DE69521416T2 - Glasmaterial, ersatzmaterial für lebendes gewebe und zahnverstärkendes material - Google Patents
Glasmaterial, ersatzmaterial für lebendes gewebe und zahnverstärkendes materialInfo
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Description
- Diese Erfindung betrifft Ersatzmaterialien für lebendes Gewebe, die aus halbtransparentem oder undurchsichtigem Glas hergestellt sind und als künstliche Zahnkronen, künstliche Zahnwurzeln, künstliche Knochen, Knochenschrauben und künstliche Luftröhren verwendet werden, aus Glas hergestellte zahnregulierende Teile sowie Glasmaterialien, aus denen diese Teile hergestellt werden.
- Aluminiumoxidkeramiken und verschiedene Metallmaterialien werden verwendet, um Ersatzmaterialien für lebendes Gewebe herzustellen, wie künstliche Zahnkronen, künstliche Zahnwurzeln, künstliche Knochen, künstliche Gelenke sowie Knochenfüllmaterialien. Metallmaterialien leiden jedoch unter dem Problem, daß Metallionen herausgelöst werden. Wenn Metallmaterialien als künstliche Zahnkronen verwendet werden, ist ihr ästhetisches Erscheinungsbild unbefriedigend. Andererseits sind Aluminiumoxidkeramiken unbedenklich hinsichtlich Gesundheitsschäden für den menschlichen Körper, lassen sich jedoch schwer zu komplexen Formgestalten verarbeiten. Kristallisiertes Glas als Zahnreparaturmaterial hat aufgrund von guter biologischer Affinität und hoher mechanischer Festigkeit große Aufmerksamkeit auf sich gezogen, und daher gab es diesbezüglich viele Vorschläge. In den meisten der als Zahnmaterial vorgeschlagenen kristallisierten Glasmaterialien werden Kristalle von Glimmersystemen oder Calciumphosphatsystemen einschließlich Apatit ausgefällt. Somit sind Alkalimetallelemente oder Phosphor eine bedeutsame Komponente, und sie sind in relativ großen Mengen enthalten. Alkalimetallelemente verschlechtern jedoch die Wasserbeständigkeit von Glas, während phosphorhaltige Kristalle und Glas aus Calciumphosphatsystemen einschließlich Apatit die Säurebeständigkeit verschlechtern. Obwohl die Kristallisation die chemische Beständigkeit verbessert, existiert im Fall von kristallisiertem Glas eine glasartige Phase gemeinsam mit einer kristallinen Phase, insbesondere bei Zahnkronenreparaturen, bei denen ein ästhetisches Erscheinungsbild in hohem Maße erwünscht ist. Somit ist bekannt, daß der relativ hohe Gehalt an Alkalimetallelementen und Phosphor für Glas zur Verwendung in der Mundhöhle, die für Glas eine aggressive Umgebung ist, potentiell ein ernstes Problem darstellt.
- Glasmaterialien, die keine Alkalimetallelemente und keinen Phosphor als essentielle Elemente enthalten, sind beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung (JP-B) Nr. 36107/1992 und in "Fine Ceramics", Band 3, Seiten 79 bis 87, 1982, beschrieben worden.
- JP-B 36107/1992 offenbart kristallisiertes Glas zur Verwendung als künstliche Knochen und Zahnmaterialien. Dieses kristallisierte Glas hat eine Nicht-Calciumphosphat- Systemzusammensetzung, die frei von P&sub2;O&sub5; ist. Insbesondere ist es "ein P&sub2;O&sub5;-freies kristallisiertes Glas mit einer Zusammensetzung, von der mindestens 90% aus in Gewichtsprozent
- SiO&sub2; 48,2 bis 53,0%
- CaO 35,9 bis 44,0% und
- MgO 3,5 bis 7,5%
- und bis zu 10% aus Verunreinigungen bestehen, wobei das kristallisierte Glas eine Struktur mit zahlreichen feinen Wollastonit- (CaO·SiO&sub2;)-Körnern und Diopsid- (CaO·MgO·2SiO&sub2;)-Körnern aufweist, die in Glas dispergiert sind".
