DE4116073A1 - Verfahren zum giessen von dentalmetallen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen von Dentalmetallen wie Titan, in der Ausbildung zum Gießen von Plattenrahmen, Klammern oder Spangen etc. (plate frames..) auf dem technischen Dentalgebiet, wodurch es möglich wird, Hochqualitätsprodukte ohne Gießfehler oder Gießlunker durch Schmelzen von Dentalmetallbrammen durch Bogenentladung herzustellen.

Auf dem technischen Dentalgebiet ist es bekannt, daß Titan zum Gießen von Gießplatten, Spangen etc. eingesetzt wird, weil es im Gewicht leicht ist, über eine gewisse Festigkeit verfügt und ausgezeichnet hinsichtlich Korrosionswiderstand und Bioaffinität ist.

Bisher wurden Metallrahmen etc., wie sie verwendet werden, um beispielsweise Kronen oder Porzellan-an-Metall­ geschmolzene-Kronen zu fertigen, gegossen, indem Dentalmetalle unter Verwendung geeigneter Techniken wie beispielsweise Hochfrequenzschmelzen und Vergießen der schmelzflüssigen Metalle in Formen hergestellt werden, da die Dentalmetalle edle relativ schwierig zu oxydierende Metalle sind.

Da das obengenannte Titan die Eigenschaft hat, leicht eine Oxydation zu erleiden, sollte es in einer Atmosphäre eines Intertgases wie Argon geschmolzen werden. Um diesen Anforderungen zu genügen, hat man sich auf eine Gießtechnik verlassen, bei der Dentalmetallbrammen durch Bogenentladung geschmolzen werden und die geschmolzenen Metalle in Formen vergossen werden.

Entsprechend dieser Gießtechnik wird eine Bogenelektrode oben in einer hermetisch abgedichteten Schmelzkammer angeordnet und ein Tiegel aus einem elektrisch leitfähigen Material wird kurz unterhalb der Bogenelektrode positioniert. Sind Bogenelektrode und Tiegel mit einer Kathode und bzw. mit einer Anode jeweils verbunden, so wird die zu gießende Dentalmetallbramme zunächst auf dem Tiegel angeordnet. Nach Evakuierung gegen Vakuum wird die Schmelzkammer dann mit solch einem Inertgas wie Argon gefüllt, bis sein Innendruck auf einen Druck nahe dem atmosphärischen Druck steigt. Anschließend wird die Bramme durch Bögen geschmolzen, die von der Bogenelektrode herrühren. Schließlich wird schmelzflüssiges Metall in eine Formkammer durch den Einlaß einer Form geschüttet, die in einer Formkammer positioniert ist, die gegen die Schmelzkammer durch eine Trennwand abgetrennt ist, die mit einem Durchgangsloch versehen ist, das in ihrem unterhalb diesem Tiegel positionierten Teil geformt ist.

Wird nach dieser Gießtechnik Titan verwendet, so muß es schnell in die Form über ihren Einlaß gegossen bzw. geschüttet werden, teilweise weil der Schmelzpunkt des Titan höher als die Schmelzpunkte üblicher Dentalmetalle liegt und teilweise weil Titan vergossen werden muß, während die Form bei Zimmertemperatur gehalten wird, während sie sich abkühlt und schnell sich verfestigt. Dies aufgrund der Tatsache, daß es mit dem Formmaterial bei einer so hohen Temperatur, wie es das Vergießen gemeiner Edelmetallegierungen ist, vergossen wird. Anders ausgedrückt: Titan muß unter Druck in eine Form gegossen werden, indem der Druck der Schmelzkammer auf eine Druckdifferenz zwischen Schmelzkammer und Formkammer erhöht wird.

Die verwendete Form wird hergestellt aus Genauigkeitsguß­ material bzw. sogenannten "investment materials", die sich aus einer Binder/Aggregatkombination zusammensetzen. Insbesondere werden Binder und Aggregat zusammen mit Wasser oder einer exklusiven Flüssigkeit in eine Aufschlämmung verknetet. Hernach wird ein Wachsmodell in die Aufschlämmung eingeführt und bei Zimmertemperatur getrocknet, woran sich das Ausbrennen des Wachses bei etwa 700°C im Ofen anschließt.

