DE3436118C1

DE3436118C1 - Metallegierung für festsitzenden Zahnersatz

Info

Publication number: DE3436118C1
Application number: DE3436118A
Authority: DE
Inventors: Leo Dr.-Ing. 5810 Witten Rademacher
Original assignee: Thyssen Edelstahlwerke AG
Current assignee: Thyssen Stahl AG
Priority date: 1984-10-02
Filing date: 1984-10-02
Publication date: 1988-08-18

Description

Diese Forderung läßt sich umso besser erfüllen, je höher der Elastizitätsmodul und die Elastizitätsgrenze, bzw.
die 0,2%-Dehngrenze sind.
Hinsichtlich des Elastizitätsmoduls sind Nichtmetall-Legierungen (NEM-Legierungen), wie die in den Ansprüchen gekennzeichneten Cobalt-Chrom-Legierungen mit Werten über 200 000 N/mm2 den noch bevorzugt verwendeten, hochgoldhaltigen Edelmetall-Legierungen mit Werten unter 100 000 N/mm2 grundsätzlich ganz erheblich überlegen.
Für die 0,2%-Dehngrenze wird ein Wert von 350 N/mm2 für noch ausreichend gehalten. Diese Begrenzung ist auch im Zusammenhang mit der geringen Zugbelastbarkeit der Keramik sowie mit der auf 300 HV 10 limitierten Härte zu sehen.
Die Legierung soll bei Raumtemperatur über eine gewisse Verformbarkeit verfügen, damit der Kronenrand im Bedarfsfall adaptiert werden kann. Daher wird für die Bruchdehnung ein Mindestwert von 3% gefordert.
Legierungen auf Cobalt-Chrom-Basis sind in der Dentalprothetik für herausnehmbare Prothesengerüste seit über 50 Jahren im Gebrauch (siehe Journal of Materials, Bd. 1(1966) Seite 384 bis 412). Sie haben sich für dieses Indikationsgebiet sowohl in technologischer als auch in klinischer Hinsicht hervorragend bewährt. Sie sind den Edelmetall-Legierungen in erster Linie in den mechanischen Eigenschaften überlegen und vor allem auch wesentlich preisgünstiger. So sind die Cobalt-Chrom-Legierungen für herausnehmbaren Zahnersatz heute mehr als nur ein vollwertiger Ersatz der Edelmetall-Legierungen, sondern für diesen Zweck die optimale und bevorzugt verwendete Lösung.
Daher war es naheliegend, Legierungen auf Cobalt-Chrom-Basis auch für den festsitzenden Zahnersatz anstelle der noch bevorzugten, hochgoldhaltigen Legierungen einzusetzen. Ein nicht unwesentlicher Aspekt für diesen Austausch ist auch die wegen des hohen Goldpreises gebotene Kostenersparnis.
Die erwähnten Cobalt-Chrom-Legierungen für herausnehmbare Prothesengerüste sind jedoch für festsitzenden Zahnersatz nicht geeignet, da sie einige der für diesen Zweck spezifischen Anforderungen nicht erfüllen.
Beispielsweise ist sowohl die Härte als auch der mittlere Wärmeausdehnungskoeffizient (WAK) zwischen 20 und 600"C mit Werten um 350 HV 10 bzw. um 15,5 x 10-6 x K-1 deutlich zu hoch. Infolge des hohen WAK-Wertes ergeben sich nicht nur Probleme bei der Paßgenauigkeit, sondern auch beim Verblenden mit Keramik durch Bildung von Sprüngen und Abplatzungen. Darüber hinaus soll der hohe Kohlenstoffgehalt der genannten Cobalt-Chrom-Legierungen von 0,3% und mehr durch Reaktion mit der Keramik zur Blasenbildung in der Grenzschicht zum Metall führen. Ein besonders schwerwiegender Nachteil dieser Legierung ist die unzureichende Haftfestigkeit des Metall-Keramik-Verbundes.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Legierung auf Cobalt-Basis vorzuschlagen, der die erwähnten Nachteile der bekannten Legierungen nicht anhaften und die insoweit eine geringere Härte und einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist damit die Kronen oder Brücken sich leichter bearbeiten lassen, mit der erforderlichen Paßgenauigkeit herzustellen und mit Keramik fehlerfrei zu verblenden sind. Außerdem muß die erfindungsgemäß zu verwendende Cobalt-Chrom-Legierung einen festhaftenden Verbund mit dentalkeramischen Werkstoffen bilden können Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß die in den Ansprüchen gekennzeichnete Cobalt-Chrom-Legierung vorgeschlagen. Dieser Vorschlag beinhaltet in erster Linie eine Senkung des Kohlenstoffs auf extrem niedrige Gehalte, einen Zusatz an Cer und/oder Yttrium sowie eine wechselseitige Begrenzung der Gehalte an Chrom und Molybdän. Für besodere Anwendungsfälle sollte der Siliziumgehalt 1,4% nicht übersteigen, und der Gehalt an Stickstoff über den üblichen Verunreinigungspegel hinaus bis zu 0,25% erhöht werden. Weiterhin kann der Eisengehalt auf Kosten des Cobaltgehaltes bis auf 30% gesteigert werden, wobei aber der Cobaltgehalt 30% nicht unterschreiten sollte.
Die Zusammensetzung erfindungsgemäß zu verwendender Legierungen ist in Tafel 1 und deren Eigenschaften sind in Tafel 2 enthalten. Daraus geht hervor, daß auf dieser Basis die beschriebenen Anforderungen an Aufbrennlegierungen für festsitzenden Zahnersatz in vollem Umfang erfüllt werden.
Zusätzlich konnte durch elektrochemische Korrosionsversuche in künstlichem Speichel nach Fusayama u. a.
(siehe Journal of Dental Research, 42(1963), Seite 1183) und in einer physiologischen, 0,9%gen Kochsalzlösung nachgewiesen werden, daß die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung der hochgoldhaltigen Edelmetall-Aufbrennlegierung in der Korrosionsbeständigkeit absolut gleichwertig ist. Sie hat sich bei diesen Prüfungen auch als resistent gegenüber Spaltkorrosion und Lochfraß erwiesen.
Tafel 1 Chemische Zusammensetzung Beispiel Chemische Zusammensetzung in Masse-% C Si Mn Cr Mo Fe Ce Y N 1 0,020 1,16 0,01 30,87 2,08 0,54 0,62 - 0,074 2 0,017 1,20 0,01 24,84 5,37 0,58 0,43 - 0,080 3 0,018 1,27 0,01 30,32 5,29 0,47 0,69 - 0,096 4 0,016 1,43 0,13 32,20 2,72 0,31 0,30 - 0,16 5 0,015 1,97 0,03 20,84 2,55 20,34 0,74 - 0,073 6 0,016 1,16 0,05 30,10 2,47 20,00 0,28 -. 0,22 7 0,025 1,33 0,98 27,94 2,51 0,09 - 1,42 0,21 Rest Cobalt einschließlich unvermeidbarer Verunreinigungen.
Tafel 2 Eigenschaften Eigenschaftsmerkmal Beispiel 1 2 3 4 5 6 7 Härte(HV 10) 270 290 310 285 275 300 280 0,2%-Dehngrenze (N/mm2) 390 480 570 530 350 540 370 Bruchdehnung A5 (%) 13,0 12,6 4,1 16,4 12,8 12,5 10,0 Mittlerer Wärmeausdehnungskoeffi- 14,8 14,7 14,6 14,7 14,7 15,0 14,7 zient a zwischen RT und 6000 C (10-6. K-l)

