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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur festen Verbindung von Metall
und Keramik, sowie bei praktischer Anwendung dieses Verfahrens erzeugte prothetische
Zähne und zusammengesetzte Plattierungsmaterialien zur Verwendung bei diesem Verbindungsverfahren.
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Früher wurden die Keramikmaterialien auf die Oberfläche des Metalls
direkt aufgeschichtet und dann zur Verschmelzung gebracht. Da dieses Verfahren jedoch
nur eine geringe Bindungsfestigkeit erzielt, wird gewöhnlich ein Verfahren verwendet,
bei dem die Oberfläche des Metalls durch Sitzen aufgerauht und dann die Keramikmaterialien
auf die aufgerauhte Oberfläche zur Verschmeizun<j aurtJot)ranllL werden, um eine
höhere Bindungsfestigkeit zu erzielen. Dieses Verfahren hat auch Nachteile, da nämlich
wegen der großen Unterschiede der physikalischen Eigenschaften des Metalls und der
Keramik keine ausreichende Bindungsfestigkeit erzielbar ist und die Keramikmaterialien
durch geringe Belastung von ihren Verbindungsteilen getrennt werden.
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Diese herkömmlichen Verfahren konnten also nicht verwendet werden,
wenn die verbundenen Produkte einer heftigen Vibration, einer wiederholten Aufheizung
und Abkühlung oder einer übermäßigen Belastung ausgesetzt wurden. Dies Verfahren
hatten daher nur eingeschränkte Anwendunqsebiete und eine unzureichende Verläßlichkeit.
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Ein herkömmlich auf dem Dentalgebiet verwendetes Verfahren zur Herstellung
prothetischer Zähne, insbesondere gegossener mit Porzellan verschmolzener Metallkronen
besteht darin, daß gegossene Metallkronen mit opakem Porzellan beschichtet werden
und nach dem Brennen mit gefärbtem Dentalkronenporzellan, um die Farbe des Metalls
zu überdecken und die Haftung des gefärbten Dentalkronenporzellans in der oberen
Schicht zu verbessern. Dieses Verfahren leidet jedoch an dem Problem
einer
schwachen Verbindung der gegossenen Metallkronen am opaken Porzellan, wie nachstehend
erläutert wird.
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Wegen eines plötzlichen Anstiegs der Preise und der Knappheit von
nichtoxidierbaren Edelmetallen, wie Gold oder Palladium, die als Material für die
gegossenen Metallkronen ideal sind, ist man derzeit gezwungen eine Nickel-Chrom-Legierung
zu verwenden. Wenn das auf eine Nickel-Chrom-Legierung aufgeschichtete opake Porzellan
bei Temperaturen im Bereich von 940°C bis 960 C gebrannt wird, wird die Legierung
oxidiert und es entwickelt sich Gas, das innerhalb des opaken.
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Porzellans verbleibt, so daß eine feste Verbindung nicht erzielt werden
kann und Fehler wie ein Abbrechen und eine Verfärbung des opaken Porzellans auftreten.
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Zur Beseitigung dieser Nachteile wird man in Betracht ziehen, daß
ein nichtoxidierbares Metall, wie Gold, Palladium, Nickel, Chrom und ähnliches auf
die Oberfläche der gegossenen Metallkrone aus Nickel-Chrom-Legierung aufplattiert
wird. Nur bei Plattieren des nichtoxidierbaren Materials kann die Oberfläche der
gegossenen Metallkrone zwar an der Oxidation gehindert werden, jedoch kann das anorganische
opake Porzellan damit nicht fest verbunden werden.
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Es ist ein Ziel der Erfindung, ein neuartiges Verfahren zur festen
Verbindung von Metall und Keramik zu schaffen.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, zusammengesetzte Plattierungsmaterialien
zu schaffen, die zur festen Verbindung von Metall und Keramik verwendet werden.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, prothetische Zähne zu schaffen, bei
denen das Porzellan mit den Metallkronen fest verbunden ist und weder wegbricht
noch verfärbt ist.
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Durch die Erfindung wird ein neuartiges Verfahren zur festen Verbindung
von Metall und Keramik geschaffen, bei dem ein
aus einer Metallplattierungslösung,
die feine Keramikpartikel enthält, bestehendes zusammengesetztes Plattierungsmaterial
auf eine Oberfläche des Metalls plattiert wird, mit welcher die Keramik verbunden
werden soll, wodurch an der Oberfläche eine Metallplattierungsschicht geformt wird,
über die feine Keramikpartikel teilweise hinausragen, wobei anschließend die mit
der Oberfläche der Metallplattierungsschicht zu verbindende Keramik gebrannt wird,
um sie zu verschmelzen.
