DE602004009510T2 - Durchscheinende radiopake Glaskeramiken - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft transluzente radio-opake Glaskeramiken mit hoher chemischer Beständigkeit und mit einstellbarer/m Transluzenz, Glanz und Wärmeausdehnungskoeffizienten.
  • Im Dentalbereich werden Glaskeramiken allgemein für restaurative Dentalprothesen verwendet, z. B. zur Herstellung von Inlays, Onlays, Kronen, Brücken und Veneers. DE 44 23 793 offenbart Phosphosilikat-Glaskeramiken mit verbesserten optischen Eigenschaften, einstellbarer Transluzenz und optischem Glanz. Diese Materialien enthalten Leucit als eine Hauptkristallphase und haben den Vorteil, dass ihre optischen Eigenschaften denen von natürlichen Zähnen gut entsprechen. Während phosphatfreie Leucitglaskeramiken üblicherweise Pigmente enthalten, um ihr Aussehen dem des natürlichen Zahns anzupassen, erfordern die Phosphosilikat-Glaskeramiken gemäß DE 44 23 793 nicht den Zusatz solcher Komponenten. Darüber hinaus übersteigt der Farbglanz und der Farbeindruck aus der Tiefe des Materials den von anderen Leucitmaterialien bei weitem.
  • Die Phosphosilikat-Glaskeramiken der DE 44 23 793 enthalten Calciumphosphat, der CaO-Gehalt beträgt 2,5 bis 11,5 Gew.-%. In Kombination mit P2O5 und F verursacht der CaO-Gehalt die Bildung von nadelförmigem Calciumapatit, Ca5(PO4)3F, zusammen mit Leucit, KAlSi2O6. Ein Nachteil dieser Materialien ist, dass sie nur geringe oder keine Radio-Opazität zeigen.
  • Radio-Opazität von Biomaterialien ist in der klinischen Anwendung wichtig, da sie die Bestimmung der Präparationsgrenze eines Metall-freien Veneers oder einer Krone gegenüber den natürlichen Zähnen durch Röntgenuntersuchung ermöglicht. Die Bestimmung der Präparationsgrenze ist in der klinischen Nachbehandlung und zur Bestimmung von ungewünschter Sekundärkaries wichtig und ist daher ein integraler Teil in dem Bestreben, die natürliche Zahnsubstanz des Patienten zu erhalten.
  • Aus US 5 952 235 ist bekannt, dass Apatitkristallphasen mit sehr kleinen Dimensionen und Mengen in Gläsern gebildet werden können, sodass die Produkte wie Gläser aussehen und transparent sind. Diese Gläser können in optischen Systemen verwendet werden. Allerdings sind diese Materialien nicht für dentale Anwendungen brauchbar, da sie Opazität und Transluzenz vermissen lassen.
  • WO 91/12212 beschreibt eine Apatitglaskeramik, die relativ hohe Mengen an CaO und Al2O3 und eine relativ kleine Menge an SiO2 enthält. Diese Materialien zeigen einen hohen Grad an Weißheit, was sie als Glasionomerzemente brauchbar erscheinen lässt. Allerdings haben sie, wenn diese Materialien als dentalrestaurative Materialien verwendet werden, den Nachteil, dass sie sehr opak sind und dass ihre Transluzenz nicht einstellbar ist.
  • US 5 236 495 offenbart Phosphat-Glaskeramiken nicht-silikatischer Materialien. Diese reinen Phosphatmaterialien sind in Bezug auf ihre chemische Beständigkeit unbefriedigend und sind daher als dentalrestaurative Materialien nicht geeignet.
  • Die Materialien des Standes der Technik zeigen eine Reihe von Nachteilen und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu eliminieren, d. h. Dentalmaterialien zur Verfügung zu stellen, die radio-opak sind, hohe chemische Beständigkeit und einstellbare/n Transluzenz, Glanz und Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
  • Diese Aufgabe ist überraschend durch eine Glaskeramik gelöst worden, die
    Komponente Gew.-%
    SiO2 46,0–58,0
    P2O5 2,0–6,0
    Me2O3 10,0–22,0
    Me2O 14,5–30,0
    MeO 4,0–13,0
    F 0,3–3,0
    enthält, wobei Me2O3 ausgewählt ist aus
    Komponente Gew.-%
    Al2O3 8,0–16,0
    Y2O3 0,1–9,0
    B2O3 0–9,0,
    Me2O ausgewählt ist aus
    Komponente Gew.-%
    Li2O 0–3,0
    Na2O 0–9,0
    K2O 3,0–14,0
    Rb2O 0–12,5
    Cs2O 0–18,0,
    MeO ausgewählt ist aus
    Komponente Gew.-%
    MgO 0–9,0
    CaO 0–2,5
    SrO 0–13,0
    mit der Maßgabe, dass mindestens eines von SrO oder MgO ≥ 3,1 Gew.-% ist, wenn CaO 0,1 bis 2,5 Gew.-% beträgt, und die Apatit als Hauptkristallphase aufweist.
  • Es ist bevorzugt, dass die Hauptkristallphase eine feste Apatitlösung ist, insbesondere ein Ca-Apatit, wobei das Ca vollständig oder teilweise durch Sr und/oder Mg ersetzt ist. Es ist ferner bevorzugt, dass die Hauptkristallphase Sr-Apatit ist.
  • In den erfindungsgemäßen Glaskeramiken sind Me2O3, Me2O und MeO jeweils ausgewählt aus den oben spezifizierten Verbindungen. Zum Beispiel kann MeO eine einzelne Komponente, wie 13 Gew.-% SrO, oder eine Mischung von Verbindungen, wie 9 Gew.-% MgO und 4 Gew.-% SrO, sein.
  • Für die Bestandteile existieren die folgenden bevorzugten Bereiche die unabhängig voneinander ausgewählt werden können:
    Komponente Gew.-%
    SiO2 46,5–58,0
    P2O5 2,2–6,0
    Me2O3 11,0–21,9
    Me2O 14,6–29,0
    MeO 5,0–13,0
    F 0,4–3,0,
    für Me2O3:
    Komponente Gew.-%
    Al2O3 9,4–16,0
    Y2O3 0,2–9,0
    B2O3 0,1–8,8,
    für Me2O:
    Komponente Gew.-%
    LiO2 0–1,0
    Na2O 0–8,7
    K2O 3,2–13,0
    Rb2O 0–12,4
    Cs2O 0–17,8,
    für MeO:
    Komponente Gew.-%
    MgO 0–8,5
    CaO 0–2,4
    SrO 3,6–13,0.
  • Für die Komponenten existieren die folgenden bevorzugteren Werte, die ebenfalls unabhängig voneinander ausgewählt werden können:
    Komponente Gew.-%
    SiO2 47,0–57,8
    P2O5 2,4–6,0
    Me2O3 11,5–21,8
    Me2O 14,7–28,5
    MeO 6,0–13,0
    F 0,5–3,0,
    für Me2O3:
    Komponente Gew.-%
    Al2O3 11,0–15,9
    Y2O3 0,1–9,0
    B2O3 0,3–8,6,
    für Me2O:
    Komponente Gew.-%
    Li2O 0–0,5
    Na2O 0,1–8,4
    K2O 3,4–12,0
    Rb2O 0–12,0
    Cs2O 0–17,6,
    für MeO:
    Komponente Gew.-%
    MgO 1,0–8,0
    CaO 1,0–2,4
    SrO 4,0–11,0.
  • Die wie oben beschriebene radio-opake Glaskeramik kann zusätzlich ZrO2, TiO2, CeO2 enthalten. Bevorzugte Bereiche für diese Verbindungen, die unabhängig voneinander gewählt werden können, sind wie folgt:
    Komponente Gew.-%
    ZrO2 0–1,0
    TiO2 0–0,4
    CeO2 0–1,0
  • Die erfindungsgemäße radio-opake Glaskeramik kann außerdem ein oder mehrere färbende oder fluoreszierende Metalloxide, ausgewählt aus den Oxiden der Gruppe von Metallen bestehend aus Zr, Ta, Yb, Nb, Tb, La, Er, Pr, Ce, Ti, V, F, Mn und Mischungen davon enthalten. Die Gesamtmenge dieser Komponenten beträgt bevorzugt weniger als 7 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 5 Gew.-%.
  • In der erfindungsgemäßen Glaskeramik ist Apatit die Hauptkristallphase. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Ausdruck "Apatit" für alle Kristallzusammensetzungen verwendet, die in der Apatitkristallstruktur kristallisieren. Gemäß einer Ausführungsform kann die Apatitphase eine reine Calciumapatitphase der Formel Ca5(PO4)3F sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Apatitphase eine Phase der Formel Ca5(PO4)3F, wobei das Ca vollständig oder teilweise durch Sr und/oder Mg ersetzt ist. Noch bevorzugter sind Apatitphasen, in denen bis zu 50% der Calciumionen durch Sr2+ und/oder Mg2+ ersetzt sind. Im Folgenden werden Apatitphasen, in denen Ca-Ionen durch Sr- und/oder Mg-Ionen ersetzt sind, als Apatitfestlösungen, Apatitfestlösungsphasen oder einfach als feste Lösungen bezeichnet. Bevorzugte Apatitfestlösungsphasen sind Sr7,3Ca2,7(PO4)6F2, wie Strontiumfluorapatit, insbesondere Sr5(PO4)3F.
