DE3825250A1

DE3825250A1 - Giessformstoff zur verwendung bei einer feingiessform und aus einem solchen giessformstoff hergestellte feingiessform

Info

Publication number: DE3825250A1
Application number: DE3825250A
Authority: DE
Inventors: Sekiya Ogino; Mikinori Nishimura
Original assignee: J Morita Manufaturing Corp
Current assignee: J Morita Manufaturing Corp
Priority date: 1987-07-27
Filing date: 1988-07-25
Publication date: 1989-02-09
Also published as: JPH0428455B2; DE3825250C2; US4947926A; JPS6431549A

Description

Die Erfindung betrifft einen Gießformstoff zur Verwendung bei einer Feingießform, die sich zum Abgießen von Metallen wie Titan Nickel Kobalt, Chrom und deren Legierungen sowie von glaskeramischen Werkstoffen eignet, die eine relativ hohe Schmelztemperatur haben. Die Erfindung hat ferner eine aus einem solchen Gieß formstoff hergestellte Feingießform zum Gegenstand.

Gießformstoffe, die hauptsächlich aus Quarz, Cristobalit, Gips oder dergleichen bestehen, werden üblicherweise beim Gießen von Dentalprothesen benutzt. Solche Gießformstoffe können sich bei hohen Temperaturen zersetzen oder zusammen mit Gießmetall verbrennen. Sie reagieren insbesondere bei hohen Temperaturen heftig mit aktiven Metallen, wie Titan, was zu nachteiligen Einflüssen auf das Gießmetall führt. In dem Bemühen, derartige Mängel von Gießformstoffen auszuräumen, wur de ein Gießformstoff vom Oxidations-Expansions-Typ entwickelt, bei dem Magne siumoxid oder Zirkoniumdioxid als Hauptbestandteile vorgesehen sind, wobei die sen Hauptbestandteilen metallisches Zirkonium zugesetzt wird, um das Schrumpfen zu kompensieren, das auf das Erstarren des Gießmetalls zurückzuführen ist. Es wurde ferner in der japanischen Patentanmeldung 2 13 459/1986 ein Gießformstoff vorgeschlagen, dessen Hauptbestandteile aus Magnesiumoxid und Aluminiumoxid bestehen, wobei dem Aggregat feines metallisches Titanpulver zugesetzt wird, um einem Schrumpfen des Gießformstoffes zu begegnen und Abmessungsfehler zu kompensieren, die darauf zurückzuführen sind, daß es beim Erstarren des Gieß metalls zu einem Schrumpfen kommt.

Auch die vorstehend genannten Gießformstoffe sind jedoch nicht frei von Mängeln. Der zuerst genannte Gießformstoff, bei dem ein Schrumpfen aufgrund des Erstar rens des Gießmetalls durch Oxidation und Expansion von metallischem Zirkonium kompensiert werden soll, erfordert ein sehr umständliches Gießverfahren. Weil Zirkonium sehr kostspielig ist, wird dabei ein Wachsmodell an seiner Oberfläche mit dem Gießformstoff beschichtet, und das derart beschichtete Wachsmodell wird dann in einen konventionellen Gießformstoff eingebettet, um die Menge des zu verwendenden Zirkoniums so gering wie möglich zu halten. Außerdem besteht die Gefahr, daß sich die Beschichtung ablöst und der normale Gießformstoff zwischen die Beschichtung und das Modell gelangt, was zur Folge hat, daß beim anschlies senden Abgießen das Titan mit dem außen aufgebrachten Gießformstoff reagiert. Beim Gießen einer Zahnprothesenplatte macht es im übrigen die komplizierte Form der Platte praktisch unmöglich, mit dem geschilderten Beschichtungsverfahren zu arbeiten.