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Durch die Erfindung werden ferner zusammengesetzte Primär-Plattierungsmaterialien
geschaffen, die aus einer feine Keramikpartikel enthaltenden Metallplattierungslösung
bestehen, und die bei dem Verfahren zur Verbindung von Metall und Keramik verwendet
werden.
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überdies werden durch die Erfindung prothetische Zähne geschaffen,
die durch Plattierung eines aus einer feine Keramikpartikel enthaltenden Metallplattierungslösung
bestehenden zusammengesetzten Plattierungsmaterial auf die Oberfläche einer für
prothetische Zähne bestimmten Metallkrone erzeugt wurden, wodurch auf der Oberfläche
eine Metallplattierungsschicht geformt wird, aus welcher teilweise feine Keramikpartikel
herausragen, und wobei danach auf die Oberfläche der Metallplattierungsschicht opakes
Dentalporzellan aufgebrannt wird, um sie zu verschmelzen.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf
die Zeichnung näher erläutert; es zeigt: Fig. 1 eine vergrößerte Querschnittsansicht
der Metallbasis mit der darauf angebrachten Metallplattierungsschicht an deren Oberfläche
feine Partikel des Keramikmaterials wegragen;
Fig. 2 eine vergrößerte
Querschnittsansicht der Metallbasis, mit welcher das Keramikmaterial erfindungsgemäß
haftend verbunden ist; Fig. 3 eine Querschnittsansicht zur Erläuterung des Verfahrens
der Plattierung der-Oberfläche der Metallkronen für prothetische Zähne bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren; Fig. 4 eine Querschnittsansicht eine Ausführung des mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren erzeugten prothetischen Zahns; und Fig. 5, 6, 7 und 8 jeweils vorgefertigte
prothetische Zähne, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt wurden. In jeder
dieser Figuren ist die linke Ansicht (a) eine Vorderansicht des Zahns, die mittlere
Ansicht (b) ein zentraler Querschnitt des Zahns und die rechte Darstellung (c) eine
perspektivische Ansicht des Zahns.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbindung von Metall und Keramikmaterial
wird nun im einzelnen erläutert.
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Wie in der Fig. 1 gezeigt ist, wird auf der Oberfläche der Metallbasis
1, beispielsweise einer Eisenbasis, die mit dem Keramikmaterial verbunden werden
soll, die Metallplattierungsschicht 4 geformt, indem nach dem bekannten Plattierungsverfahren
ein zusammengesetztes Plattierungsmaterial aufplattiert wird, welches die feinen
Partikel 3 des Keramikmaterials enthält. Dadurch werden die feinen Partikel 3 der
Keramik durch die Metallplattierungsschicht 4 festgelegt und ragen teilweise von
ihrer Oberfläche weg.
Als die Metallplattierungslösung können die
wohlbekannten Plattierungslösungen verwendet werden, aus denen ein Metall wie Nickel,
Chrom, Gold, Palladium usw. oder eine Legierung, wie Nickel-Chrom-Legierung, Gold-Palladium-Legierung
usw.
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abgeschieden werden können. Beispielsweise kann eine Lösung verwendet
werden, die eine Mischung aus Nickelsulfat, Nickelchlorid und Borsäure für eine
Nickelplattierung enthält, sowie eine Lösung, die eine Mischung aus Palladiumdiaminonitrit,
Ammoniumnitrat und Natriumnitrit enthält, falls eine Palladiumplattierung vorgenommen
werden soll.
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Die feinen Partikel des Keramikmaterials, die in der vorstehend beschriebenen
Metallplattierungslösung enthalten sind, sollten als eine ihrer Eigenschaften eine
physikalische und/oder chemische Verbindungsneigung mit dem Keramikmaterial aufweisen,
das mit ihnen durch Erhitzen verschmolzen werden soll. Am meisten bevorzugt ist
es, wenn die feinen Keramikpartikel in ihrer Zusammensetzung identisch mit den daraufzuschmelzenden
Keramikmaterialien sind. Wenn die feinen Keramikpartikel nicht identisch in ihrer
Zusammensetzung mit dem Keramikmaterial sind, ist es zum Zwecke der Erzielung einer
festen Verbindung und zur Verhinderung des Wegbrechens des durch Aufheizen zu verschmelzenden
Keramikmaterials bevorzugt, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des erstcrcn ähnlich
dem des letzteren ist, und zwar so eng wie möglich.
