DE2946863C2 - - Google Patents

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.