DE4439793C2 - Verfahren zur Herstellung von Gußformstücken aus Gold-Titan-Legierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gußformstücken aus Gold-Titan-Legierungen mit 0,1 bis 4 Gew.-% Titan, insbesondere für Dental- und Schmuckteile, durch Aufschmelzen von Portionsstücken der Legierung an der Luft und anschließendes Vergie­ ßen.

Festsitzender und herausnehmbarer Zahnersatz wird normalerweise aus korrosionsbeständigen, biokompati­ blen Edelmetallegierungen hergestellt, wobei das ge­ gossene Objekt anschließend oft mit Dentalkeramik verblendet wird, um ein dem natürlichen Zahn entspre­ chendes Aussehen zu erzielen. Die Eignung von Legie­ rungen für diesen Zweck ist an eine Reihe von Eigen­ schaften geknüpft, die auf die Dentalkeramik abge­ stimmt sein müssen, wie thermischer Ausdehnungskoef­ fizient, Schmelzintervall und Haftung zwischen Kera­ mik und Legierung. Grundvoraussetzung ist auch eine gute Korrosionsbeständigkeit und eine ausreichende Festigkeit, um die Belastungen beim Kauvorgang zu ertragen. Nach ihrer mechanischen Belastbarkeit wer­ den Dentallegierungen in verschiedene Klassen von Typ 1 bis Typ 4 eingeteilt. Die höchste Festigkeit und damit die breiteste Indikation besitzen Typ-4-Legierun­ gen.

Hochgoldhaltige Edelmetallegierungen sind die tradi­ tionellen Legierungssysteme, die für diesen Zweck ein­ gesetzt werden. Sie haben sich seit vielen Jahren klinisch bewährt. In der Korrosionsbeständigkeit und Biokom­ patibilität sind diese Legierungen nach wie vor uner­ reicht. Die zahlreichen Anforderungen, die an diese Le­ gierungen gestellt werden, konnten bisher nur mit in aller Regel sehr kompliziert aufgebauten Legierungssy­ stemen erfüllt werden. Die hochgoldhaltigen Aufbrenn­ legierungen sind charakterisiert durch einen Goldgehalt ab ca. 70 Gew.-%. Zur Steigerung der Hochtemperatur­ stabilität während des Keramikbrandes ist in der Regel Palladium und Platin zulegiert. Zur Erhöhung der Härte und der mechanischen Festigkeit werden eine ganze Reihe verschiedener Nichtedelmetalle zugesetzt. Wei­ tere Elemente werden zulegiert, um die Feinabstim­ mung weiterer zahntechnisch relevanter Daten, wie thermischer Ausdehnungskoeffizient, Keramikhaftung, Oxidfarbe oder ausreichende Duktilität bei hoher Tem­ peratur zu gewährleisten. Gebräuchliche weitere Legie­ rungselemente sind zum Beispiel Silber, Kupfer, Indium, Zink, Zinn und Eisen. Bekannt ist, daß eine Reihe dieser Elemente auch wieder unerwünschte Eigenschaften ha­ ben kann, so daß versucht wird, diese zu vermeiden oder nur in geringer Menge einzusetzen. Beispielsweise kann Silber zu Grünverfärbung bei empfindlichen Keramiken führen und Kupfer kann speziell beim Auftreten von Spaltkorrosionseffekten zu Verfärbungen führen.

Im Zuge eines allgemein gestiegenen Gesundheitsbe­ wußtseins und einer generell zu beobachtenden höhe­ ren Anfälligkeit gegenüber Allergien und Unverträg­ lichkeiten bei den Menschen der modernen Industrie­ staaten ist auch die Biokompatibilität von Dental- und Schmucklegierungen verstärkt in die Diskussion gera­ ten. Bisherige Untersuchungen zeigen, daß Art und Menge der durch Korrosionsvorgange in Lösung ge­ henden Bestandteile einer Legierung für die Biokompa­ tibilität entscheidend sind. Anzustreben ist generell ein möglichst hoher Edelmetallanteil für gute Korrosions­ beständigkeit und eine möglichst geringe Anzahl der Legierungskomponenten, speziell der Nichtedelmetalle, um dadurch die Wahrscheinlichkeit einer allergischen Reaktion auf eine bestimmte Komponente so gering wie möglich zu halten. Selbstverständlich sollten nur Elemente Verwendung finden, die keinerlei toxische Wirkungen besitzen.