- Das in "Fine Ceramics", Band 3, offenbarte kristallisierte Glas hat eine Zusammensetzung, die in Gewichtsprozent SiO&sub2; 43 bis 52%
- Al&sub2;O&sub3; 25 bis 31%
- MgO 11 bis 14%
- TiO&sub2; 8 bis 12% und
- CaF&sub2; 0 bis 2%
- umfaßt.
- Das in JP-B 36107/1992 beschriebene kristallisierte Glas wird durch Formen von Glaspulver und nachfolgendes Brennen und Kristallisationsbehandlung hergestellt. Bei dem Prozeß des Formens und Brennens von Glaspulvern ist es schwierig, Zahnkronen und andere Teile mit komplexer Gestalt herzustellen. Da die Formungsstufe wie in der Veröffentlichung beschrieben isostatischen Druck und die Brennstufe eine hohe Temperatur von 1050ºC verwendet, läßt sich dieses Verfahren in der Zahnarztpraxis recht schwer durchführen. Das Verfahren benötigt eine lange Zeitdauer bis zur Fertigstellung, da die Brennstufe eine langsame Aufheizgeschwindigkeit von 30 bis 60ºC/Stunde und eine langsame Abkühlgeschwindigkeit von 30 bis 120ºC/Stunde verwendet. Die Maßhaltigkeit ist gering, da das Brennen einen großen Schwindungsfaktor mit sich bringt. Das Brennen des Pulvers nach der Formgebung liefert keine ausreichende Festigkeit. Die Herstellung von Glaspulver bringt mühsame Arbeiten und erhebliche Kosten mit sich, weil geschmolzenes Glas in Bandform gebracht werden muß, wie durch Leiten durch wassergekühlte Walzen. Bei diesem Verfahren bleiben nach dem Brennen viele Hohlräume. Da biologische Ersatzmaterialien in den Abmessungen in Abhängigkeit von einem speziellen Individuum oder einer speziellen Anwendung variieren, ist es wichtig, daß Ärzte, Zahnärzte und Zahntechniker das Material zu geringen Kosten erwerben und damit in sicherer und einfacher Weise unter Verwendung der bestehenden Geräte arbeiten können. Konventionelle Öfen verwenden in Abhängigkeit von dem Betriebstemperaturbereich unterschiedliche Heizer und Gehäusematerialien und werden im allgemeinen eingeteilt in Öfen zur Verwendung bei Temperaturen unter 1000ºC, 1000 bis 1300ºC, 1300 bis 1600ºC und höher als 1600ºC. Die Öfen, die bei höheren Temperaturen verwendet werden können, sind teurer. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren ist erwünscht, daß Glasmaterial bei Temperaturen unter 1000ºC geformt und kristallisiert werden kann. Glasmaterialien mit der in "Fine Ceramics", Band 3, beschriebenen Zusammensetzung können jedoch nicht im eigentlichen Sinne formgepreßt werden, weil die Kristallisation stattfindet, bevor die Viskosität vollständig niedrig wird, wenn ein Glasblock von seiner Glasübergangstemperatur erwärmt wird. Zur Formgebung muß das Glasmaterial daher von einem geschmolzenen Zustand bei 1500ºC oder höher gegossen werden. Dann muß der Zahntechniker, der das Material praktisch zu einem Ersatzmaterial für lebendes Gewebe verarbeitet, sich mit teuren Fertigungsgeräten ausrüsten, und der Vorgang ist aufgrund der hohen Temperatur gefährlich. Das Glasmaterial darf CaF&sub2; enthalten, obwohl Fluor beim Schmelzen so flüchtig ist, daß es die Reproduktion dieser Zusammensetzung verhindert, die Kristallisation unter Einschränkung der Formung fördert und den Ofen angreifen kann. Flüchtiges Fluor ist zudem für den menschlichen Körper in unerwünschter Weise gesundheitsschädlich.