Aufgrund einer gewissen Luftpermeabilität, die bei einem solchen "investment material" vorhanden ist, läßt sich ein investment material zum Vergießen von Edelmetallegierungen, die Teil von Metallrahmen bilden, verwenden, wie sie bei Kronen oder bei Porzellan-an-Metall-geschmolzene-Kronen Verwendung finden. Erfolgt nämlich die Beaufschlagung mit einer Druckdifferenz zwischen Schmelz- und Formkammern, dann wird eine Steigerung im Gasdruck in der Form so aufgrund ihrer Luftpermeabilität unterdrückt, daß das schmelzflüssige Dentalmetall gut in die Form vergossen werden kann.

Unter gemeinen Investmentmaterialien jedoch ist an Gips gebundenes Investment- bzw. Präzisionsgußmaterial zu nennen, welches Gips als Binder verwendet. Bei 700°C oder mehr nimmt dieses Material hinsichtlich der Luftpermeabilität zu und hinsichtlich des Wärmewiderstandes ab, da Gips thermisch bei dieser Temperatur zerfällt und so seine kristallische Form nicht beibehalten kann. Wenn beispielsweise ein Hochtemperatur-Dentalmetall wie Titan mit diesem Investmentmaterial vergossen wird, dann reagieren diese miteinander, um Gase in einer Menge zu entwickeln, die so groß ist, daß die Gase nur durch die Lufteigenpermeabilität, die das Investment- oder Präzisionsgußmaterial hat, entweichen können. Dies würde zu einem Ansteigen im Druck im Gießbereich der Form führen, was es unmöglich macht, die vorbestimmte Menge des schmelzflüssigen Dentalmetalls in die Form zu gießen. Sonst würden Gase in das schmelzflüssige Metall mitgerissen, was zu Lunkern führt. Um ein Hochtemperaturdentalmetall zu vergießen, wurde so ein phosphatgebundenes Investmentmaterial unter Verwendung eines Phosphats als Binder benutzt. Mit diesem Material vom Phosphattyp, bei dem das Binderphosphat sich mit einem Metalloxyd unter Bildung eines amorphen Produktes kombiniert, sind Gasemissionen selbst bei Erwärmung auf höhere Temperaturen begrenzt, da das Material keine oder eine geringe Veränderung seines Zustandes erleidet und erhöhten Wärmewiderstand zeitigt.

Dies führt jedoch zu einem anderen Fehler, da so die Luftpermeabilität in ungünstiger Weise begrenzt wird. Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, große Aggregate für eine gesteigerte Luftpermeabilität zu verwenden, wodurch der Druckanstieg in den Gießbereichen der Formen reduziert wird, wenn schmelzflüssige Dentalmetalle in diesen vergossen werden. Dieses Verfahren läßt jedoch die Oberfläche der Gießprodukte rauh werden und erreicht trotzdem nicht eine ausreichende Luftpermeabilität.

Wenn also keine ausreichende Luftpermeabilität erreicht wird, ist der Innendruck des Gießbereichs in der Form zu hoch, damit die bestimmte Menge schmelzflüssigen Dentalmatells in die Form vergossen werden könnte. Dies führt zu Nachteilen wie Gießfehlern und Mitreißen von Gasen in der Metallschmelze, was zu Gießlunkern führt.

Das Lichtbogenschmelzen einer Dentalmetallbramme ungefähr bei Atmosphärendruck sorgt dafür, daß die Lichtbögen sich auf ihren lokalen Stellen unter dem Einfluß magnetischen "Blasens" etc. konzentrieren, was oft deren gleichförmiges Schmelzen unmöglich macht. Hierdurch wird veranlaßt, daß die Dentalmetallbramme lokal auf hohe Temperaturen erwärmt wird. Während die schmelzflüssige Dentalmetallbramme insgesamt reagiert, reagiert das schmelzflüssige Metall noch mit dem Tiegelmaterial. Um dies zu verhindern, sind zusätzliche Spezialmechanismen zum Bewegen der Elektrode vonnöten.

