expansionskoeffizient14 × 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.
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
ergeben eine gute Duktilität für das Preßglänzen der Gußränder.
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 3.
Die Legierungen der Beispiele 7 und 8 sind duktil. Die Legierung
des Beispiels 7 läßt sich sehr leicht formen
und polieren. Die Legierung des Beispiels 8, welche Zinn enthält,
ist schwierig zu formen und zu polieren. Die Legierungen
der Beispiele 7 und 8 ergeben nach dem Schmelzen eine
geschmolzene Masse, die im Vergleich zu den Legierungen der
Beispiele 1 bis 3 durch eine etwas dickere Oxidschicht überzogen
ist.
Claims (2)
1. Metallegierung für Zahnersatz, bestehend
aus:
58-68%Nickel
18-23%Chrom
6-10%Molybdän
1-4%Niob + Tantal
0,02-2%Eisen
0,01-0,5%Silicium
0,01-0,4%Mangan
0,01-0,2%Titan
0,01-1,0%Aluminium
0,01-0,1%Kohlenstoff und
0,05-5%mindestens eines Elementes der
Seltenen Erden, ausgewählt unter
Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym,
Samarium, Gadolinium und Dysprosium,
wobei die Seltenen Erden, falls
Lanthan vorhanden ist, mehr
als 2% ausmachen.
2. Zahnersatz aus einer Legierung nach Anspruch 1 und
einem aufgebrannten Porzellankörper.
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