- Wie künstliche Zahnkronen werden auch zahnregulierende Teile in der Mundhöhle verwendet. Zahnregulierende Teile sind Geräte zur Korrektur von Zahnfehlstellungen. Typischerweise wird ein wie in Fig. 13 gezeigt konfiguriertes Bracket durch Befestigung mit einem Bogendraht an Zähnen montiert. Da Zahnregulierungsteile auch über einen längeren Zeitraum in der Mundhöhle verwendet werden, müssen sie chemisch beständig, gefahrlos für den menschlichen Körper sowie ästhetisch befriedigend sein, wie auch künstliche Zahnkronen. Im Stand der Technik werden Metalle wie rostfreier Stahl und Harze wie Polycarbonat als Material verwendet, aus dem zahnregulierende Teile hergestellt werden, während die Verwendung von polykristallinen und Einkristallkeramiken auch vorgeschlagen worden ist. Metallische Materialien sind belastbar und gut bearbeitbar, haben jedoch ein ästhetisches Problem derart, daß sie einen metallischen Schimmer haben und auffallend sind.
- Harzartige Materialien sind vom ästhetischen Erscheinungsbild her akzeptabel, da sie transparent und unauffällig sind, haben in bezug auf metallische Bogendrähte jedoch eine niedrige Festigkeit, gleiten schlechter auf metallischen Bodendrähten und sind weniger beständig, wodurch eine unzureichende Zahnregulierungswirkung erreicht wird. Die harzartigen Materialien haben auch ein Problem mit leichter Verfärbbarkeit. Die japanische Patentanmeldung Kokai (JP-A) Nr. 89153/1988 schlägt die Verwendung polykristalliner Keramiken vor. Das in dieser Veröffentlichung offenbarte zahnregulierende Teil wird aus einem gesinterten Körper gebildet, der durch die allgemeine Formel MgO·(1 ± χ)Al&sub2;O&sub3; wiedergegeben wird, wobei χ = 0,1, und eine mittlere Korngröße bis zu 100 um, Lichtdurchlässigkeit und eine Spinellstruktur aufweist. Da die polykristallinen Keramiken jedoch nach dem Formen gesintert werden, ist Maßhaltigkeit aufgrund von Schwindung beim Sintern schwer aufrechtzuerhalten, und die maschinelle Bearbeitung nach dem Sintern ist ebenfalls schwierig. In dem Beispiel der oben genannten Veröffentlichung erfolgt das Sintern für 10 Stunden bei 1750ºC, gefolgt von Sintern für 2 Stunden bei 1400ºC unter einer Druckkraft von 2 Tonnen in einer heißen isotaktischen Presse (HIP) zur Verbesserung der Lichtdurchlässigkeit und der mechanischen Festigkeit. Diese Fertigung benötigt eine hohe Temperatur, hohen Druck und lange Zeit. JP-A 46451/1989 schlägt die Verwendung von Einkristallkeramiken vor. Das in dieser Veröffentlichung beschriebene Zahnregulierungsbracket wird aus Einkristall-Zirkoniumdioxid gebildet, das Yttriumoxid enthält, um Durchsichtigkeit und Festigkeit zu gewährleisten. Der Einkristall ist jedoch teuer, schwierig herzustellen und für die Produktion im Großmaßstab nicht geeignet.
- Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Herstellung eines Ersatzmaterials für lebendes Gewebe, das unter einer aggressiven Umgebung wie in der Mundhöhle minimale Verschlechterung der Materialeigenschaften erfährt und eine hohe Festigkeit aufweist, insbesondere eines Ersatzmaterials für lebendes Gewebe, das eine komplexe Gestalt aufweist und ein ästhetisches Erscheinungsbild aufweisen muß, wie Zahnkronenreparaturmaterialien und zahnregulierende Teile, kurz gesagt in sicherer Weise ohne Verwendung spezieller Fertigungsgeräte zu ermöglichen.