Der oben geschilderte zweite Gießformstoff ist weniger kostspielig als der zu erst genannte Gießformstoff. Weil jedoch der Gießformstoff einige Prozent an metallischem Titan enthält und das Titan mit der alkalischen Lösung reagiert, die durch die Reaktion von Magnesiumoxid mit Wasser gebildet wird, wenn ein Wachsmodell eingebettet wird, entsteht ein Gas. Dies führt zu der Bildung von Gasblasen in der Form. Diese Gasblasen können zu einer unregelmäßigen Ober fläche der Gußstücke führen. Außerdem ist Titan zwar erheblich billiger als Zirkonium, jedoch kostspieliger als für den Gießvorgang zu benutzende kerami sche Werkstoffe. Auch Titan läßt infolgedessen hinsichtlich des Kostenaufwandes noch zu wünschen übrig. Um außerdem durch den Titanzusatz einen ausreichen den Expansionseffekt zu erhalten, muß das metallische Titan oxidiert und dazu für eine ausgedehnte Zeitspanne auf einer hohen Temperatur gehalten werden. Das betreffende Gießverfahren läßt daher hinsichtlich seiner Wirtschaftlichkeit und leichten Durchführbarkeit zu wünschen übrig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gießformstoff sowie eine da raus hergestellte Feingießform zu schaffen, welche die vorstehend genannten Mängel auch bei Verwendung von unter hoher Temperatur zu vergießendem, aktivem Gießwerkstoff, wie Titan, ausräumen. Insbesondere soll für eine Expan sion der Gießform gesorgt werden, die in der Lage ist, im Zuge eines Wachs ausschmelzverfahrens das auf das Erstarren des Gießwerkstoffes zurückzufüh rende Schrumpfen voll zu kompensieren. Außerdem soll für eine Kostensenkung gesorgt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gießformstoff zur Verwendung bei einer Feingießform gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Gieß formstoff als Hauptbestandteile Magnesiumoxidpulver (MgO-Pulver) und Alumi niumoxidpulver (Al₂O₃-Pulver) aufweist und daß ein Anteil des Magnesiumoxid pulvers und/oder des Aluminiumoxidpulvers von mindestens 10 Gew.% eine Korn größe von 100 µm oder weniger hat. Dabei ist vorzugsweise der eine Korngrös se von 100 µm oder weniger aufweisende Anteil des Magnesiumoxidpulvers und/oder des Aluminiumoxidpulvers auf einen Wert eingestellt, der zu einer Expansion der aus dem Gießformstoff hergestellten Feingießform führt, welche den Ab messungsfehler kompensiert, der beim Erstarren des Gießwerkstoffes durch des sen Schrumpfen eintritt.

Eine Feingießform, zu deren Herstellung ein Wachsmodell in einem Gießformstoff eingebettet, das Wachsmodell ausgeschmolzen und die so vorbereitete Form ge brannt wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem als Hauptbestandteile Magnesiumoxidpulver und Aluminiumoxidpulver aufweisen den Gießformstoff hergestellt ist, bei dem ein mindestens 10 Gew.% betragender Anteil des Magnesiumoxidpulvers und/oder des Aluminiumoxidpulvers eine Korn größe von höchstens 100 µm hat und der mit Wasser geknetet, getrocknet sowie zur teilweisen Umwandlung in Magnesiumhydroxid und/oder Aluminiumhydroxid gehärtet ist.

Die einzige Figur zeigt einen lotrechten Schnitt, anhanddessen die Durchführung eines Passungstests für den erfindungsgemäßen Gießformstoff erläutert wird.

Der zur Verwendung für Feingießformen bestimmte Gießformstoff nach der Er findung beruht auf der Feststellung, daß es ein Gießformstoff, der als Haupt bestandteile Magnesiumoxid und Aluminiumoxid aufweist, erlaubt, die notwendi ge Expansion der Form zu erreichen, wenn das Magnesiumoxid und/oder das Aluminiumoxid in einem bestimmten Gewichtsanteil in einem gewissen Korngrös senbereich vorliegt. Dies gilt auch dann, wenn der Gießformstoff kein metalli sches Zirkonium und kein metallisches Titan enthält. Dagegen führt ein bloßes Gemenge aus Magnesiumoxid und Aluminiumoxid ohne Berücksichtigung der vor liegend geschilderten Kriterien nicht zu der gewünschten Expansion. Die Haupt bestandteile des vorliegenden Gießformstoffes sind Magnesiumoxidpulver und Aluminiumoxidpulver, wobei dafür gesorgt ist, daß das Magnesiumoxidpulver und/oder das Aluminiumoxidpulver in einem Korngrößenbereich von 100 µm oder weniger in einem Anteil von 10 Gew.% oder mehr vorliegt. Die Expansion der aus einem solchen Gießformstoff hergestellten Feingießform läßt sich dabei durch Ändern der in dem Korngrößenbereich von 100 µm oder weniger vorlie genden Menge des Magnesiumoxidpulvers und/oder des Aluminiumoxidpulvers so einstellen, daß der Abmessungsfehler kompensiert wird, der beim Erstarren des Gießwerkstoffes durch dessen Schrumpfen eintritt.