Aus Gründen der optimalen Biokompatibilität und der Ästhetik wäre es wünschenswert, Dental-Aufbrenn­ legierungen zur Verfügung zu haben, die lediglich aus Gold und einem weiteren unbedenklichen Element be­ stehen und die bezüglich der Farbe und der Korrosions­ beständigkeit sowie der Verarbeitbarkeit möglichst na­ he am reinen Gold liegen und gleichzeitig die mechani­ sche Festigkeit besitzen, die von einer Typ-4-Legierung gefordert werden.

Aus der EP-A-0 190 648 sind Gold-Titan-Legierun­ gen mit 0,1 bis 4 Gew.-% Titan bekannt, die als Werk­ stoff für Schmuckstücke oder Münzen eingesetzt wer­ den. Diese Legierungen sind härter und damit abriebfe­ ster als reines Gold. Außerdem zeigen sie eine brillante Goldfarbe.

Solche Gold-Titanlegierungen sind auch schon für Dentalteile vorgeschlagen worden (Dental Product Re­ port, November 1991).

Generell ist für Dentallegierungen sicherzustellen, daß zur Erzeugung individueller Gußstücke der Fein­ guß über das Wachsausschmelzverfahren problemlos funktioniert. Dies bedeutet, daß die Legierung durch das Aufschmelzen und Vergießen nicht gravierend in ihren Eigenschaften verändert werden darf und daß der Guß in eine konventionelle zahntechnische Einbettmasse möglich sein sollte. Außerdem sollten solche Güsse an Luft durchgeführt werden können.

Titan hat als Legierungsbestandteil im schmelzflüssi­ gen Zustand ein großes Reaktionsvermögen mit den Luftbestandteilen und den Tiegelmaterialien unter Aus­ bildung von beispielsweise Oxiden, Nitriden oder Carbi­ den. Dadurch bilden sich während des Aufschmelzens und Vergießens störende Schlackenschichten, die au­ ßerdem auch die Zusammensetzung der Legierung und damit deren Eigenschaften verändern.

In der EP-A-0 190 648 erfolgt das Schmelzen und Vergießen der Legierungsschmelze aus Gold und Titan daher im Vakuum oder unter Schutzgas in Form von Argon. Das Schmelzen erfolgt in einem Keramiktiegel, der Guß in eine Graphitform. Beide Materialien sind allerdings nur verwendbar unter Vakuum oder Argonatmosphäre, falls eine Schlackenbildung vermieden werden soll. An Luft erfolgt eine Schlackenbildung unter Abreicherung des Titangehaltes der Legierung und Unbrauchbarwerden des Keramiktiegels.

Auch in der Zeitschrift "Gold-Technology, Mai 1991, Seite 22 und Mai 1992, Seite 2, 3 und 7" wird das Schmelzen und Gießen von Gold-Titanlegierungen mit etwa 1 Gew.-% Titan in Tiegeln aus hochreinem Kohlenstoff bzw. Graphit beschrieben. Allerdings muß das Schmelzen unter hochreinem Argon durchgeführt und der Kontakt mit Luft vermieden werden.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Gußstücken aus Gold-Titan- Legierungen mit 0,1 bis 4 Gew.-% Titan, insbesondere für Dental- und Schmuckteile zu entwickeln, durch Aufschmelzen von Portionsstücken der Legierung an der Luft und anschließendes Vergießen, bei dem trotz Anwesenheit von Luft möglichst wenig Schlackenbildung und Abreicherung von Titan erfolgen sollte. Außerdem sollte der Schmelztiegel mehrfach verwendbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Schmelztiegel verwendet wird, bei dem die mit der Legierungsschmelze in Kontakt kommenden Flächen aus Kohlenstoff bestehen, zum Beschicken des Schmelztiegels Portionsstücke mit einem möglichst kleinem Verhältnis Oberfläche zu Volumen eingesetzt werden und die Zahl der Portionsstücke zum Erreichen der Schmelzmenge 1 bis 5 beträgt.