- Diese und andere Ziele werden durch die vorliegende Erfindung erreicht, die nachfolgend als (1) bis (13) definiert ist.
- (1) Glasmaterial zur Verwendung bei der Herstellung von Ersatzmaterial für lebendes Gewebe und zahnregulierende Teile, umfassend Siliziumoxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Titanoxid als Hauptbestandteile, wobei der Anteil dieser Bestandteile, berechnet als SiO&sub2;, MgO, Al&sub2;O&sub3; beziehungsweise TiO&sub2;, in Gewichtsprozent ausgedrückt folgendes ergibt:
- SiO&sub2; 40 bis 65 Gewichtsprozent,
- MgO 9 bis 30 Gewichtsprozent,
- Al&sub2;O&sub3; 8 bis 31 Gewichtsprozent und
- TiO&sub2; 6 bis 15 Gewichtsprozent,
- wobei das Material dem Ausdruck I:
- I: {100 - (A + S + T)}/S = 0,340,
- wobei A, S und T Anteile in Gewichtsprozent von Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2; beziehungsweise TiQ&sub2; sind, und dem Ausdruck II entspricht:
- II: (S + M) /4 > 100 - (S + M + A + T),
- wobei M ein Anteil in Gewichtsprozent von MgO und im wesentlichen frei von Fluor ist.
- (2) Glasmaterial nach (1), das des weiteren mindestens eines aus Ca, Ba und Zn als Hilfsbestandteil umfaßt, wobei die Summe aus CaO + BaO + ZnO bis zu 20 Gewichtsprozent ausmacht, wenn Ca, Ba und Zn als CaO, BaO beziehungsweise ZnO berechnet werden.
- (3) Glasmaterial nach (1) oder (2), das des weiteren mindestens eines aus Pd, Pt, Ag, Au, Re, Ru, Rh und Ir als Hilfsbestandteil in einem Gesamtanteil von bis zu 1 Gewichtsprozent umfaßt.
- (4) Glasmaterial nach einem von (1) bis (3), das des weiteren mindestens eines aus Mn, Fe, Ni und Ce als einen Hilfsbestandteil umfaßt, wobei die Summe aus MnO + FeO + NiO + CeO&sub2; bis zu 2 Gewichtsprozent ausmacht, wenn Mn, Fe, Ni und Ce als MnO, FeO, NiO beziehungsweise CeO&sub2; berechnet werden.
- (5) Glasmaterial nach einem von (1) bis (4), das des weiteren mindestens eines aus Li, Na, K und P als einen Hilfsbestandteil umfaßt, wobei die Summe aus Li&sub2;O + Na&sub2;O + K&sub2;O + P&sub2;O&sub5; bis zu 5 Gewichtsprozent ausmacht, wenn Li, Na, K und P als Li&sub2;O + Na&sub2;O + K&sub2;O + P&sub2;O&sub5; berechnet werden.
- (6) Glasmaterial nach einem von (1) bis (5), das des weiteren Zr als einen Hilfsbestandteil umfaßt, wobei der Anteil von ZrO&sub2; bis zu 5 Gewichtsprozent ausmacht, wenn Zr als ZrO&sub2; berechnet wird.
- (7) Glasmaterial nach einem von (1) bis (6), das des weiteren B als einen Hilfsbestandteil umfaßt, wobei der Anteil an B&sub2;O&sub3; bis zu 5 Gewichtsprozent ausmacht, wenn B als B&sub2;O&sub3; berechnet wird.
- (8) Glasmaterial nach einem von (1) bis (7), das des weiteren Stickstoff umfaßt, wobei der Anteil an Si&sub3;N&sub4; bis zu 4 Gewichtsprozent beträgt, wenn Stickstoff als Si&sub3;N&sub4; berechnet wird.
- (9) Glasmaterial nach einem von (1) bis (8), wobei das Material, wenn es unter einem anfänglichen Druck von 1,8 MPa komprimiert und dann von seiner Glasübergangstemperatur auf 1000ºC bei einer Geschwindigkeit von 5ºC/Min erhitzt wird, während es unter einer konstanten Last komprimiert wird, zumindest 85% in der Richtung verformbar ist, in welcher der Druck angewandt wurde.