  • Der Begriff feste Lösungen bezieht sich im Allgemeinen auf Mischkristalle, d. h. Kristallphasen, bei denen Ionen des Kristallgitters teilweise oder vollständig durch andere Ionen ersetzt worden sind.
  • Es ist außerdem bevorzugt, dass die Kristalle der Hauptkristallphase nadelförmig sind. Kristalline Apatitphasen, die die Form von Nadeln mit einer durchschnittlichen Länge von 0,1 bis weniger als 10 μm haben, sind besonders bevorzugt.
  • Zusätzlich zu der Hauptkristallphase enthalten die erfindungsgemäßen Glaskeramiken vorzugsweise ein oder mehrere, insbesondere 1 bis 3, weitere kristalline Phasen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform hat die erfindungsgemäße radio-opake Glaskeramik eine weitere kristalline Phase KAlSi2O6, RbAlSi2O6 und/oder CsAlSi2O6. Eine Charakterisierung/Definition von KAlSi2O6 (Leucit) kann in JCPDS 38-1423, von RbAlSi2O6 (Rb-Leucit) in JCPDS 85-1627 und von CsAlSi2O6 (Pollucit) in JCPDS 88-0056 gefunden werden. Solche zusätzlichen kristallinen Phasen sind vorzugsweise von tetragonaler oder kubischer Modifikation. Wie bereits erwähnt können auch Rb-Leucit und Pollucit als feste Lösungen bezeichnet werden.
  • Die erfindungsgemäßen Glaskeramiken zeigen eine Opazität, die stark der Opazität des normalen Zahnes ähnelt. Bevorzugt haben die Keramiken eine Opazität von etwa 0,3 bis 0,7 (gemäß BS 512-1978), da sie Dentalrestaurationen ein natürliches Erscheinungsbild und sehr gute ästhetische Eigenschaften verleiht.
  • Zusätzlich haben die erfindungsgemäßen Glaskeramiken eine hohe Radio-Opazität. Die Radio-Opazität von Dentalmaterialien wird üblicherweise als Prozentsatz der Radio-Opazität einer Aluminiumplatte mit einer Dicke von 1 mm angegeben. Die erfindungsgemäßen Glaskeramiken haben vorzugsweise eine Radio-Opazität von mindestens 100% Al, d. h. eine Glaskeramikplatte mit einer Dicke von 1 mm zeigt mindestens dieselbe Radio-Opazität wie eine 1 mm Aluminiumplatte. Besonders bevorzugt hat die erfindungsgemäße radio-opake Glaskeramik eine Radio-Opazität von mehr als 200% bevorzugter von mehr als 250% und am bevorzugtesten von mehr als 300% der Radio-Opazität einer 1 mm Al-Platte (200% Al, 250% Al, 300% Al). Durch Einbau von Kationen mit großen Innenradien, d. h. einem kovalenten Radius von ungefähr etwa 1,6 Å und relativ hohen Atommassen, d. h. Atommassen von mindestens 85, ist es möglich, die Radio-Opazität zu steigern.
  • Eine wie oben beschriebene radio-opake Glaskeramik, in der mindestens einer der Kristalle der Hauptphase und mindestens einer der Kristalle der Sekundärphase eine zweite Phase bildet, ist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 1 ist eine SEM-Aufnahme einer erfindungsgemäßen Glaskeramik, die Sr-Apatit als die Hauptkristallphase und Leucit als weitere kristalline Phase enthält (Beispiel 1).
  • 2 zeigt das Röntgenbeugungsmuster der Glaskeramik von 1.
  • 3 ist eine SEM-Aufnahme einer erfindungsgemäßen Glaskeramik, die Sr-Apatit als die Hauptkristallphase und RbAlSi2O6 als weitere kristalline Phase enthält (Beispiel 8).
  • 4 zeigt das Röntgenbeugungsmuster der Glaskeramik von 3.
  • 5 ist eine SEM-Aufnahme einer erfindungsgemäßen Glaskeramik, die Sr-Apatit als die Hauptkristallphase und Pollucit als weitere kristalline Phase enthält (Beispiel 19).
  • 6 zeigt das Röntgenbeugungsmuster der Glaskeramik von 5.
  • 7 ist eine SEM-Aufnahme einer erfindungsgemäßen Glaskeramik, die Sr-Ca-Mischapatit als die Hauptkristallphase und Leucit als weitere kristalline Phase enthält (Beispiel 20).
  • 8 zeigt das Röntgenbeugungsmuster der Glaskeramik von 7.
  • In den 1, 3, 5 und 7 bildet die Hauptapatitphase Nadeln. Die sekundären Kristallphasen sind als Ätzmuster bestimmbar.
  • Der Leucitgehalt der erfindungsgemäßen Glaskeramiken kann durch Variation der chemischen Zusammensetzung der Ausgangsgläser eingestellt werden, z. B. durch Variation des Gehalts an K2O und/oder Al2O3. Durch Variation des Leucitgehalts ist es möglich, den Wärmeausdehnungskoeffizienten auf die gewünschte Anwendung der Glaskeramik hin maßzuschneidern. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der radio-opaken Glaskeramiken kann auch durch die Anwesenheit von RbAlSi2O6 und/oder Pollucit als einer weiteren kristallinen Phase gesteigert werden.
  • Der Wärmeausdehnungskoeffizient der erfindungsgemäßen radio-opaken Glaskeramiken kann auf einen breiten Bereich an Substraten eingestellt werden. Daher sind die Glaskeramiken als Verblendungsmaterialien für viele verschiedene Substrate geeignet, einschließlich anderer Keramiken, wie ZrO2 und seiner Komposite, Al2O3 und seiner Komposite, glaskeramischen Materialien, wie Lithiumsilikat, Metalllegierungen, die auf Ag-Au, Au, Au-Pt, Ag-Pd, Pd, Co-Cr, sowie Titan und seiner Legierungen basieren.
  • Die erfindungsgemäßen Glaskeramiken sind insbesondere zur Beschichtung oder Verblendung von Dentallegierungen mit hohen Gehalten an Gold geeignet, die Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von 12 bis 16 × 10–6 K–1 haben.
  • Die erfindungsgemäßen Glaskeramiken sind auch insbesondere zur Beschichtung oder Verblendung von Materialien geeignet, die Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von etwa 6 bis 10 × 10–6 K–1 haben, wie Al2O3- oder ZrO2-Keramiken oder Titan und seinen Legierungen.
  • In der Mundhöhle sind Dentalmaterialien permanent z. B. sauren Flüssigkeiten ausgesetzt. Die chemische Beständigkeit des Materials ist daher ein weiterer wesentlicher Aspekt. Es ist von größter Wichtigkeit, dass Keramiken, die für Dentalzwecke verwendet werden, nicht ihren Glanz und ihre Rauheit während der Verwendung verlieren, weil sie ansonsten zum Auftreten von Plaquebildung einladen würden. Die erfindungsgemäßen radio-opaken Glaskeramiken sind durch hohe chemische Stabilität gekennzeichnet. Die Keramiken haben vorzugsweise einen Löslichkeitswert von weniger als 70,0 μg/cm2, gemessen gemäß ISO 6872; 1995, und bevorzugter von weniger als 50,0 μg/cm2. Es ist überraschend gefunden worden, dass die chemische Beständigkeit durch die Anwesenheit von Y2O3 gesteigert werden kann, und daher sind Y2O3 enthaltende Keramiken besonders bevorzugt.
  • Die erfindungsgemäßen radio-opaken Glaskeramiken haben vorzugsweise die Form eines Pulvers, eines Rohlings oder eines Blocks. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine wie oben definierte radio-opake Glaskeramik, die die Form einer dentalen Restauration hat, und es ist am bevorzugtesten, dass die dentale Restauration ein Inlay, ein Onlay, eine Brücke, ein Stiftaufbau, eine Verblendung, ein Veneer, eine Facette, eine Krone, eine Teilkrone, ein Gerüst oder eine Kappe ist.
  • Die erfindungsgemäßen Glaskeramiken sind auch zur Herstellung von anderen Gläsern oder Glaskeramiken geeignet. Gläser oder Glaskeramiken, die eine erfindungsgemäße radio-opake Glaskeramik enthalten, bilden einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung. Die erfindungsgemäße radio-opake Glaskeramik kann mit einer weiten Bandbreite von anderen Gläsern und/oder Glaskeramiken kombiniert werden. Solche Mischungen werden auch als anorganisch-anorganische Komposite bezeichnet.