Normalerweise verwendet man zum Aufschmelzen der Gold- Titan-Legierung einen Graphittiegel. Dabei kann der Graphit einige Prozent eines anderen Materials enthalten.

Überraschenderweise führt das Schmelzen von Gold-Titan- Legierungen in Form von Portionsstücken mit 0,1 bis 4 Gew.-% Titan in Tiegeln aus Kohlenstoff auch an der Luft nicht zur Bildung von Titancarbid in störenden Mengen, wenn man Portionsstücke mit einem möglichst kleineren Verhältnis Oberfläche zu Volumen und in möglichst kleiner Anzahl einsetzt. Man erhält nach dem Abgießen einwandfreie Gußformstücke mit vorgegebenem Titangehalt der Goldlegierung. Der Schmelztiegel wird hierbei nicht merklich angegriffen und kann daher vielfach wiederverwendet werden.

Anzustreben ist ein möglichst kleines Verhältnis von Oberfläche zu Volumen der einzelnen Portionsstücke. Man setzt daher vorzugsweise Kugeln, Zylinderabschnitte oder Quader als Formstücke ein, wobei die Schmelzenmenge mit höchstens 5 Portionsstücken erreicht werden muß.

Die Gußformstücke aus Gold-Titan-Legierungen mit 0,1 bis 4 Gew.-% Titan lassen sich mit den handelsüblichen Dentalkeramiken sehr gut verblenden. Durch Variation des Titangehaltes lässt sich auch die Härte der Gußformstücke variieren.

Folgende Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern:

• 1. 80 g einer Gold-Titan-Legierung mit 1,7 Gew.-% Titan werden in Form von handelsüblichen Plättchen in einen Graphittiegel gegeben. Man benötigt hierzu etwa 50 Legierungsplättchen. Nach dem Aufschmelzen bei 1250°C an der Luft wird nach ca. 30 Sekunden in eine Graphitform abgegossen. Im Tiegel verblieb ein Schlackenrest von etwa 5 Gew.-%, der den Ausguß verstopfte. Der Tiegel war stark angegriffen und nicht wiederverwendbar war. Der erstarrte Formkörper besitzt eine Gußhärte von 163 HV. Nach einem simulierten Keramikbrand sinkt die Härte weiter auf 144 HV ab, was auf eine nichtreproduzierbare Titanabreicherung schließen lässt.
• 2. 80 g einer Gold-Titan-Legierung mit 1,7 Gew.-% Titan werden in Form von zwei Zylinderabschnitten von je ca. 4 cm Länge und je 40 g Gewicht in einen Graphit-Tiegel gegeben und analog Beispiel 1 aufgeschmolzen und abgegossen. Im Tiegel verblieb nur ein Schlackenrest von weniger als 1%, der sich leicht entfernen lässt. Der Graphittiegel ist dann wiederverwendbar. Der erstarrte Formkörper besitzt eine Gußhärte von 199 HV, enthält also den vorgegebenen Titangehalt. Nach einem simulierten Keramikbrand steigt die Härte auf 219 HV.

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung von Gußformstücken aus Gold- Titan-Legierungen mit 0,1 bis 4 Gew.-% Titan, insbesondere für Dental- und Schmuckteile, durch Aufschmelzen von Portionsstücken der Legierung an der Luft und anschließendes Vergießen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schmelztiegel verwendet wird, dessen mit der Legierungsschmelze in Kontakt kommende Flächen aus Kohlenstoff bestehen, daß zum Beschicken des Schmelztiegels Portionsstücke mit einem möglichst kleinen Verhältnis Oberfläche zu Volumen eingesetzt werden und daß die Zahl der Portionsstücke zum Erreichen der Schmelzenmenge 1 bis 5 beträgt.