Um die obengenannten Nachteile des Standes der Technik zu lösen wird erfindungsgemäß nach einem Verfahren zum Vergießen von Dentalmetallen gesucht, wodurch gutgeglättete Gußstücke durch stabiles Lichtbogenschmelzen hergestellt werden können, ohne daß die Gefahr besteht, daß Gießfehler oder -lunker erzeugt werden.

Es wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um das obengenannte Ziel zu erreichen. Es wurde nach einem Verfahren zum Vergießen von Dentalmetallen mit einer Gießvorrichtung mit einer hermetisch geschlossenen Gießkammer gesucht, bei der ein Lichtbogen oben vorgesehen ist, ein Tiegel aus einem elektrisch leitfähigen Material unter diesem Lichtbogen vorgesehen ist und eine Form mit einer geschlossenen Entlüftung unterhalb dieses Tiegels angeordnet ist.

Erfindungsgemäß besteht die Lösung bei einem solchen Verfahren darin, daß eine Dentalmetallbramme auf diesem Tiegel positioniert wird, diese Gießkammer gegen Vakuum oder auf Vakuum evakuiert wird, eine geringe Menge eines Inertgases bei einem solchen Druck eingeführt wird, daß Lichtbogenentladung über die gesamte Oberfläche dieser Bramme hervorgerufen wird, wodurch diese auf diesem Tiegel angeordnete Bramme durch Lichtbogenentladung von dieser Lichtbogenelektrode geschmolzen wird, das so erhaltene schmelzflüssige Metall in eine Form durch ihren Einlaß vergossen wird und unmittelbar eine Zusatzmenge von Inertgas in diese Gießkammer zugeführt wird, um deren Innendruck auf ein für das Gießen geeignetes Niveau zu erhöhen.

Erfindungsgemäß ist ein gleichförmiges Lichtbogenschmelzen der Dentalmetallbrammen erreichbar, da eine örtliche Lichtbogenentladung verhindert werden kann, indem der Druck des inneren Gases in der Gießkammer, in der sie angeordnet sind, niedrig gehalten werden kann.

Erfindungsgemäß wird der Defekt der Gießfehler und -lunker durch die Tatsache veranlaßt, daß der Innendruck der Form gesteigert wird, wenn das schmelzflüssige Dentalmetall in den Einlaß der Form vergossen wird, da es schwierig ist, ausreichende Luftpermeabilität dem Investment- bzw. Präzisionsgußmaterial zu erteilen. Solche fehler- oder lunkerfreie Gießstücke lassen sich dadurch erhalten, daß man den Innendruck der Gießkammer niedrig hält, bis die Dentalmetallbrammen geschmolzen sind und das Vergießen in einer Form durch deren Einlaß erfolgt und eine Zusatzmenge an Inertgas in die Gießkammer unmittelbar nach dem Vergießen des schmelzflüssigen Metalls in die Formen durch diesen Einlaß zugeführt wird.

Nach einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung, wo die zusätzliche Menge des Inertgases schnell in die Gießkammer über einen Gastank geliefert wird, der benachbart der Gießkammer positioniert ist, wird es möglich, Gußstücke noch höherer Qualität zu erhalten. Dies läßt sich mit bekannten Inertgaszylindern, welche gleichzeitig große Volumina zu liefern nicht in der Lage sind, nicht erreichen.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nunmehr mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in:

Fig. 1 eine Darstellung eines Teils einer Ausführungsform der Gießvorrichtung zur Durchführung zur Maßnahme nach der Erfindung;

Fig. 2 eine graphische Darstellung, die die Druckänderungen in der Gießkammer zeigt, wenn das Verfahren nach der Erfindung mit der Gießvorrichtung gemäß Fig. 1 durchgeführt wird;

Fig. 3 zeigt die Zustände des Lichtbogens, wenn der Druck in der Schmelzkammer - Fig 3(A) - im wesentlichen atmosphärischer Druck - Fig. 3(B) - ein bevorzugter Zustand und Fig. 3(C) ein Zustand nahe Vakuum ist.