  • Gläser und Glaskeramiken, die vorzugsweise mit den erfindungsgemäßen Glaskeramiken kombiniert werden können, sind in DE 43 14 817 , DE 44 23 793 , DE 44 23 794 , DE 44 28 839 , DE 196 47 739 , DE 197 25 552 und DE 100 31 431 offenbart. Diese Gläser und Glaskeramiken sind von Silikat- oder Borat- oder Phosphat- oder Aluminiumoxid-Silikat-Systemen abgeleitet.
  • Bevorzugte Gläser und Glaskeramiken können aus den Systemen SiO2-Al2O3-K2O (mit kubischen oder tetragonalen Leucitkristallen), SiO2-B2O3-Na2O, Alkali-Silikat, Alkali-Zink-Silikat, Silicophosphat und/oder SiO2-ZrO2 abgeleitet werden.
  • Besonders bevorzugte Gläser und Glaskeramiken zur Kombination mit den erfindungsgemäßen Glaskeramiken sind wie folgt definiert: Bei niedriger Temperatur sinterndes Kalium-Zink-Silikatglas ( DE 100 31 431 ):
    Komponente Menge (in Gew.-%)
    SiO2 60,0–72,0
    Li2O 1,0–5,0
    K2O 10,0–23,0
    ZnO 8,5–20,0
    Bei niedriger Temperatur sinternde Apatit-Glaskeramik ( DE 100 31 430 ):
    Komponente Menge (in Gew.-%)
    SiO2 56,0–65,0
    Li2O 1,8–5,3
    K2O 9,0–17,5
    ZnO 9,0–16,0
    CaO 3,5–10,5
    P2O5 2,0–6,0
    F 0,5–1,0
    Transluzente Apatit-Glaskeramik ( DE 197 25 555 / DE 197 25 553 ):
    Komponente Menge (in Gew.-%)
    SiO2 45,0–70,0
    Al2O3 5,0–22,0
    K2O 3,0–8,5
    Na2O 4,0–13,0
    CaO 1,5–11,0
    P2O5 0,5–6,5
    F 0,1–2,5
    Alkalisilikatglas ( DE 197 25 552 ):
    Komponente Menge (in Gew.-%)
    SiO2 55,0–71,0
    Al2O3 5,0–16,0
    B2O3 0,2–10,0
    K2O 4,5–10,0
    Na2O 3,0–14,0
    Sinterbare Lithiumdisilikat-Glaskeramik ( DE 196 47 739 ):
    Komponente Menge (in Gew.-%)
    SiO2 57,0–80,0
    Al2O3 3,0–5,0
    La2O3 0,1–6,0
    Li2O 11,0–19,0
    Alkali-Zink-Silikat-Glaskeramiken und -Gläser ( DE 44 28 839 ):
    Komponente Menge (in Gew.-%)
    SiO2 52,0–63,5
    MeIII 2O3 8,5–13,0
    Na2O 1,5–20,0
    ZnO 2,0–8,0
    MeIIO 2,5–6,5
    TiO2 + ZrO2 0,5–6,0
    ZrO2-SiO2-Glaskeramik ( DE 44 23 794 ):
    Komponente Menge (in Gew.-%)
    SiO2 42,5–58,5
    Li2O 7,0–14,5
    P2O5 4,0–13,5
    ZrO2 15,0–28,0
    Leucit-enthaltende Phosphosilikat-Glaskeramik ( DE 44 23 793 ):
    Komponente Menge (in Gew.-%)
    SiO2 49,0–57,5
    Al2O3 11,4–21,0
    P2O5 0,5–5,5
    CaO 2,5–11,5
    K2O 9,0–22,5
    Na2O 1,0–9,5
    ZrO2 0,8–8,5
    F 0,25–2,5
    Opaleszierendes Glas ( DE 43 14 817 ):
    Komponente Menge (in Gew.-%)
    SiO2 48,0–66,0
    MeIII 2O3 5,0–20,0
    MeI 2O 6,0–22,0
    MeIIO 3,5–16,0
    MeIVO2 0,5–10,0
    P2O5 0,5–5,0
  • Bevorzugt werden 20 bis 80 Gew.-% von einer oder mehreren erfindungsgemäßen radio-opaken Glaskeramiken mit 80 bis 20 Gew.-% von einer oder mehreren der oben definierten Gläser oder Glas keramiken gemischt. Durch Mischen dieser Gläser mit der erfindungsgemäßen radio-opaken Glaskeramik kann der Wärmeausdehnungskoeffizient im Bereich von 6 bis 20 × 10–6 K–1 eingestellt werden. Gläser und Glaskeramiken, die durch Mischung einer oder mehrerer erfindungsgemäßer radio-opaker Glaskeramiken mit einem oder mehreren Gläsern oder Glaskeramiken erhalten werden, sind in der vorliegenden Erfindung ebenfalls eingeschlossen. Die Zusammensetzung dieser gemischten Gläser und Glaskeramiken kann aus der Zusammensetzung der zur Herstellung der Mischung verwendeten Gläser und/oder Glaskeramiken und ihren Prozentsätzen errechnet werden. Diese gemischten Gläser und Glaskeramiken sind durch die Anwesenheit der Apatitkristallphase der erfindungsgemäßen radio-opaken Glaskeramiken gekennzeichnet. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind Gläser und Glaskeramiken bevorzugt, die frei von BaO sind.
  • Die Entwicklung der erfindungsgemäßen radio-opaken Glaskeramik basiert auf dem Wissen der grundsätzlichen Prinzipien der kontrollierten Kristallisation, um Glaskeramiken zu ergeben. Der Startpunkt ist die kontrollierte Keimbildung durch Phasentrennung, die auf Glas-in-Glas-Phosphatphasentrennung basiert.
  • Es ist überraschend gefunden worden, dass das erfindungsgemäße Verfahren in einer solchen Weise verläuft, dass die bevorzugten Ionen, wie Sr2+-Ionen in CaO-freien Zusammensetzungen oder in Zusammensetzungen mit geringen Mengen an CaO, in der Tropfenphase angereichert werden. Bisher war das Phänomen der Apatitbildung in Glaskeramiken nur für Gläser bekannt, die einen CaO-Gehalt von mindestens 2,5 Gew.-% haben.
  • Zusätzlich dazu ist überraschenderweise gefunden worden, dass Sr2+-Ionen alleine oder in Kombination mit kleinen Mengen an Ca2+ zur Bildung von Apatitkeimen in der Tropfenphase führen, der Phase, die von der Glasphase abgetrennt ist. Dies wird häufig als Phasentrennungsphänomen bezeichnet. Die thermische Behand lung, wie unten beschrieben, führt zu einer gesteuerten Kristallisation der phasengetrennten Gläser, und Apatit oder Apatitfestlösung werden erhalten, die in nadelförmiger Form wachsen. Die Bildung solcher Apatite wurde durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM) verifiziert. Die Verifikation der exakten kristallographischen Zuordnung wurde durch XRD erreicht. Die Mikrostruktur ist exemplarisch in den 1, 3, 5 und 7 gezeigt, die 2, 4, 6 und 8 zeigen XRD-Muster der in den 1, 3, 5 und 7 gezeigten Glaskeramiken.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der wie oben beschriebenen radio-opaken Glaskeramiken, bei dem
    • (a) eine Schmelze eines Ausgangsglases, das die Komponenten der Glaskeramik enthält, vorzugsweise bei Temperaturen von 1200 bis 1650°C, besonders bevorzugt zwischen 1500 und 1550°C hergestellt wird,
    • (b) die Schmelze des Ausgangsglases in Wasser gegossen wird, um Glaskörner zu ergeben,
    • (c) gegebenenfalls diese Glaskörner gemahlen werden, um ein Glaspulver zu ergeben, das eine mittlere Teilchengröße von 1 bis 500 μm, bevorzugt weniger als 150 μm hat und
    • (d) die Glaskörner aus Stufe (b) oder das Glaspulver aus Stufe (c) einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 700 bis 1200°C, bevorzugt bei einer Temperatur von 800 bis 1100°C für einen Zeitraum von 30 Minuten bis 6 Stunden, bevorzugt 30 Minuten bis 3 Stunden unterzogen wird, um die erfindungsgemäße radio-opake Glaskeramik zu ergeben.
  • In Stufe (a) werden die Bestandteile, die zur Bildung der Glaskeramik benötigt werden, wie z. B. Carbonate, Oxide, Fluoride und Phosphate, homogen gemischt. Dann wird die Mischung auf eine Temperatur in dem oben angegebenen Bereich erwärmt, um eine Schmelze des Ausgangsglases zu bilden.
  • Anschließend wird in Stufe (b) die Glasschmelze aus Stufe (a) in Wasser gegossen. Durch diese sogenannte Frittstufe werden Glaskörner gebildet. Kleine Glaskörner werden erhalten, indem die geschmolzene Mischung in Wasser gegossen wird. Glaskörner mit einer Größe im Bereich von 0,1 μm bis < 500 μm, insbesondere 0,1 μm bis < 150 μm sind bevorzugt.