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Im allgemeinen sind Aluminiumoxid (Al203), Siliciumdioxid (SiO2-),
Magnesiumoxid (MgO), Titandioxid (TiO2) und Zusammensetzungen hiervon oder ein Keramikmaterial,
welches die vorstehdnen Oxide oder Zusammensetzungen hiervon als Hauptkomponente
enthält als die feinen Keramikpartikel brauchbar.
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Die Korngröße der verwendeten feinen Keramikpartikel liegt gewöhnlich
im Bereich von 5 Mikrometer bis 100 Mikrometer.
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Die Menge der feinen Keramikpartikel in der Metallplattierungslösung
kann
von dem Anwendungsgebiet des Produktes abhängen und liegt gewöhnlich bei 500 bis
900 g, vorzugsweise 650 bis 850 g pro Liter Lösung.
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Wenn die Dicke der Metallplattierungschicht 4 unter der Hälfte des
mittleren Durchmessers der feinen Partikel des verwendeten Keramikmaterials liegt,
können die feinen Partikel 3 nicht fest an der Plattierungsschicht 4 festgelegt
werden. Wenn andererseits die Dicke der Metallplattierungsschicht 4 über zwei Drittel
des mittleren Durchmessers der feinen Partikel 3 der verwendeten Keramik liegt,
haben die Partikel 3 eine verminderte Kontaktfläche mit den durch Erhitzung anzuschmelzenden
Keramikmaterialien, so daß sie mit dem Keramikmaterial nicht fest verbunden werden
können. Es ist daher bevorzugt, daß die Dicke der Metallplattierungsschicht im Bereich
von ein Halb und zwei Drittel des mittleren Durchmessers der feinen Partikel des
verwendeten Keramikmaterials liegt.
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Danach werden brei ähnliche Keramikmaterialien 2 auf die auf der Basis
1 geformte Metallplattierungsschicht 4 mit der gewünschten Beschichtungsdicke aufgebracht.
Nach dem Trocknen werden die Keramikmaterialien auf eine Temperatur aufgeheizt,
bei welcher die Keramik mit dem Metall verschmolzen wird, beispielsweise bei 940
bis 9700C. Die Keramik 2 wird daher fest haftend mit der Metallbasis 1 verbunden,
wie es in der Fig. 2 gezeigt ist.
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Diese feste Verbindung beruht anscheinend auf der einheitlichen Struktur,
die durch Verschmelzen der an der Metallplattierungsschicht 4 befestigten und teilweise
darüber hinausragenden feinen Keramikpartikel und der breiähnlichen beschichteten
Keramik während des Erhitzens geformt wird; ferner auch auf der physikalischen Struktur,
in welcher die in der Form von Brei aufgebrachte Keramik mit den Vorsprüngen
der
feinen Keramikpartikel in Eingriff stehen, um das Wegbrechen zu verhindern. Die
sich aus dem erfindungemäßen Verfahren ergebende Verbindung und die Verbindung nach
dem Verfahren des Standes der Technik, bei dem die Keramik unmittelbar mit dem Metall
verschmolzen wird, wurden hinsichtlich der Bindungsfestigkeit verglichen. Es wurden
die folgenden Ergebnisse der Vergleichsversuche erzielt: Vergleich der Bindungsfestigkeit
(kg/cm2) (Prüfverfahren:Schertest mittels eines Instron-Universalprüfgeräts) Erfindungsge-
Verfahren des mäßes Verfahren Standes der Technik 1. Versuch 351 kg/cm2 90 kg/cm2
2. Versuch 356 " 133 Mittelwert 353,5 " 111,5 Wie sich aus den vorstehenden Daten
ergibt, weist die Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die dreifache Bindungsfestigkeit
der Verbindung gemäß dem herkömmlichen Verfahren auf. überdies führt das herkömmliche
Verfahren zu einer großen und breiten Streuung der Bindungsfestigkeitsdaten (numerische
Daten), während die Streuung der Bindungsfestigkeitsdaten gemäß dem Erfindungsverfahren
nur in einem engen Umfang auftritt und konstant ist. Überdies hängen die Verbindungsfestigkeitsdaten
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht von der Art oder dem Charakter des Matrixmetalls
1 ab. Die Herstellung der prothetischen Zähne mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird nachstehend beschrieben.