Claims

Patentansprüche: 1. Verwendung einer Cobalt-Chrom-Legierung mit (in Massen-%) 0 bis 0,3% Kohlenstoff 1,0 bis 2,0% Silizium 0 bis 1,5% Mangan 20 bis 35% Chrom 2,0 bis 8,0% Molybdän 0,3 bis 2,0% Eisen 0,3 bis 1,5% Cer und/oder Yttrium Rest Cobalt, einschließlich metallurgisch bedingter Zusätze und unvermeidbarer Verunreinigungen, wobei die höheren Molybdängehalte den niedrigeren Chromgehalten zuzuordnen sind und umgekehrt als Werkstoff für festsitzenden Zahnersatz, insbesondere für mit Keramik zu verblendende Kronen und Brücken.
2. Verwendung einer Legierung der Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der jedoch der Siliziumgehalt höchstens 1,4% beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1.
3. Verwendung einer Legierung der Zusammensetzung nach Anspruch l, bei der jedoch der Chromgehalt 25 bis 30 und der Molybdängehalt 2 bis 5% beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1i
4. Verwendung einer Legierung der Zusammensetzung nach Anspruch 1 bis 3, bei der jedoch Stickstoff über den üblichen als Verunreinigung vorliegenden Gehalt hinaus auf bis zu 0,25% erhöht wird, für den Zweck nach Anspruch 1.
5. Verwendung einer Legierung der Zusammensetzung nach Anspruch 1 bis 4, bei der jedoch der Gehalt an Eisen auf bis zu 30% erhöht wird mit der Maßgabe, daß der Cobaltgehalt 30% nicht unterschreiten soll, für den Zweck nach Anspruch 1.