  • In Stufe (c) werden die Glaskörner gegebenenfalls gemahlen. Üblicherweise werden sie unter Verwendung von Standardmühlen auf die gewünschte Teilchengröße zerkleinert. Das so erhaltene Glaspulver hat vorzugsweise eine Teilchengröße (Zahlenmittel) von 1 bis 500 μm, bevorzugt weniger 200 μm und am bevorzugtesten weniger als 100 μm.
  • In Stufe (d), die der Stufe (b) oder (c) folgt, werden die Glaskörner oder das Glaspulver einer thermischen Behandlung in einer oder mehreren Stufen bei Temperaturen von 700 bis 1200°C, bevorzugt 800 bis 1100°C für einen Zeitraum von 30 Minuten bis 6 Stunden, bevorzugt 30 Minuten bis 3 Stunden unterzogen. Die Temperatur sollte höher als 800°C sein, um die Bildung von Apatitkristallen zu beschleunigen. Das Verfahren des Kristallwachstums erfolgt während der Stufe (d).
  • Durch SEM- und XRD-Messungen ist es möglich, die Apatit und Apatitfestlösungen als die Hauptkristallphase zu beobachten. Die Größe der Kristalle kann durch verschiedene Wärmebehandlungen eingestellt werden, d. h. eine, zwei oder mehr Stufen der Wärmebehandlung bei verschiedenen Temperaturen und verschiedenen Zeiträumen. Zusätzlich zu dem überraschenden Auffinden von Apatit und Apatitfestlösungen wurde auch gefunden, dass durch Variation der chemischen Zusammensetzung innerhalb der oben definierten Bereiche und die Verwendung von verschiedenen Kristallisationsmechanismen eine zweite kristalline Phase, d. h. tetragonales Leucit, Rb-Leucit oder Cs-Leucit ausgefällt werden kann.
  • Durch Einbau von kleinen Mengen an Ca2+ in Kombination mit Sr2+ wurden Apatitfestlösungen gebildet. Auch wenn Proben verwendet wurden, die Magnesium enthielten, wurden Apatitnadeln gebildet, wenn kleine Mengen an Ca2+ vorlagen. Durch Verwendung des Mechanismus der gesteuerten zweifachen Kristallisation (dies meint, dass sowohl Apatit als auch eine zweite Kristallphase, wie Leucit, kristallisiert) wurde eine zweite kristalline Phase gebildet. Dies ist Folge einer Volumenkristallisation des Apatits in Kombination mit einer Oberflächenkristallisation der zweiten Phase. Dadurch werden neue Kombinationen an Eigenschaften von Biomaterialien erhalten, die in größerer Ausführlichkeit im experimentellen Teil beschrieben sind.
  • Die Verwendung von wie oben beschriebenen radio-opaken Glaskeramiken als eine Komponente eines Glases oder einer Glaskeramik führt zur Bildung von verschiedenen Mikrostrukturen. Solche Festlösungszusammensetzungen sind ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung. Die Hauptaufgabe ist, anorganisch-anorganische Komposite mit der erfindungsgemäßen radio-opaken Glaskeramik zu entwickeln. Die Variation des Anteils der radio-opaken Glaskeramik innerhalb des Komposits erlaubt es, Eigenschaften wie den Wärmeausdehnungskoeffizienten und optische Eigenschaften, z. B. die Transluzenz, einzustellen.
  • Die erfindungsgemäße transluzente und radio-opake Glaskeramik ist insbesondere als ein Pulver brauchbar, das aus Stufe (d) des oben beschriebenen Herstellungsverfahrens resultiert. Diese Pulver können als solche oder als Beimischung zu anderen Gläsern oder Glaskeramikpulvern zur Beschichtung verschiedener Substrate wie zuvor beschrieben verwendet werden. Diese Technik ist gekennzeichnet durch die Aufbringung einer Pulveraufschlämmung oder eines feuchten Pulvermaterials auf ein Substrat gefolgt durch eine Sinterungsstufe, um das Beschichtungsmaterial auf dem Substrat zu fixieren.
  • Die erfindungsgemäßen radio-opaken Glaskeramikpulver können als ein Füllstoff in organisch-anorganischen Kompositmaterialien zusammen mit organischen polymerisierbaren Monomeren und einem Initiatorsystem für die Polymerisation verwendet werden. Das erfindungsgemäße Glaskeramikpulver kann als alleiniges Füllmittel oder in Kombination mit anderen Füllmittelbestandteilen verwendet werden: Wenn es als Füllmittel für organisch-anorganische Komposite verwendet wird, haben die erfindungsgemäßen Glaskeramikpulver eine Teilchengröße von 0,1 μm bis weniger als 250 μm, bevorzugter 0,1 μm bis weniger als 10 μm. Das Glaskeramikpulver wird bevorzugt zusammen mit anderen Füllmitteltypen, wie rheologischem Modifizierern, verwendet.
  • Das erfindungsgemäße Glaskeramikpulver ist auch brauchbar, allein oder als Beimischung zu den oben spezifizierten anderen Gläsern oder Glaskeramikpulvern, um einen Rohling zu pressen, der gesintert wird, um die kristalline Struktur zu bilden. Diese Rohlinge haben typischerweise einen runden oder rechteckigen Querschnitt mit verschiedener Länge oder Höhen. Diese Rohlinge können weiter zu geformten Produkten verarbeitet werden. Die Gesamtdimensionen eines solchen Rohlings sind bevorzugt an die Herstellung von Dentalrestaurationen angepasst.
  • Die Bildung von kristallinen Strukturen wird vorzugsweise durch ein Zweistufenverfahren erreicht. In der ersten Stufe findet die Oberflächenkristallisation statt, die von der Volumenkristallisation gefolgt wird. Allerdings ist es auch möglich, dieses Verfahren nach der ersten Stufe zu beenden, so dass nur Oberflächenkristallisation abläuft. Dieses Stufe einer unvollständigen Kristallisation führt zu niedrigerer mechanischer Festigkeit und daher zu Rohlingen, die leichter in folgenden Bearbeitungsverfahren weiterverarbeitet werden können.
  • Alternativ können Rohlinge hergestellt werden, indem die Glasschmelze aus Stufe (a) des obigen Verfahrens in eine Form gegossen wird. Die Form wird dann bei Temperaturen von etwa 800 bis 1100°C gehalten, um Kristallisation zu erreichen. Durch Steuerung der Zeit und der Temperatur ist es möglich, die Bildung von verschiedenen Kristallphasen auszulösen. Rohlinge können auch hergestellt werden, indem die Körner von Stufe (b) oder das Pulver von Stufe (c) in Kombination mit der nachfolgenden Wärmebehandlungsstufe (d) verdichtet werden.
  • Die Verwendung eines wie oben beschrieben hergestellten Rohlings bei Pressverfahren ist in EP 915 625 B1 beschrieben.
  • Die Verwendung eines wie oben beschriebenen Blocks in CAD/CAM-Verfahren ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die vorliegende Erfindung ist auch auf radio-opake Glaskeramikprodukte gerichtet, die durch das oben beschriebene Verfahren erhalten werden können, und insbesondere auf radio-opake Glaskeramikprodukte, die in der Form einer dentalen Restauration vorliegen. Bevorzugte dentale Restaurationen, die aus den erfindungsgemäßen radio-opaken Glaskeramiken hergestellt werden können, sind Inlays, Onlays, Kronen, Brücken, Teilkronen, Veneers, Kappen, Stiftaufbauten, Verblendungen, Gerüste oder Facetten.
  • Die Erfindung wird in größerer Ausführlichkeit auf der Basis der folgenden Beispiele erläutert.
  • Beispiele
  • Beispiele 1 bis 30: Radio-opake Glaskeramik
  • Insgesamt 30 verschiedene erfindungsgemäße radio-opake Glaskeramiken wurden wie oben beschrieben hergestellt.
  • Die Zusammensetzung der 30 Proben ist in Tabelle I angegeben, zusammen mit den Hauptkristallphasen, die via XRD (Röntgenbeugung) bestimmt wurden. Sr5(PO4)3F ist Strontiumapatitphase (JCPDS 50-1744) und Sr7,3Ca2,7(PO4)6F2 ist Sr-Ca-gemischte Apatitphase (JCPDS 78-1715).
