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Die
Erfindung betrifft transluzente radio-opake Glaskeramiken mit hoher
chemischer Beständigkeit und
mit einstellbarer/m Transluzenz, Glanz und Wärmeausdehnungskoeffizienten.
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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.
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Die
Phosphosilikat-Glaskeramiken der
DE
44 23 793 enthalten Calciumphosphat, der CaO-Gehalt beträgt 2,5 bis
11,5 Gew.-%. In Kombination mit P
2O
5 und F verursacht der CaO-Gehalt die Bildung
von nadelförmigem
Calciumapatit, Ca
5(PO
4)
3F, zusammen mit Leucit, KAlSi
2O
6. Ein Nachteil dieser Materialien ist, dass sie
nur geringe oder keine Radio-Opazität zeigen.
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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.
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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.
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WO 91/12212 beschreibt
eine Apatitglaskeramik, die relativ hohe Mengen an CaO und Al
2O
3 und eine relativ
kleine Menge an SiO
2 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.
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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.
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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.
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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 Me
2O
3 ausgewählt ist
aus
Komponente | Gew.-% |
Al2O3 | 8,0–16,0 |
Y2O3 | 0,1–9,0 |
B2O3 | 0–9,0, |
Me
2O 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.
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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.
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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.
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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
Me
2O
3:
Komponente | Gew.-% |
Al2O3 | 9,4–16,0 |
Y2O3 | 0,2–9,0 |
B2O3 | 0,1–8,8, |
für
Me
2O:
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. |
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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
Me
2O
3:
Komponente | Gew.-% |
Al2O3 | 11,0–15,9 |
Y2O3 | 0,1–9,0 |
B2O3 | 0,3–8,6, |
für
Me
2O:
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. |
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Die
wie oben beschriebene radio-opake Glaskeramik kann zusätzlich ZrO
2, TiO
2, CeO
2 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 |
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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.-%.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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1 ist
eine SEM-Aufnahme einer erfindungsgemäßen Glaskeramik, die Sr-Apatit
als die Hauptkristallphase und Leucit als weitere kristalline Phase
enthält
(Beispiel 1).
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2 zeigt
das Röntgenbeugungsmuster
der Glaskeramik von 1.
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3 ist
eine SEM-Aufnahme einer erfindungsgemäßen Glaskeramik, die Sr-Apatit
als die Hauptkristallphase und RbAlSi2O6 als weitere kristalline Phase enthält (Beispiel
8).
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4 zeigt
das Röntgenbeugungsmuster
der Glaskeramik von 3.
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5 ist
eine SEM-Aufnahme einer erfindungsgemäßen Glaskeramik, die Sr-Apatit
als die Hauptkristallphase und Pollucit als weitere kristalline
Phase enthält
(Beispiel 19).
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6 zeigt
das Röntgenbeugungsmuster
der Glaskeramik von 5.
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7 ist
eine SEM-Aufnahme einer erfindungsgemäßen Glaskeramik, die Sr-Ca-Mischapatit
als die Hauptkristallphase und Leucit als weitere kristalline Phase
enthält
(Beispiel 20).
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8 zeigt
das Röntgenbeugungsmuster
der Glaskeramik von 7.
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In
den 1, 3, 5 und 7 bildet
die Hauptapatitphase Nadeln. Die sekundären Kristallphasen sind als Ätzmuster
bestimmbar.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 |
ZrO
2-SiO
2-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 |
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Verwendung eines wie oben beschrieben hergestellten Rohlings bei
Pressverfahren ist in
EP
915 625 B1 beschrieben.
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Die
Verwendung eines wie oben beschriebenen Blocks in CAD/CAM-Verfahren ist eine
weitere bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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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.
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Die
Erfindung wird in größerer Ausführlichkeit
auf der Basis der folgenden Beispiele erläutert.
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Beispiele
-
Beispiele 1 bis 30: Radio-opake Glaskeramik
-
Insgesamt
30 verschiedene erfindungsgemäße radio-opake
Glaskeramiken wurden wie oben beschrieben hergestellt.
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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).
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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 SrCO
3 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 Y
2O
3 (siehe
Tabelle IV) verbessert werden kann. Eine hohe Menge an Y
2O
3 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 |