Wenn bei dem vorliegenden Gießformstoff der Anteil des Magnesiumoxidpulvers und/oder des Aluminiumoxidpulvers mit einer Korngröße von 100 µm oder weni ger nicht mindestens 10 Gew.% beträgt, reicht die eintretende Expansion der aus dem Gießformstoff hergestellten Feingießform nicht aus, um das Schrumpfen zu kompensieren, zu dem es beim Erstarren des Gießwerkstoffes kommt. Im Rah men der vorliegenden Erfindung kann die gesamte Menge des Magnesiumoxidpul vers und/oder des Aluminiumoxidpulvers eine Korngröße von 100 µm oder we niger haben. Der Expansionsgrad läßt sich ändern, indem die Pulvermenge mit einer Korngröße von 100 µm oder weniger innerhalb des Bereiches von 10 bis 100 Gew.% eingestellt wird. Das Schrumpfen aufgrund des Erstarrens des Gieß werkstoffes kann daher in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften des zu verwendenden Gießwerkstoffes kompensiert werden, d. h. in Abhängigkeit von dem Schrumpfungsgrad, der im Einzelfall beim Erstarren des Gießwerkstoffes eintritt.

Der Gießformstoff weist vorzugsweise ein oder mehrere Bindemittel aus der aus Magnesiumacetat, Zirkoniumdioxidzement, Magnesiumoxidzement, colloidalem Si liziumdioxid, Ethylsilikat und dergleichen bestehenden Gruppen zusätzlich zu den vorstehend genannten Hauptbestandteilen auf. Bindemittel auf Phosphatba sis eignen sich vorliegend nicht, da sie während des Gießens Gase entwickeln.

Nachstehend sei beispielshaber erläutert, wie ein Gießvorgang unter Verwendung des vorliegenden Gießformstoffes abläuft. Zunächst wird der Gießformstoff mit Wasser geknetet, und ein eine konische Basis umgebender Gießring, auf dem ein Wachsmodell sitzt, wird mit dem Gießformstoff gefüllt, wobei das Wachsmo dell in den Gießformstoff eingebettet wird. Danach wird der Gießformstoff auf etwa 70°C erhitzt (obwohl es auch Fälle geben kann, wo der Gießformstoff nicht erhitzt wird); der Gießformstoff wird bis zum Erhärten getrocknet. Weil mindestens ein Teil des den Gießformstoff bildenden Pulvers eine Korngröße von 100 µm oder weniger hat, neigt der Gießformstoff während dieser Zeit spanne zu einer Reaktion mit Wasser. Ein Teil des Gießformstoffes reagiert dabei entsprechend der Formel

MgO + H₂O → Mg (OH)₂

und/oder

Al₂O₃ + H₂O → 2 Al (OH)₃

unter Bildung von Magnesiumhydroxid und/oder Aluminiumhydroxid. Dadurch expandiert der Gießformstoff.

Die auf diese Weise expandierte und gehärtete Gießform wird in einem Brennofen erhitzt und bei Temperaturen von 850 bis 900°C gebrannt, um das Wachsmodell auszuschmelzen und den Gießformstoff zu brennen. Während des Brennvorganges kommt es zusätzlich zu der vorstehend erläuterten Expansion zu einer weiteren Ausweitung, so daß der durch das Wachsausschmelzverfahren gebildete Hohlraum etwas größer wird als das ursprüngliche Wachsmodell. Dies dürfte darauf zurück zuführen sein, daß sich das Magnesiumoxid- und Aluminiumoxidpulver aufgrund des Gehalts an Anteilen von Magnesiumoxidpulver und/oder Aluminiumoxidpulver mit einer Korngröße von 100 µm oder weniger bei fortschreitendem Brennvorgang aufgrund der durch die Formel

MgO + Al₂O₃ → MgO · Al₂O₃

ausgedrückten Reaktion in eine Spinellverbindung umwandelt oder eine Umwand lung in eine Phase eintritt, die zu der Spinellkristallphase führt. Dadurch wird eine erhebliche Expansion des betreffenden Pulveranteils bewirkt.

Die so erhaltene Gießform wird in eine mit Druckdifferenz arbeitende Lichtbogen schmelz-Gießvorrichtung eingebracht, und schmelzflüssiger Gießwerkstoff, bei spielsweise Metalle wie Titan, Nickel, Kobalt, Chrom oder deren Legierungen, und glaskeramische Werkstoffe, die einen relativ hohen Schmelzpunkt haben, wird in den Wachsausschmelzhohlraum eingegossen, um das Gußstück auszubilden. Weil aufgrund der Expansion der Hohlraum größer als das ursprüngliche Wachsmodell geworden ist, kann der Gießwerkstoff ungeachtet des beim Abkühlen eintreten den Schrumpfens auf näherungsweise die Größe des ursprünglichen Wachsmodells gebracht werden, indem von vorne herein der Expansionsgrad des Hohlraums auf den Schrumpfungsgrad, der mit dem Erstarren des Gießwerkstoffes verbunden ist, durch zweckentsprechende Einstellung der Pulverzusammensetzung abgestimmt wird.