Die Erfindung betrifft eine Metallegierung festsitzenden Zahnersatz, insbesondere für mit Keramik zu verblendende Kronen und Brücken. An diese sogenannten Aufbrennlegierungen werden eine Reihe sehr verschiedenartiger, teilweise gegensätzlicher Anforderungen gestellt, damit sie sich im Dentallabor gut verarbeiten lassen und für den Verwendungszweck geeignet sind.

Hinsichtlich der Verarbeitbarkeit ist zunächst zu fordern, daß sich der Werkstoff mit den allgemein gebräuchlichen Schmelz- und Gießgeräten der Dentallabors ohne Schwierigkeiten schmelzen und gießen läßt Die Vergießbarkeit beinhaltet neben der erforderlichen Fehlerlosigkeit der Gußstücke auch Formtreue, d. h. ein gutes Formfüllungsvermögen. Zu diesem Zweck soll die Liquidustemperatur 1400° C nicht überschreiten, und die Viskosität der Schmelze nicht zu hoch sein.

Aus wirtschaftlicher Sicht wird gefordert, daß sich der Werkstoff mit den üblichen Bearbeitungseinrichtungen, Werkzeugen und Hilfsmitteln mit hoher Werkzeugstandzeit schnell bearbeiten läßt. Deshalb soll die Härte nach den vorliegenden Erfahrungen unter 300 HV 10 liegen.

Bei den sich wiederholenden Wärmebehandlungen zum Aufbrennen der verschiedenen keramischen Stoffe müssen die Gußstücke ihre Form behalten. Hierfür ist werkstoffseitig eine hohe Warmfestigkeit und Gefügestabilität dienlich.

Hohe Anforderungen werden auch an die Paßgenauigkeit der Gußobjekte gestellt. Sie ist abhängig von der Wechselwirkung zwischen der thermischen Expansion der Einbettmasse und der thermischen Kontraktion der Legierung, die insoweit aufeinander abgestimmt sein müssen. Die Kontraktion der Legierung ist durch die Solidustemperatur einerseits und den Schrumpfungskoeffizienten zu beeinflussen.

Unter den Gebrauchseigenschaften spielt die Toxizität und Korrosionsbeständigkeit eine wesentliche Rolle.

Maßgeblich hierfür sind die chemische Zusammensetzung der Legierung und auch die Konstitution ihres Gefüges.

Für den Gebrauchswert als Aufbrennlegierung ist in erster Linie zu fordern, daß in der Keramikverblendung keine Risse und Spätsprünge oder Abplatzungen auftreten. Zur Vermeidung dieser Fehler muß die gegen Zugbeanspruchung empfindliche Keramik im Verbund unter Druckspannung stehen. Deshalb soll der mittlere thermische Ausdehnungskoeffizient der Legierung zwischen 20 und 600"C etwas größer sein als der der Keramik und insoweit zwischen 14 und 15 x 10-6 >< x K-t K-1 liegen.

Im weiteren ist von einer Aufbrennlegierung zu fordern, daß sie mit der Keramik einen Verbund eingeht, der allen normalerweise vorkommenden Belastungen zerstörungsfrei widersteht. Neben einer mechanischen Verklammerung ist hierfür in erster Linie eine chemische Bindung zwischen den Komponenten maßgebend, deren Mechanismus aber wissenschaftlich noch nicht ganz verstanden ist. Für die Verbundfestigkeit der metallischen Komponente sind bestimmte Zusätze entscheidend, die die Grenzflächenreaktion zur keramischen Komponente steuern.

Die Härte der Legierung spielt auch für den Fall eine Rolle, daß der Zahnersatz mit dem natürlichen Antagonisten Kontakt hat. Um den dann möglichen Abrieb des Antagonisten zu minimieren, ist eine Metallhärte unter 300 HV 10 zweckmäßig.

Wegen der bereits erwähnten Empfindlichkeit keramischer Stoffe gegen Zugbeanspruchung ist von Aufbrennlegierungen zu fordern, daß die vorkommenden Belastungen zu möglichst geringen Dehnungen führen.