Nach Fig. 1 handelt es sich zunächst um ein Gießsystem mit einer Gießkammer 1 zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung. Gemäß der Darstellung der Fig. 1 ist diese Kammer hermetisch mit einer Tür 1a verschlossen, bis Vakuum mittels einer Pumpe 6 evakuiert und mit einem inerten Gas wie Argon gefüllt, das über eine Inertgas liefernde Quelle 7 gespeist wird. In der Nachbarschaft der Gießkammer 1 und an einer bestimmten Stelle auf einem Rohr zur Herstellung der Verbindung zwischen der Gasquelle 9 und der Gießkammer 1 ist ein Tank 9 angeordnet, der so ausgelegt ist, daß Inertgas von der Gaslieferquelle 7 empfängt und es schnell in die Kammer 1 führt. In der Gießkammer 1 befindet sich eine Bogenelektrode 2, die oberhalb einer Kathode angeordnet und mit dieser verbunden ist, sowie ein Tiegel 3 aus einem elektrisch leitfähigen Material, der kurz unterhalb der Bogenelektrode 2 angeordnet und mit einer Anode verbunden ist. Unterhalb des Tiegels 3 ist weiterhin eine Form 4 positioniert, die mit einer geschlossenen Entlüftung 4c versehen ist. Vorteilhaft wird der Tiegel 3 so ausgelegt, daß er sich um eine Horizontalwelle 3a, wie in Fig. 1 gezeigt, nach oben oder unten verschwenken läßt. Andere Typen von Tiegel, beispielsweise sind solche mit einer im Boden (nicht dargestellt) aufzumachenden Öffnung. Die geschlossene Entlüftung 4c, die in der Form 4 ausgebildet ist, definiert einen Durchlaß für das Entweichen des Gases und kommuniziert mit einem Gießbereich 4b, in welchem ein geschmolzenes Dentalmetall aushärtet, wobei dies durch ein kleines Verbindungsloch mit einem relativ großen Volumen erfolgt. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird die Form 4 auf einen schalenförmigen Formträger 5 gesetzt und unterhalb des Tiegels 3 positioniert.

Das Gießen von Dentalmetallprodukten mit der Gießvorrichtung läßt sich durchführen, während der Innendruck in der Gießkammer, wie Fig. 2 beispielsweise zeigt, geregelt wird.

Zunächst wird der Formträger 5 mit der daraufgesetzten Form 4 an seinen Ort innerhalb der Gießkammer 1 gebracht. Dann wird eine Dentalmetallbramme 8 auf den Tiegel 3 gegeben, gefolgt von einem Schließen der Tür 1a, um die Gießkammer 1 luftdicht zu halten.

In diesem Zustand wird die Gießkammer 1 auf Vakuum vermittels der Vakuumpumpe 6 evakuiert. Zu diesem Zeitpunkt wird jedoch die geschlossene Entlüftung 4c auch auf wesentliches Vakuum gesetzt, da sie mit dem Gießbereich 4b und dem Einlaß 4a durch das Verbindungsloch in Verbindung steht bzw. kommuniziert.