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Zuerst wird eine Metallkrone fiir einen prothetischen Zahn durch Pressen
oder Gießen hergestellt. Diese Metallkrone
wird aus einem Metall
oder einer Legierung, wie Gold, Palladium, Gold-Palladium-Legierung, Nickel-Chrom-Legierung
oder ähnlichem hergestellt.
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Bei dieser Ausführungsform wird die Metallkrone aus einer Nickel-Chrom-Legierung
hergestellt, die aus 82 e Nickel, 10 % Chrom, 5 % Molybdän, 1,8 % Beryllium und
1,2 % der anderen Metalle besteht.
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Wie in der Fig. 3 gezeigt ist, wird dann ein die feinen Keramikpartikel
3 enthaltendes Palladium-Plattierungsmaterial in einen Plattierungstank 9 eingebracht.
Die Plattierung wird dadurch durchgeführt, daß eine: Polplatte 7 mit einer Anode
und die Metallgußkrone 8 mit einer Kathode verbunden werden. Wie in der Fig. 4 gezeigt
ist, werden die zahlreichen feinen Keramikpartikel 3 mit der Oberfläche der Gußmetallkrone
8 haftend verbunden und Palladium wird in den Raum zwischen die feinen Keramikpartikel
3 im Verlauf der Zeit mit zunehmender Dicke der Plattierungsschicht abgeschieden,
um die feinen Keramikpartikel 3 festzulegen.
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Wenn die Plattierungsschicht 4 die Dicke von etwa der Hälfte bis zwei
Dritteln des mittleren Durchmessers der feinen Keramikpartikel 3 erreicht, wird
die Plattierung unterbrochen und die Gußmetallkrone 8 aus dem Plattierungstank 9
entnommen und gewaschen. Durch das Waschen werden nur die unmittelbar an der Oberfläche
der Gußmetallkrone 8 durch die Plattierungsschicht 4 festgelegten feinen Keramikpartikel
von den zahlreichen anhaftenden feinen Keramikpartikeln festgehalten, so daß die
Köpfe der feinen Partikel 3 ausreichend von der Plattierungsschicht herausragen,
während die anderen feinen Keramikpartikel 3 ausgewaschen werden. Bei der Plattierung
wird ein Teil der Krone, in welcher die Plattierung nicht erforderlich ist, durch
Anbringung
einer isolierenden Beschichtung geschützt, und zwar
ähnlich wie bei der herkömmlichen Plattierung.
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Danach wird auf die sich derart ergebende primäre Plattierungsschicht
das opake Porzellan 10 aufgeschichtet und gebrannt, wie es in der Fig. 4 im Teilquerschnitt
des fertiggestellten Artikels gezeigt ist. Die Vertiefungen zwischen den Vorsprüngen
der feinen Keramikpartikel über der Plattierungsschicht 4 werden mit dem opaken
Porzellan 10 gefüllt. Das opake Porzellan steht daher im Eingriff mit den Vorsprüngen
und ergibt eine feste physikalische Haftverbindung, sowie ferner auch eine chemische
Verbindung falls die feinen Keramikpartikel von der gleichen Art sind wie das opake
Porzellan 10, das im letzteren Teil verwendet wird. Die Beschichtung und das Brennen
des gefärbten Porzellans 11 der Zahnkrone und der Email-Keramik 12 auf der Oberfläche
des opaken Porzellans 10 werden in der herkömmlichen Weise in ähnlicher Form durchgeführt.
Da das opake Porzellan 10, das gefärbte Dentalkronenporzellan 11 und das Email-Porzellan
12 Keramikmaterialien der gleichen Art umfassen, die Aluminiumoxid und Siliciumdioxid
als Hauptbestandteil enthalten, können ihre aneinander haftenden verbundenen Oberflächen
nicht wegbrechen.