  • Proben der verschiedenen Materialien wurden nach der Wärmebehandlung und dem Kühlen auf Raumtemperatur mit einem Bruker-AXS-Defraktometer D 5005, das mit einer Cu-Anode arbeitet, untersucht. Der Wärmeausdehnungskoeffizient wurde mit dem Bähr-Dilatometer bestimmt. Tabelle I Zusammensetzungen und Hauptkristallphasen von Glaskeramiken
    Komponente 1 2 3 4 5 6 7 8
    Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-%
    SiO2 52,3 51,9 51,4 50,8 49,2 49,1 47,7 48,6
    P2O5 3,8 3,8 3,8 3,7 3,6 3,6 3,5 3,6
    B2O3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 3,0 0,3 0,3
    Al2O3 13,6 13,5 13,3 13,2 12,8 12,7 12,4 12,8
    Y2O3 0,1 1,0 1,9 3,1 6,1 6,1 9,0 0,5
    ZrO2 0,9 0,9 0,9 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8
    TiO2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
    CeO2 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7
    Li2O 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
    Na2O 8,1 8,0 7,9 7,8 7,6 5,0 7,4 7,6
    K2O 10,3 10,2 10,1 10,0 9,7 9,6 9,4 3,4
    Rb2O - - - - - - - 12,4
    Cs2O - - - - - - - -
    MgO - - - - - - - -
    CaO - - - - - - - -
    SrO 8,8 8,7 8,6 8,5 8,3 8,3 8,0 8,3
    F 0,7 0,7 0,7 0,7 0,6 0,6 0,6 0,6
    Hauptkristallphasen Sr-Apatit-Leucit Sr-Apatit-Leucit Sr-Apatit-Leucit Sr-Apatit-Leucit Sr-Apatit-Leucit Sr-Apatit-Leucit Sr-Apatit-Leucit Sr-Apatit-RbAlSi2O2
    Tabelle I (Fortsetzung) Zusammensetzungen und Hauptkristallphasen von Glaskeramiken
    Komponente 9 10 11 12 13 14 15 16
    Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-%
    SiO2 51,8 51,8 51,7 51,8 51,8 51,4 53,6 50,5
    P2O5 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 4,5 3,7
    B2O3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
    Al2O3 13,6 13,6 13,5 13,6 13,6 13,6 12,9 14,0
    Y2O3 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
    ZrO2 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,8 0,8
    TiO2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
    CeO2 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7
    Li2O 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
    Na2O 8,1 8,1 8,1 8,1 8,1 8,1 7,6 7,8
    K2O 10,2 10,1 10,0 10,2 10,1 10,0 9,7 12,0
    Rb2O - - - 0,2 0,4 0,6 - -
    Cs2O 0,2 0,4 0,6 - - - - -
    MgO - - - - - - - -
    CaO - - - - - - - -
    SrO 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,3 8,6
    F 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,6 0,7
    Hauptkristallphasen Sr-Apatit-Leucit Sr-Apatit-Leucit Sr-Apatit-Leucit Sr-Apatit-Leucit Sr-Apatit-Leucit Sr-Apatit-Leucit Sr-Apatit-Leucit Sr-Apatit-Leucit
    Tabelle I (Fortsetzung) Zusammensetzungen und Hauptkristallphasen von Glaskeramiken
    Komponente 17 18 19 20 21 22 23 24
    Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-%
    SiO2 52,7 49,5 45,7 53,0 49,5 48,3 53,2 57,3
    P2O5 2,5 3,7 3,4 3,9 3,9 3,8 3,9 3,4
    B2O3 0,3 0,3 0,3 0,3 8,4 8,2 - 0,3
    Al2O3 13,8 13,0 12,0 13,9 11,1 11,6 13,9 11,3
    Y2O3 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
    ZrO2 0,9 0,8 0,8 0,9 - - - 0,8
    TiO2 0,2 0,2 0,2 0,2 - - - 0,2
    CeO2 0,7 0,7 0,7 0,8 - - - 0,7
    Li2O 0,2 0,2 0,2 0,2 - - - 0,2
    Na2O 8,2 7,7 7,1 8,3 7,5 6,9 8,3 7,8
    K2O 10,4 9,8 3,2 10,5 11,4 11,2 10,5 9,1
    Rb2O - - - - - - - -
    Cs2O - - 17,6 - - - - -
    MgO - - - - - - - -
    CaO - - - 2,4 2,4 - - -
    SrO 8,9 13,0 7,8 4,5 4,6 8,8 9,0 7,8
    F 0,7 0,6 0,6 0,7 0,7 0,7 0,7 0,6
    Hauptkristallphasen Sr-Apatit-Leucit Sr-Apatit-Leucit Sr-Apatit-Pollucit SrCa-Apatit-Leucit Sr7,3-Ca2,7-Apatit Sr-Apatit Sr-Apatit-Leucit Sr-Apatit NaSrPO4
    Tabelle I (Fortsetzung) Zusammensetzungen und Hauptkristallphasen von Glaskeramiken
    Komponente 25 26 27 28 29 30
    Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-%
    SiO2 49,6 50,2 49,0 52,0 50,7 48,8
    P2O5 6,0 3,7 3,6 3,8 3,9 4,0
    B2O3 0,3 0,3 7,9 0,3 0,3 0,3
    Al2O3 12,9 15,9 12,8 13,6 13,3 12,9
    Y2O3 0,5 0,5 0,5 4,0 4,0 4,1
    ZrO2 0,8 0,9 - 0,9 0,9 0,9
    TiO2 0,2 0,2 - 0,2 0,2 0,2
    CeO2 0,7 0,7 - 0,8 0,8 0,8
    Li2O 0,2 0,2 - 0,2 0,2 0,2
    Na2O 7,7 3,4 7,6 8,0 7,9 7,5
    K2O 9,7 14,3 9,7 10,2 10,0 9,5
    Rb2O - - - - - -
    Cs2O - - - - - -
    MgO - - - 3,1 5,0 8,0
    CaO - - - 2,2 2,1 2,1
    SrO 8,4 8,6 8,3 - - -
    F 3,0 0,7 0,6 0,7 0,7 0,7
    Hauptkristallphasen Sr-Apatit Sr-Apatit-Leucit Sr-Apatit Apatit-Leucit Apatit-Leucit Apatit-Leucit
  • Beispiel 31: Radioaktivität der radio-opaken Glaskeramiken
  • Die Radioaktivität der Zusammensetzung von Beispiel 1 und einem Pulver aus SrCO3 als Referenzmaterial wurden wie folgt bestimmt:
    30 bis 40 g Pulver der Proben wurden unter Verwendung eines (gamma) Spektrometers gemessen, das gegen Hintergrundstrahlung abgeschirmt war. Die Detektoren wurden unter Verwendung eines Standardsands kalibriert, der dieselbe Geometrie wie die Proben hatte und mit 152Eu dotiert war. Durch Verwendung eines solchen Standardsands kann die (gamma) Selbstabsorption innerhalb der Probe berücksichtigt werden.
  • Einige Zerfallsprodukte der 238U- und 232-Th-Zerfallsreihen können durch (gamma) Spektroskopie bestimmt werden. Die Aktivitäten von 238U und 232Th wurden unter Annahme radioaktiven Gleichgewichts berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle II angegeben. Die Berechnung der Nachweisgrenze wurde gemäß DIN 25482 durchgeführt.
  • Wie aus den Daten der Tabelle II entnommen werden kann, ist die Verwendung von SrCO3 als Rohmaterial für die Herstellung der Glaskeramik in Bezug auf Radioaktivität nicht zu beanstanden. Dies gilt auch für die hergestellte Glaskeramik. Die Bestimmung und Berechnung der Radioaktivität von Rohmaterial und Glaskeramik gemäß DIN 25482 zeigte, dass die erhaltenen Werte unterhalb des Niveaus der Hintergrundstrahlung liegt, die aus der Erdkruste stammt und etwa 0,03 Bq·g–1 für 238U bzw. 232Th beträgt. Gemäß ISO 6872 beträgt die Grenze für Unbrauchbarkeit für 238U-Aktivität 1,0 Bq·g–1. Tabelle II: Radioaktivität der Glaskeramik gemäß Beispiel 1
    Komponente Glaskeramik 1 Rohmaterial
    Gew.-%
    SiO2 52,3 -
    P2O5 3,8 -
    B2O3 0,3 -
    Al2O3 13,6 -
    Y2O3 0,1 -
    ZrO2 0,9 -
    TiO2 0,2 -
    CeO2 0,7 -
    Li2O 0,2 -
    Na2O 8,1 -
    K2O 10,3 -
    Rb2O - -
    Cs2O - -
    MgO - -
    CaO - -
    SrO 8,8 100% SrCO3
    F 0,7 -
    Hauptkristallphasen Sr-Apatit-Leucit -
    238U/Bq·g–1 < 0,03 0,036 ± 0,008
    232Th/Bq·g–1 < 0,03 < 0,03
    Tg/°C 518 561
    Hauptkristallphasen Sr-Apatit-Leucit Sr-Apatit-Leucit
  • Beispiele 32 bis 39: Wärmeausdehnungskoeffizient von radio-opaken Glaskeramiken
  • Um den Wärmeausdehnungskoeffizienten (alpha) zu messen, wurde ein Grünkörper mit der Form eines Stabes aus einem Pulver der entsprechenden Probe hergestellt. Zusammensetzungen gemäß der Beispiele 1 (32), 4 (33), 6 (34), 8 (35), 16 (36), 21 (37), 22 (38) und 26 (39) wurden verwendet. Die Grünkörper wurden in einem Vakuumofen, Furnace® P100 (Ivoclar Vivadent AG), unter Verwendung einer Heizrate von 60°C/min und einer Haltezeit von 1 min bei der Brenntemperatur wie in Tabelle III angegeben für die Herstellung von Testproben gehalten. Anschließend wurde ein Glanzbrand ohne Vakuum durchgeführt, mit einer Haltezeit von 1 min bei einer Endtemperatur, die 20°C über der der vorhergehenden Stufe lag. Der Wärmeausdehnungskoeffizient wurde an dem so erhaltenen Testteil unter Verwendung eines Bähr-Dilatometers im Temperaturbereich von 100 bis 500°C gemessen. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten von 8 Proben sind in Tabelle III angegeben.