Hernach wird eine kleine Gasmenge aus Inertgas wie Argon aus der Gasquelle 7 in die Gießkammer 1 bei einem solchen Druck geliefert, daß eine Bogenentladung über die gesamte Oberfläche der Bramme 8 erzeugt wird. Die folgende Bogenentladung von der Bogenelektrode 2 schmilzt die auf den Tiegel 3 gesetzte Bramme 8. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die verwendete Bogenelektrode 2 aus Wolfram von 4 mm Durchmesser hergestellt, eine Titanbramme 8 in Form einer Säule mit einem Durchmesser von 4 mm und einer Höhe von 12 mm wird auf den Tiegel 3 gesetzt. Während die Elektrode 2 von der Titanbramme 8 fort 7 mm angeordnet wird, wird eine Bogenentladung über die gesamte Oberfläche der Bramme 8 bei einem Lichtbogenstrom von 250 A in einer Argongasatmosphäre von 5 bis 150 Torr, wie dies Fig. 3b zeigt, induziert. Wenn jedoch die Gießkammer 1 bei einem Druck fast gleich dem atmosphärischen Druck, wie Fig. 3a zeigt, festgelegt ist, dann werden die Bögen so fein, daß sie sich auf den Enden der Bramme 8 unter den Einflüssen von "magnetischen Schlägen" etc. konzentrieren, was zum lokalen Schmelzen führt; und, wird die Gießkammer 1 unter einem Druck fast gleich Vakuum gehalten, wie Fig. 3c zeigt, dann werden die Bögen so übermäßig verteilt, daß die Bramme 8 schmilzt. Nach dieser Ausführungsform wird es möglich, die Dentalmetallbramme 8 innerhalb einer kurzen Zeit, jedoch mit verbessertem Wirkungsgrad zu schmelzen und kurz vor dem Gießen einen ausgewählten Druckzustand herzustellen.

Das so geschmolzene Dentalmetall wird in die Form 4 über seinen Einlaß 4a vergossen. Wenn der Tiegel 3 so ausgelegt ist, daß er um die horizontale Welle 3a, wie in Fig. 1 dargestellt, nach oben oder unten verschwenkt, dann wird bevorzugt, das schmelzflüssige Metall in die Form 4 durch seinen Einlaß 4a zu gießen, während die elektrische Stromleitung zwischen der Elektrode 2 und dem Tiegel 3 aufrechterhalten wird. Dies darum, da dann, wenn der Tiegel 3 sich nach unten dreht, die Bogenelektrode 2 so von dem schmelzflüssigen Metall oder der anderen Elektrode unter Abstand fort angeordnet ist, daß die Bogenentladung automatisch aufhören kann. Das Ergebnis ist, daß das schmelzflüssige Metall in die Form 4 durch seinen Einlaß 4a unmittelbar nach seiner Erwärmung gegossen werden kann. Wenn der Tiegel 3 so ausgelegt ist, daß er in seinem Boden eine aufmachbare Öffnung hat, so wird die Bogenentladung nach dem Schmelzen der Metallbramme 8 unterbrochen. Unmittelbar hernach wird die Öffnung offengehalten, um das schmelzflüssige Metall in die Form 4 über seinen Einlaß 4a zu gießen.

Kurz nachdem das schmelzflüssige Metall in die Form 4 durch seinen Einlaß 4a vergossen wurde, wird eine zusätzliche Menge des Inertgases, beispielsweise Argon, von der Gasquelle 7 in die Gießkammer 1 geliefert, um seinen Innendruck zu erhöhen und hierdurch Druck auf das schmelzflüssige Metall von dem Einlaß 4a zu geben. Hernach werden im Gießbereich 4a vorhandene Gase in die geschlossene Entlüftung 4c gedrückt, die in der Form 4 ausgebildet ist und die von relativ großem Volumen ist. Da jedoch die Gase in der Form 4 unter einem sehr niedrigen Druck, bevor sie das schmelzflüssige Metall aufnahmen, waren, ist der Grad eines Druckanstiegs in der geschlossenen Entlüftung 4c viel kleiner als der Innendruck in der Gießkammer 1, der durch zusätzliche Zufuhr des Inertgases von der Gasquelle 7 gesteigert wurde. So wird eine ungestörte Führung des schmelzflüssigen Metalls in den Gießbereich 4 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt ruft der Tank, der das gleiche Volumen wie das der Gießkammer 1 hat und in der Nachbarschaft der Gießkammer 1 und irgendwo auf dem Rohr angeordnet ist, eine Verbindung zwischen ihm und der Gasquelle 7 hervor, was zu schnellen Druckanstiegen in der Gießkammer führt und den Abschluß des Gießens mit hoher Gießkapazität ermöglicht.