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Wenn Partikel aus Aluminiumoxid, die einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 7 x 10 6/ob bis 14 x 10 6/ob aufweisen, als die feinen Keramikmaterialien verwendet
werden, die in der Metallplattierungslösung enthalten sind, kann die feste Haftverbindung
erzielt werden, ohne daß Einflüsse der thermischen Expansion und Kontraktion auftreten,
da das vorstehend genannte opake Porzellan 10 gewöhnlich einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 12 x 10 6/ob bis 13 x 10 6/ob hat.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbindung von Metall und Keramik
kann auch bei prothetischen Zähnen mit verschiedenen anderen als den in der Fig.
4 gezeigten Formen angewendet werden.
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Beispielsweise zeigen die Fig. 5 bis 8 jeweils eine unterschiedliche
Ausführung von sogenannten vorgefertigten prothetischen Zähnen, die nach Größe und
Gestalt standardisiert sind. In diesen Fällen wird ein Metallmaterial gepreßt oder
gegossen, um die Metalikrone 21 zu formen, die mit ihr einstückige Vertiefungen
und Vorsprünge aufweist, die dazu verwendet werden, sie anzubringen. Das gefärbte
Dentalkronenporzellan 23 wird durch Brennen mit der geformten Metallkrone 21 verschmolzen.
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Zur festen Verbindung des gefärbten Dentalkronenporzellans 23, d.h.
eines anorganischen Materials mit der Metallkrone 21, wird die Oberfläche der Plattierungsschicht
22 aus nichtoxidierbarem Metall, wie Gold oder Palladium aufgerauht, indem die zahlreichen
feinen Keramikpartikel, wie Aluminiumoxid derart befestigt werden, daß sie eine
Hälfte bis zu einem Drittel ihres mittleren Durchmessers über die Oberfläche der
Plattierungsschicht 22 hinausragen; danach werden das opake Dentalporzellan (nicht
gezeigt) und das gefärbte Dentalkronenporzellan 23 nacheinander aufgeschichtet und
danach bei Atmosphärendruck oder unter vermindertem Druck von 65 bis 70 cmHg in
einem elektrischen Ofen gebrannt.
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Auf diese Weise werden sowohl physikalische als auch chemische Verbindungen
erzielt und daher kann die feste Verbindung erreicht werden.
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Das für eine Metallkrone 21 geeignete Material ist ein nichtoxidierbares
Metall, wie Gold und Palladium. Da jedoch diese Edelmetalle sehr teuer und nur begrenzt
vorhanden sind, wird eine Nickel-Chrom-Legierung verwendet, um mit geringeren Kosten
prothetische Zähne zu erzeugen.
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Die vorstehenden prothetischen Zähne gemäß der Erfindung weisen die
folgenden Vorteile auf: (1) Die Verbindung einer Metallkrone und einer Keramik weist
eine Bindungsfestigkeit auf, die dreimal so groß oder größer ist, wie diejenige
einer Verbindung nach einem Verfahren des Standes der Technik; die prothetischen
Zähne können semipermanent verwendet werden, ohne daß die Keramik wegbricht.
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(2) Die prothetischen Zähne sind fest und werden kaum beschädigt,
da das Porzellan in einer dünnen und gleichförmigen Schicht mit einer Metallkrone
verschmolzen ist.
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(3) Die prothetischen Zähne sind sehr leicht, da ihre Dicke auf 1,5
bis 1,7 mm vermindert ist, während diejenigen des Standes der Technik 4 bis 5 mm
dick sind.
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Insbesondere bei einem kompletten oder vollen oberen Gebiß hebt sich
das Gebiß selten ab, da das Gebiß insgesamt mit geringem Gewicht erzeugt werden
kann.
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(4) Die technischen Arbeiten können leicht ausgeführt werden, da die
prothetischen Zähne eine ausgezeichnete Festigkeit aufweisen.
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(5) Die sogenannte Fleckarbeit zur Korrektur der Farbtönung der Zähne
kann leicht ausgeführt werden und der individuelle Farbton kann leicht eingestellt
werden.
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(6) Eine Metallkrone kann mit geringen Kosten unter Verwendung einer
Nickel-Chrom-Legierung erzeugt werden.
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(7) Die prothetischen Zähne weisen eine ausgezeichnete Betriebsdauerhaftigkeit
auf, da sie mittels Vertiefungen und Vorsprüngen, die integral mit einer Metallkrone
geformt
sind, fest an einer Gebißplatte eingepaßt werden können.
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(8) Die Anordnungsarbeit kann leicht ausgeführt werden, da dünne prothetische
Zähne erzeugt werden können.