Die Erfindung sei nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.

Gießformstoffe wurden in unterschiedlichen Zusammensetzungen entsprechend der Tabelle 1 zubereitet. Das Wachsmodell, das durch einen Abdruck von einem Mo dellzahn A hergestellt wurde, der entsprechend einem auszubessernden natürli chen Zahn reproduziert wurde, wurde in den Gießformstoff eingebettet, worauf ein Brennen zur Durchführung des Wachsausschmelzverfahrens erfolgte. Danach wurde in die Gießform metallisches Titan in einer mit Druckdifferenz arbeitenden Lichtbogenschmelz-Gießvorrichtung eingegossen. Die so erhaltene Titangußkro ne B wurde auf den Modellzahn A aufgepaßt, um den Freiraum h zwischen der Abstufung des Modellzahns A und der aufgepaßten Krone B zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 zusammengestellt.

Tabelle 1

In der obigen Tabelle sind die Gehalte der Bestandteile jeweils in Gew.-% angegeben.
*1 bedeutet eine Korngröße von 100 µm oder weniger, während mit *2 eine Korngröße von mehr als 100 µm bezeichnet ist. Als Bindemittel wurde Magnesiumacetat verwendet.


h (mm)
Beispiel 1
0-0,05
Beispiel 2	0,05-0,08
Beispiel 3	0,05-0,1
Beispiel 4	0,02-0,04
Beispiel 5	0 (Überexpansion)
Beispiel 6	0 (Überexpansion)
Vergleichsbeispiel 1	0,3-0,5
Vergleichsbeispiel 2	0,3-0,5

Der Gießformstoff wurde zusammen mit dem eingebetteten Wachsmodell 60 min lang gebrannt, und zum Zeitpunkt des Gießvorgangs hatte die Form eine Tem peratur von 150°C. Der Wert des Freiraums h gibt das Ergebnis von mehreren Versuchen wieder. Mit "Überexpansion" ist der Zustand gemeint, bei dem die Gußkrone B lose über den Modellzahn A paßt und zwischen beiden Spiel vor handen ist. Bei Verwendung von Titan als Gießwerkstoff kommt es zu einer übermäßigen Expansion der Gießform; dieser Gießwerkstoff ist daher für das vorliegende Beispiel weniger geeignet.

Alle derart erhaltenen Titangußkronen hatten ein einwandfreies Aussehen und schönen metallischen Glanz. Aus der Tabelle 2 ist zu erkennen, daß bei einem Gehalt des Gießformstoffes von 20 bis 40 Gew.% an feinem Magnesiumoxid- oder Aluminiumoxidpulver mit einer Korngröße von 100 µm oder weniger die Titan gußkrone B für den Modellzahn A besser geeignet ist. Der Freiraum h variiert in Abhängigkeit von der Pulvermenge mit einer Korngröße von 100 µm oder we niger. Obwohl entsprechend den Beispielen 5 und 6 gegenüber Titan eine Über expansion eintritt, eignet sich der Gießformstoff für Gießwerkstoffe mit stärke rer Schrumpfung als Titan und dessen Legierungen, so z. B. für Nickel, Kobalt, Chrom und andere Metalle. Der Gießformstoff läßt sich daher für den jeweiligen Gießwerkstoff geeignet machen, indem der Pulveranteil in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften des für das Gußstück zu verwendenden Werkstoffes einge stellt wird. Der Gießformstoff enthält kein Metallpulver; infolgedessen reicht eine Zeitspanne von 60 min für das Brennen aus. Diese relativ kurze Brenn dauer trägt zur Wirtschaftlichkeit bei. Im Falle der Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurde metallisches Titanpulver zugesetzt, während der Versuch im übrigen unter gleichen Bedingungen durchgeführt wurde. Nach einer Brenndauer von 120 min erreichte der Wert für den Freiraum h schließlich 0,03 bis 0,15 mm.