  • Beispiele 40 bis 47: Optische Eigenschaften der radio-opaken Glaskeramiken
  • Die optischen Eigenschaften von Glaskeramiken wurde gemäß Britischem Standard BS 5612; 1978, Abschnitt 8.11 durch Verwendung eines Minolta-CR 300 Apparates bestimmt. Die bestimmten Werte haben Kontrastwerte zwischen 0 und 1 im Vergleich zu einer schwarzen und einer weißen Referenzprobe. Der Wert 0 repräsentiert 100% Transmission und 1 repräsentiert 100% Absorption. Die optischen Eigenschaften von 8 Proben sind in Tabelle III gegeben. Wie aus den Daten in Tabelle III entnommen werden kann, können die erfindungsgemäßen Glaskeramiken als opazifierendes Material in dentalen Anwendungen verwendet werden, da sie opak sind.
  • Beispiele 48 bis 55: Glasübergangstemperatur von radio-opaken Glaskeramiken
  • Die Glasübergangstemperatur wurde unter Verwendung eines Bähr-Dilatometers oder eines Differentialscanningkalorimeters (DSC) von Netsch gemessen. Die Ergebnisse für die 8 Proben sind in Tabelle III angegeben.
  • Beispiele 56 bis 59: Chemische Beständigkeit von radio-opaken Glaskeramiken
  • Um die chemische Beständigkeit zu bestimmen – die im Bereich von Dentalprodukten hauptsächlich Stabilität gegen Säure ist – wurden Probenkörper von vier verschiedenen radio-opaken Glaskeramiken, die die Zusammensetzungen gemäß der Beispiele 1 (56), 2 (57), 3 (58) und 4 (59) und einen Durchmesser von 12 mm und eine Dicke von 1 mm hatten, hergestellt. Diese Herstellung wurde erreicht, indem ein Glaskeramikpulver mit einer Teilchengröße von weniger als 90 um in einem Programat® P100 gesintert wurde. Das Pulver wurde 1 min lang bei der Sintertemperatur gehalten. Die Testteile wurden dann 1 min lang bei der Temperatur gehalten, die in Tabelle III als die Brand/Sintertemperatur angegeben ist. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde die chemische Beständigkeit der so erhaltenen Testproben gemäß ISO 6872: 1995 bestimmt, d. h. als Verlust von Masse nach 16 Stunden in 4%iger Essigsäure bei 80°C, und die erhaltenen Daten sind in Tabelle IV angegeben.
  • Wie aus den Daten der Tabelle IV entnommen werden kann, ist die chemische Beständigkeit der erfindungsgemäßen radio-opaken Glaskeramiken gut, d. h. sie ist bei weitem besser als der Grenzwert für Dentalmaterialien, der gemäß ISO 6872: 1995 100 μg·cm–2 beträgt. Die Daten zeigen außerdem, dass die chemische Beständigkeit durch Einbau von Y2O3 (siehe Tabelle IV) verbessert werden kann. Eine hohe Menge an Y2O3 korrespondiert mit einer hohen chemischen Beständigkeit. Tabelle III Physikalische Eigenschaften von Glaskeramiken
    Komponente 48 49 50 51 52 53 54 55
    Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-%
    SiO2 51,9 50,8 49,1 48,6 50,5 49,5 48,3 50,2
    P2O5 3,8 3,7 3,6 3,6 3,7 3,9 3,8 3,7
    B2O3 0,3 0,3 3,0 0,3 0,3 8,4 8,2 0,3
    Al2O3 13,6 13,2 12,7 12,8 14,0 11,1 11,6 15,9
    Y2O3 0,5 3,1 6,1 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
    ZrO2 0,9 0,8 0,8 0,8 0,8 - - 0,9
    TiO2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 - - 0,2
    CeO2 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 - - 0,7
    Li2O 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 - - 0,2
    Na2O 8,1 7,8 5,0 7,8 7,8 7,5 6,9 3,4
    K2O 10,3 10,0 9,6 8,4 12,0 11,4 11,2 14,3
    Rb2O - - - - - - - -
    Cs2O - - - - - - - -
    MgO - - - - - - - -
    CaO - - - - - 2,5 - -
    SrO 8,8 8,5 8,3 8,3 8,6 4,8 8,8 8,6
    F 0,7 0,7 0,6 0,6 0,7 0,7 0,7 0,7
    Schmelzbedingungen 1550°C/2 h 1550°C/2 h 1550°C/2 h 1550°C/2 h 1550°C/2 h 1550°C/2 h 1550°C/2 h 1550°C/2 h
    Optische Eigenschaft nach Quenchen Opaleszierend Opaleszierend Opaleszierend Opaleszierend Opaleszierend Opaleszierend Opaleszierend Opaleszierend
    Wärmebehandlung 800°C/1h und 1050°C/0,5 h 800°C/1 h und 1050°C/0,5 h 800°C/1 h und 1050°C/0,5 h 800°C/1 h und 1050°C/0,5 h 800°C/1 h und 1050°C/0,5 h 800°C/1 h und 1050°C/0,5 h 800°C/1 h und 1050°C/0,5 h 800°C/1 h und 1050°C/0,5 h
    Optische Eigenschaft nach Tempern Transluzent Transluzent, leicht gelblich Transluzent, leicht gelblich Transluzent Transluzent Transluzent Transluzent Transluzent
    Brandtemp./°C 920 980 990 1040 1080 860 860 > 1200
    C. T. E.* 100–500/ 10–6 K–1 13,5 14,2 12,6 13,5 15,9 10,1 9,8 19,7
    Tg/°C 518 561 601 512 507 568 575 594
    Hauptkristallphasen Sr-Apatit-Leucit Sr-Apatit-Leucit Sr-Apatit-Leucit Sr-Apatit-Rb-Leucit Sr-Apatit-Leucit Sr-Ca-Apatit Sr-Apatit Sr-Apatit-Leucit
    • * Wärmeausdehnungskoeffizient
    Tabelle IV Chemische Beständigkeit von Glaskeramiken
    Komponente 56 57 58 59
    Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-%
    SiO2 52,3 51,9 51,4 50,8
    P2O5 3,8 3,8 3,8 3,7
    B2O3 0,3 0,3 0,3 0,3
    Al2O3 13,6 13,5 13,3 13,2
    Y2O3 0,1 1,0 1,9 3,1
    ZrO2 0,9 0,9 0,9 0,8,
    TiO2 0,2 0,2 0,2 0,2
    CeO2 0,7 0,7 0,7 0,7
    Li2O 0,2 0,2 0,2 0,2
    Na2O 8,1 8,0 7,9 7,8
    K2O 10,3 10,2 10,1 10,0
    Rb2O - - - -
    Cs2O - - - -
    MgO - - - -
    CaO - - - -
    SrO 8,8 8,7 8,6 8,5
    F 0,7 0,7 0,7 0,7
    Chemische Beständigkeit/μg·cm–2 67,0 57,8 37,1 24,1
  • Beispiele 60 bis 64: Radio-Opazität von radio-opaken Glaskeramiken
  • Die Radio-Opazität der erfindungsgemäßen radio-opaken Glaskeramiken wurde für 5 Proben mit Zusammensetzungen gemäß denen der Beispiele 5 (60), 7 (61), 8 (62), 16 (63) und 17 (64) bestimmt. Die Messung der Radio-Opazität wurde wie folgt vorgenommen:
    Gemäß dem Verfahren zur Bestimmung der Radio-Opazität von dentalen Kompositmaterialien (ISO 4049) wurden Glaskeramikproben von 1 mm Dicke gemessen (Einrichtung: Oralix DC von Gentix) und mit Prepress RP 115 von Shamrock evaluiert,
    Die Referenz für einen Wert der Radio-Opazität ist eine Aluminiumstandardspindel (Al 99,5%) von 1 bis 5 mm Dicke,
    Die Ergebnisse sind in Tabelle V zusammengefasst, Tabelle V Radio-Opazität von Glaskeramiken
    Komponente 60 61 62 63 64
    Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-%
    SiO2 49,2 47,7 48,6 50,5 52,7
    P2O5 3,6 3,5 3,6 3,7 2,5
    B2O3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
    Al2O3 12,8 12,4 12,8 14,0 13,8
    Y2O3 6,1 9,0 0,5 0,5 0,5
    ZrO2 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8
    TiO2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
    CeO2 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7
    Li2O 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
    Na2O 7,6 7,4 7,6 7,8 8,2
    K2O 9,7 9,4 3,4 12,0 10,4
    Rb2O - - 12,4 - -
    Cs2O - - - - -
    MgO - - - - -
    CaO - - - - -
    SrO 8,3 8,0 8,3 8,6 8,9
    F 0,6 0,6 0,6 0,7 0,7
    Radio-Opazität (% Al) 250 394 377 255 252
  • Den Daten in Tabelle IV kann entnommen werden, dass die erfindungsgemäßen radio-opaken Glaskeramiken Werte für die Radio- Opazität aufweisen, die weit oberhalb 100% Al liegen.