Nach dem Gießverfahren der Erfindung, das vorstehend genauer beschrieben wurde, lassen sich Dentalmetalle vermittels Bogenschmelzens bei einem Druck eines Inertgases, wie einem Argongas, der so klein ist, gießen, daß die Lichtbögen sich gleichförmig über die gesamten Oberflächen der Dentalmetallbrammen verteilen und sie gleichmäßig und vollständig schmelzen. Die Schmelzfehler aufgrund lokaler Bogenentladung oder Nachteile, wie es die Reaktion der Dentalmetalle mit den Tiegeln sind, werden eliminiert, während spezielle Mitteln zum Bewegen der Elektroden etc. nicht notwendig sind. Es ist unwahrscheinlich, daß Dentalmetalle eine Oxydation erleiden, da deren Gießverfahren vom Gießen bis zum Härten in einer inerten Gasatmosphäre ablaufen. Schnelles und ungestörtes Gießen schmelzflüssigen Dentalmetalls in Formen wird erreicht, selbst wenn Gase veranlaßt werden, aus dem Bereich innerhalb der Form in die geschlossene Entlüftung zu gehen, während die Metalle in die Formen strömen. Der Grund hierfür ist, daß der in der Form herrschende Druck, selbst zu diesem Zeitpunkt niedrig gehalten wird. Da das schmelzflüssige Dentalmetall gemäß der Auslegung in die Formen bei niedrigem Forminnendruck strömt, werden die Gase so aus dem Bereich innerhalb der Formen in geschlossene Entlüftungen gedrückt, daß sie im schmelzflüssigen Dentalmetall nicht mitgerissen werden können. Wenn eine zusätzliche Menge an Inertgas in die Gießkammer über einen in deren Nachbarschaft angeordneten Gasbehälter geliefert wird, dann wird es möglich, die Gasgeschwindigkeit, bzw. den Gasdurchsatz zu steigern, was zu fehler- oder lunkerfreien Gußstücken führt. So lassen sich gutgeglättete Gußstücke unter Verwendung von Präzisionsgußmaterial bzw. "Investment material" in Form eines von Phosphatmaterials mit einer begrenzten Luftpermeabilität verwenden.

Zusammenmgefaßt, das Verfahren gemäß der Erfindung bietet erhebliche Vorteile in der Erzeugung von Dentalmetallprodukten, die in einfacher und wiederholbarer Weise zwangsweise durch Niederdruckschmelzen und -gießen erhalten werden können, ohne daß Gießfehler oder Gießlunker in Kauf zu nehmen wären. Dies bedeutet einen beachtlichen Beitrag auf dem zahntechnischen Gebiet.

Claims (2)

1. Verfahren zum Vergießen von Dentallmetallen mit einer Gießvorrichtung mit einer hermetisch abgedichteten Gießkammer, in welcher eine Bogenelektrode oben angeordnet ist, darunter ein Tiegel aus einem elektrisch leitfähigen Material unterhalb diese Elektrode positioniert ist und eine Form mit einer geschlossenen Entlüftung unterhalb dieses Tiegels vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dentalmetallbramme auf diesen Tiegel gesetzt wird, diese Gießkammer gegen Vakuum evakuiert wird, eine geringe Menge eines Inertgases unter einem solchen Druck zugeführt wird, daß die Bogenentladung über die gesamte Oberfläche dieser Bramme hervorgerufen wird, derart, daß diese auf den Tiegel gebrachte Bramme durch Bogenentladung aus einer Bogenelektrode geschmolzen wird und das so erhaltene schmelzflüssige Metall in eine Form durch deren Einlaß vergossen wird und unmittelbar eine zusätzliche Menge des Inertgases in diese Gießkammer eingeführt wird, um ihren Innendruck auf ein zum Gießen geeignetes Niveau zu erhöhen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese zusätzliche Menge Inertgas schnell in diese Gießkammer durch einen Gastank bzw. Gasbehälter zugeführt wird, der benachbart der Gießkammer angeordnet ist, um den Innendruck auf ein Niveau zu erhöhen, das geeignet für das Gießen ist, unmittelbar nach dem das so erhaltene schmelzflüssige Dentalmetall in diese Form durch diesen Einlaß geströmt ist.