Wie aus den Beispielen hervorgeht, reagiert beim Gießen von metallischem Ti tan Magnesiumoxid mit dem Titan bei einer Temperatur, die höher als die Schmelztemperatur von Titan ist, während Aluminiumoxid mit Titan selbst im Bereich von Temperaturen reagiert, die unter der Schmelztemperatur von Ti tan liegen. Dadurch kann es zur Bildung von Al₂O und AlO kommen; diese Reaktionsprodukte haften jedoch nur an der Oberfläche einer Titangußkrone an, und sie können durch bloßes Abwischen leicht beseitigt werden. Infolge dessen kann eine einwandfreie Oberfläche mit metallischem Glanz erhalten wer den. Als Bindemittel wurde Magnesiumacetat verwendet, das während des Bren nens in MgO, CO₂ und H₂O zerlegt wird. Nach dem Brennen bleibt nur MgO übrig, das zu keiner Beeinträchtigung des Titans führen kann und infolgedes sen in der Praxis keine Probleme bereitet.

Wie erläutert, enthält der vorliegend beschriebene Gießformstoff zur Verwen dung bei einer Feingießform als Hauptbestandteile Magnesiumoxidpulver und Aluminiumoxidpulver, wobei eines oder beide dieser Pulver in einem Anteil von mindestens 10 Gew.% eine Korngröße von 100 µm oder weniger haben. Infolgedessen werden aufgrund des Reaktionsvermögens der Pulver beim Trock nen und Härten der Gießform Hydroxide gebildet. Wenn der Gießformstoff zur Bildung der Gießform gebrannt wird, kommt es darüberhinaus aufgrund des Reaktionsvermögens der Pulver zu einer Kristallumwandlung der Pulver in ein Spinell. Dabei tritt eine Expansion ein, so daß die Kristallumwandlung das Schrumpfen kompensiert, das auf die Erstarrung des Gießwerkstoffes zurück zuführen ist. Auf diese Weise läßt sich die Paßgenauigkeit für das Duplikat eines Modells oder dergleichen im Rahmen der Herstellung von Dentalprothesen wesentlich verbessern. Daneben sind die Hauptbestandteile des Gießformstof fes allgemein preisgünstig, so daß durch Verwendung eines solchen Gießform stoffes eine Zahnprothese aus Titan oder einer Titanlegierung, die mit dem le benden Körper hervorragend kompatibel ist, oder aus einem anderen zweckent sprechenden Gießwerkstoff mit relativ niedrigen Kosten erhalten werden kann. Weil der erläuterte Gießformstoff kein Metallpulver enthält, braucht er nicht für eine längere Zeitspanne auf hohen Temperaturen gehalten zu werden, so daß die Herstellungsdauer der Gießform verkürzt ist.

Claims

1. Gießformstoff zur Verwendung bei einer Feingießform, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießformstoff als Hauptbestandteile Magnesiumoxidpulver und Aluminiumoxidpulver aufweist und daß ein Anteil des Magnesiumoxidpulvers und/oder des Aluminiumoxidpulvers von mindestens 10 Gew.% eine Korngröße von 100 µm oder weniger hat.

2. Gießformstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Korn größe von 100 µm oder weniger aufweisende Anteil des Magnesiumoxidpul vers und/oder des Aluminiumoxidpulvers auf einen Wert eingestellt ist, der zu einer Expansion der aus dem Gießformstoff hergestellten Feingießform führt, welche den Abmessungsfehler kompensiert, der beim Erstarren des Gießwerkstoffes durch dessen Schrumpfen eintritt.

3. Gießformstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er ein oder mehrere Bindemittel aus der aus Magnesiumacetat, Zirkoniumdioxidzement, Magnesiumoxidzement, colloidalem Siliziumdioxid und Ethylsilikat bestehenden Gruppe aufweist.

4. Gießformstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß bei Verwendung von Titan als Gießwerkstoff der Gehalt des Gießformstoffes an Magnesiumoxidpulver und/oder Aluminiumoxidpulver 20 bis 40 Gew.% beträgt.

5. Feingießform, zu deren Herstellung ein Wachsmodell in einen Gießformstoff eingebettet, das Wachsmodell ausgeschmolzen und die so vorbereitete Form gebrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Feingießform aus einem als Hauptbestandteile Magnesiumoxidpulver und Aluminiumoxidpulver auf weisenden Gießformstoff hergestellt ist, bei dem ein mindesens 10 Gew.% betragender Anteil des Magnesiumoxidpulvers und/oder des Aluminiumoxid pulvers eine Korngröße von höchstens 100 µm hat und der mit Wasser ge knetet, getrocknet sowie zur teilweisen Umwandlung in Magnesiumhydroxid und/oder Aluminiumhydroxid gehärtet ist.