  • Beispiele 65 bis 74: Anorganisch-anorganische Komposite, die radio-opake Glaskeramiken enthalten
  • Die Beispiele 65 bis 74 veranschaulichen anorganisch-anorganische Komposite mit einer radio-opaken Glaskeramik gemäß Beispiel 4 und mit verschiedenen Mengen an Alkali-Silikatglas, dessen Zusammensetzung in Tabelle VI angegeben ist. Beispiel 4 wurde mit verschiedenen Mengen eines Alkali-Silikat-Glases (Beispiele 65 bis 69) und Beispiel 22 mit verschiedenen Mengen eines Bor-Silikat-Glases (Beispiele 70 bis 74) gemischt. Sie wurden in einem sogenannten Turbula-Mischer für etwa 10 bis 60 Minuten, bevorzugt 30 Minuten, gemischt und bei Temperaturen gesintert, die in Tabelle VI gegeben sind, um eine anorganisch-anorganische Komposit-Glaskeramik zu bilden.
  • Die Glasübergangstemperatur wurde gemäß dem Verfahren, das für die Beispiele 48 bis 55 beschrieben ist, gemessen, die chemische Beständigkeit gemäß dem Verfahren, das für die Beispiele 56 bis 59 und die optischen Eigenschaften beschrieben ist. Die optischen Eigenschaften der Transluzenz (Werte zwischen 0 und 1) wurden gemäß BS 5612; 1978 bestimmt.
  • Die Definitionen der charakteristischen Farbwerte (L, a, b) sind in BS 5612; 1978 gegeben.
  • Durch Herstellung der anorganisch-anorganischen Komposite, die die radio-opake Glaskeramik enthalten, ist, wie aus den Daten, die in Tabelle VI gezeigt sind, erkennbar ist, eine andere Möglichkeit zur Einstellung der Transluzenz sowie des Wärmeausdehnungskoeffizienten der resultierenden Produkte etabliert worden. Tabelle VI Anorganisch-anorganische Kompositmaterialien
    Komponente 65 (100% Bsp. 4) 66 (75% Bsp. 4: 25% Alkalisilikatglas) 67 (50% Bsp. 4: 50% Alkalisilikatglas) 68 (25% Bsp. 4: 75% Alkalisilikatglas) 69 100% Alkalisilikat-glas
    Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-%
    SiO2 50,8 52,2 53,6 55,0 56,4
    P2O5 3,7 2,8 1,9 0,9 -
    B2O3 0,3 2,2 4,1 6,0 7,83
    Al2O3 13,2 13,1 12,9 12,8 12,7
    Y2O3 3,1 2,4 1,6 0,8 -
    ZrO2 0,8 0,9 1,0 1,0 1,1
    TiO2 0,2 0,2 0,1 0,1 -
    CeO2 0,7 0,7 0,6 0,6 0,5
    Li2O 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
    Na2O 7,8 7,6 7,4 7,2 7,0
    K2O 10,0 10,1 10,3 10,4 10,6
    Rb2O - - - - -
    Cs2O - - - - -
    CaO - 0,3 0,5 0,8 1,1
    SrO 8,5 6,4 4,3 2,1 -
    ZnO - 0,5 1,0 1,5 2,0
    F 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7
    TEC100–500°C/10–5, K–1 14,2 12,7 11,6 10,3 8,6
    Tg/°C 561 550 535 534 542
    Brenntemp./°C 980 980 940 870 850
    Chemische Beständigtkeit, /μg/cm2 24,1 29,4 32,1 37,9 33,1
    Optische Eigenschaften
    L 90,75 90,51 89,01 85,25 75,12
    a –1,47 –1,57 –1,77 –2,07 –0,33
    b 3,90 2,34 1,23 –0,18 3,62
    CR/% 88,51 88,14 74,31 57,32 8,52
    Tabelle VI (Fortsetzung) Anorganisch-anorganische Kompositmaterialien
    Komponente 70 (100% Bsp. 22) 71 (60% Bsp. 22: 40% Borsilikatglas) 72 (40% Bsp. 22: 60% Borsilikatglas) 73 (20% Bsp. 22: 80% Borsilikatglas) 74 (100% Borsilikatglas)
    Oxid Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-%
    SiO2 48,3 59,5 65,1 70,7 76,3
    P2O5 3,8 2,3 1,5 0,8 -
    B2O3 8,2 8,9 9,2 9,6 9,9
    Al2O3 11,6 9,1 7,9 6,6 5,4
    Y2O3 0,5 0,3 0,2 0,1 -
    ZrO2 - - - - -
    TiO2 - - - - -
    CeO2 - - - - -
    Li2O - - - - -
    Na2O 6,9 6,8 6,8 6,7 6,7
    K2O 11,2 6,8 4,6 2,4 0,2
    Rb2O - - - - -
    Cs2O - - - - -
    CaO - 0,6 0,9 1,2 1,5
    SrO 8,8 5,3 3,5 1,8 -
    ZnO - - - - -
    F 0,7 0,4 0,3 0,1 -
    C. T. E.100–500°C/10–6 K–1 9,81 7,66 6,76 6,09 nicht gemessen
    Tg/°C 575 577 582 580 nicht gemessen
    Brenntemperatur/°C 860 880 870 890 nicht gemessen
    Chemische Beständigkeit/μg·cm–2 132,4 79,2 56,4 37,8 nicht gemessen
    Optische Eigenschaften
    L nicht gemessen 89,49 87,56 85,63 nicht gemessen
    a nicht gemessen –0,28 –0,51 –1,16 nicht gemessen
    b nicht gemessen 1,73 1,73 0,94 nicht gemessen
    CR/% nicht gemessen 87,07 80,93 60,11 nicht gemessen

Claims (39)

  1. Transluzente und radioopake Glaskeramik, die Komponente Gew.-% SiO2 46,0–58,0 P2O5 2,0–6,0 Me2O 10,0–22,0 Me2O 14,5–30,0 MeO 4,0–13,0 F 0,3–3,0
    enthält, wobei Me2O3 ausgewählt ist aus: Komponente Gew.-% Al2O3 8,0–16,0 Y2O3 0,1–9,0 B2O3 0–9,0
    Me2O ausgewählt ist aus: Komponente Gew.-% Li2O 0–3,0 Na2O 0–9,0 K2O 3,0–14,0 Rb2O 0–12,5 Cs2O 0–18,0
    MeO ausgewählt ist aus: Komponente Gew.-% MgO 0–9,0 CaO 0–2,5 SrO 0–13,0
    mit der Maßgabe, dass mindestens eines von SrO oder MgO ≥ 3,1 Gew.-% ist, wenn CaO 0,1 bis 2,5 Gew.-% ist, und die Apatit als Hauptkristallphase aufweist.
  2. Glaskeramik nach Anspruch 1, bei der die Hauptkristallphase eine feste Apatitlösung ist.
  3. Glaskeramik nach Anspruch 2, bei der die feste Apatitlösung Ca-Apatit ist, wobei das Ca vollständig oder teilweise durch Sr und/oder Mg ersetzt ist.
  4. Glaskeramik nach Anspruch 1, bei der die Hauptkristallphase Sr-Apatit ist.
  5. Glaskeramik nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die die Komponenten unabhängig voneinander in den folgenden Mengen enthält: Komponente Gew.-% SiO2 46,5–58,0 P2O5 2,2–6,0 Me2O3 11,0–21,9 Me2O 14,6–29,0 MeO 5,0–13,0 F 0,4–3,0
    Al2O3 9,4–16,0 Y2O3 0,2–9,0 B2O3 0,1–8,8
    Li2O 0–1,0 Na2O 0–8,7 K2O 3,2–13,0 Rb2O 0–12,4 Cs2O 0–17,8
    MgO 0–8,5 CaO 0–2,4 SrO 3,6–13,0
  6. Glaskeramik nach Anspruch 5, die die Komponenten unabhängig voneinander in den folgenden Mengen enthält: Komponente Gew.-% SiO2 47,0–57,8 P2O5 2,4–6,0 Me2O3 11,5–21,8 Me2O 14,7–28,5 MeO 6,0–13,0 F 0,5–3,0
    Al2O3 11,0–15,9 Y2O3 0,3–9,0 B2O3 0,3–8,6
    Li2O 0–0,5 Na2O 0,1–8,4 K2O 3,4–12,0 Rb2O 0–12,0 Cs2O 0–17,6
    MgO 1,0–8,0 CaO 1,0–2,4 SrO 4,0–11,0
  7. Glaskeramik nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die ferner ein oder mehrere farbgebende oder fluoreszierende Metalloxide ausgewählt aus Oxiden der Gruppe von Metallen bestehend aus Zr, Ta, Yb, Nb, Tb, La, Er, Pr, Ce, Ti, V, Fe und Mn enthält.
  8. Glaskeramik nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die ferner eine oder mehrere der folgenden Komponenten enthält: Komponente Gew.-% ZrO2 0–1,0 TiO2 0–0,4 CeO2 0–1,0
  9. Glaskeramik nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Hauptkristallphase Sr7,3Ca2,7(PO4)6F2 oder Sr5(PO4)3F ist.
  10. Glaskeramik nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die eine oder mehrere zusätzliche Kristallphasen enthält.
  11. Glaskeramik nach Anspruch 10, die als weitere Kristallphase KAlSi2O6, RbAlSi2O6 oder CsAlSi2O6 aufweist.
  12. Glaskeramik nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der die Kristalle der Hauptkristallphasen nadelartig geformt sind.
  13. Glaskeramik nach Anspruch 12, bei der die Nadeln eine Länge von weniger als 10 μm haben.
  14. Glaskeramik nach einem der Ansprüche 1 bis 13 mit einer Radioopazität von mindestens 100% Al.
  15. Glaskeramik nach Anspruch 14 mit einer Radioopazität von mehr als 200% Al.
  16. Glaskeramik nach Anspruch 15 mit einer Radioopazität von mehr als 250% Al.
  17. Glaskeramik nach einem der Ansprüche 10 bis 16, bei der die zusätzlichen Kristalle eine nadelartige oder plättchenartige Form haben.
  18. Glaskeramik nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei der mindestens eine der einen oder mehreren Kristallphasen oder mindestens eine der einen oder mehreren zusätzlichen Kristallphasen eine feste Lösung sind.
  19. Glaskeramik nach einem der Ansprüche 1 bis 18, die einen chemischen Haltbarkeitswert von weniger als 100,0 μg/cm2 hat.
  20. Glaskeramik nach einem der Ansprüche 19, die einen chemischen Haltbarkeitswert von weniger als 70,0 μg/cm2 hat.
  21. Glaskeramik nach einem der Ansprüche 1 bis 20, die ein Pulver ist oder die Form eines Rohlings oder eines Blocks hat.
  22. Verfahren zur Herstellung einer transluzenten und radio-opaken Glaskeramik nach einem der Ansprüche 1 bis 21, bei dem: (a) eine Schmelze eines Ausgangsglases, das die Komponenten der Glaskeramik gemäß Anspruch 1 enthält, bei Temperaturen von 1200 bis 1650°C, vorzugsweise zwischen 1500 und 1550°C hergestellt wird, (b) die Schmelze des Ausgangsglases in Wasser gegossen wird, um Glaskörner zu erhalten, (c) gegebenenfalls die Glaskörner gemahlen werden, um ein Glaspulver zu erhalten, das vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße von 1 bis 500 μm, vorzugsweise weniger als 150 μm hat, und (d) die Glaskörner der Stufe (b) oder das Glaspulver der Stufe (c) einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 800 bis 1100°C für einen Zeitraum von 30 Minuten bis 6 Stunden, vorzugsweise 30 Minuten bis 3 Stunden, unterworfen werden, um die transluzente und radioopake Glaskeramik zu bilden.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das Ausgangsglas ferner farbgebende oder fluoreszierende Komponenten enthält.
  24. Verfahren zur Herstellung einer transluzenten und radio-opaken Glaskeramik in Form eines Rohlings, bei dem: (a') eine Schmelze eines Ausgangsglases, das die Komponenten der Glaskeramik gemäß Anspruch 1 enthält, bei Temperaturen von 1200 bis 1650°C, vorzugsweise zwischen 1500 und 1550°C hergestellt wird, (b') die Schmelze des Ausgangsglases in eine Form gegossen wird, um einen Ausgangsglasrohling zu bilden, (c') gegebenenfalls der Glasrohling auf Raumtemperatur abgekühlt wird, (d') der Rohling der Stufe (b') oder Stufe (c') für einen Zeitraum von 30 Minuten bis 6 Stunden, vorzugsweise 30 Minuten bis 3 Stunden, einer Wärmebehandlung mit einer Temperatur von 800 bis 1100°C unterworfen wird, um die transluzente und radioopake Glaskeramik zu bilden.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem direkt nach Stufe (b') eine Wärmebehandlung gemäß Stufe (d') folgt.
  26. Verfahren zur Herstellung eines dentalen Beschichtungsmaterials, bei dem man eine transluzente und radioopake Glaskeramik gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21 mit einem oder mehreren Gläsern oder Glaskeramiken ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gläsern und Glaskeramiken auf. SiO2-Al2O3-K2O-Basis (mit kubischen oder tetragonalen Leucitkristallen), Gläsern und Glaskeramiken auf SiO2-B2O3-Na2O-Basis, Gläsern und Glaskeramiken auf Alkalisilikatbasis, Gläsern und Glaskeramiken auf Alkali-Zink-Silikat-Silikophosphat- und/oder SiO2-ZrO2-Basis mischt.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem die optischen Eigenschaften und der Wärmeausdehnungskoeffizient einstellbar sind.
  28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, bei dem das Beschichtungsmaterial einen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich zwischen 6 und 20 × 10–6 K–1, gemessen im Temperaturbereich von 100 bis 500°C, hat.
  29. Verfahren zur Herstellung einer Dentalrestauration, bei dem (a) eine Glaskeramik gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21 oder ein Beschichtungsmaterial, das gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28 erhältlich ist, mit einer Flüssigkeit gemischt wird, (b) die Mischung von Stufe (a) auf ein Substrat aufgebracht wird und (c) die beschichtete Struktur von Stufe (b) gebrannt wird, um das Beschichtungsmaterial an dem Substrat zu fixieren.
  30. Verfahren nach Anspruch 29, bei dem das Substrat eine Substruktur ist, die aus Metall, Metalllegierung, Glas, Glaskeramik oder Keramik hergestellt ist.
  31. Verfahren nach den Ansprüchen 29 oder 30, bei dem die Dentalrestauration ein Inlay, ein Onlay, eine Brücke, ein Pfeiler, eine Facette, ein Veneer, eine Facettenfläche, eine Krone, eine Teilkrone, ein Gerüst oder eine Kappe ist.
  32. Glas oder Glaskeramik, welche(s) die radioopake Glaskeramik gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21 enthält.
  33. Verfahren zur Herstellung einer Dentalrestauration, bei dem (a) die transluzente und radioopake Glaskeramik nach einem der Ansprüche 1 bis 21 bereitgestellt wird, (b) die Glaskeramik zu einem Block oder einem Rohling geformt wird, (c) der Block oder Rohling zu einer Dentalrestauration geformt wird.
  34. Verfahren nach Anspruch 33, bei dem das Formen durch ein maschinelles Verfahren erreicht wird.
  35. Verfahren nach Anspruch 34, bei dem das maschinelle Verfahren ein computergesteuertes Verfahren ist.
  36. Verfahren nach Anspruch 35, bei dem dieses Verfahren ein CAD/CAM-Verfahren ist.
  37. Verfahren nach Anspruch 33, bei dem das Formen durch ein Pressverfahren erreicht wird.
  38. Verfahren nach Anspruch 37, bei dem ferner (d) eine Form für ein Dentalgerüst durch Aufwachstechnologie hergestellt wird, die auf einem Modell der Restauration basiert; (e) das aufgewachste Gerüst in einem Einbettungsmaterial eingebettet wird, (f) das Wachs aus dem Einbettungsmaterial herausgebrannt wird, (c') der Rohling erhitzt und in einen viskosen Zustand überführt wird und (c'') die viskose Glaskeramik in die Form gepresst wird, um das Dentalgerüst zu bilden.
  39. Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Dentalgerüsts, bei dem (a) ein Modell einer Dentalrestauration aus einem Gerüst mit einer aufgewachsten Beschichtung hergestellt wird, (b) das Modell in einem Einbettungsmaterial eingebettet wird, (c) das Wachs aus dem Modell herausgebrannt wird, (d) die transluzente und radioopake Glaskeramik gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21 bereitgestellt wird, (e) die Glaskeramik zu einem Block oder einem Rohling geformt wird, (f) der Rohling erhitzt und in einen viskosen Zustand überführt wird und (g) die viskose Glaskeramik in die Form gepresst wird, um das Gerüst zu beschichten.
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