- (10) Glasmaterial nach einem von (1) bis (9), wobei das Material eine Viskosität η (P) aufweist und das Material mindestens 7 Minuten lang den Zustand halten kann, in dem logη bis zu 7,6 bei einer Erwärmungsgeschwindigkeit von 5ºC/Min im Erwärmungsschritt von der Glasübergangstemperatur bis auf 1000ºC beträgt.
- (11) Glasmaterial nach einem von (1) bis (10), wobei das Material eine Viskosität η (P) aufweist, und der Mindestwert von logη bis zu 7,0 im Erwärmungsschritt von der Glasübergangstemperatur bis auf 1000ºC beträgt.
- (12) Ersatzmaterial für lebendes Gewebe, hergestellt durch Formen eines Glasmaterials nach einem von (1) bis (11) und Behandeln desselben, damit dieses im wesentlichen halbtransparent oder undurchsichtig ist.
- (13) Zahnregulierendes Teil, hergestellt durch Formen eines Glasmaterials nach einem von (1) bis (11).
- Das erfindungsgemäße Glasmaterial kann durch Ausnutzung des Phänomens des viskosen Fließens formgepreßt werden, das bei Temperaturen im Bereich von der Glasübergangstemperatur bis unter der Liquidustemperatur auftritt, wenn das Material von einer unteren Temperaturseite erwärmt wird. Die Ausnutzung des viskosen Fließens von Glas ermöglicht das leichte Formen des Glasmaterials zu einer gewünschten Formgestalt wie einer Zahnkrone innerhalb einer kurzen Zeit ohne Verwendung von speziellen Fertigungsgeräten. Zudem ist die zum Formen erforderliche Temperatur so niedrig wie 1000ºC oder darunter, und der ausgeübte Druck ist so niedrig wie etwa 5 MPa oder darunter.
- Das Ersatzmaterial für lebendes Gewebe, das durch Verarbeitung des Glasmaterials durch Kristallisation oder dergleichen erhalten wird, so daß dies im wesentlichen halbtransparent oder undurchsichtig ist, hat ein ästhetisches Erscheinungsbild und vollständig befriedigende Säure- und Wasserbeständigkeit. Bei Anwendung als Zahnkronen oder dergleichen finden Auflösung und Leistungsverlust wie Festigkeitsverlust selbst in einer aggressiven Umgebung wie in der Mundhöhle nur in geringerem Ausmaß statt. Da kristallisiertes Glas des Standes der Technik für Zahnkronen geringere Umgebungsbeständigkeit und ungenügendes ästhetisches Erscheinungsbild als Zahnkronen hat, muß es Porzellanbrennvorgängen oder Anfärbung der Oberfläche ausgesetzt werden, wenn es als Zahnkronen verwendet wird. Eine solche Zahnkrone kann altern, weil das Glasbasismaterial freiliegt, wenn die Zahnkrone an der erkrankten Stelle befestigt wird und feine Dimensionsfehler mit dem Bohrer entfernt werden. Im Unterschied dazu altert das erfindungsgemäße Ersatzmaterial für lebendes Gewebe in der Mundhöhle in geringem Maße und ist im wesentlichen frei von dem Risiko der Alterung, selbst wenn das Glasbasismaterial durch Korrektur von Dimensionsfehlern oder aus anderen Ursachen freigelegt wird.
- Das erfindungsgemäße Ersatzmaterial für lebendes Gewebe besitzt mindestens die gleiche mechanische Festigkeit wie biotisches kristallisiertes Glas des Standes der Technik, welches den Zusatz von Alkalimetallelementen und Phosphor erfordert. Dem kristallisierten Glas des Standes der Technik werden zum Zweck der Verbesserung des ästhetischen Erscheinungsbildes, zur Verbesserung der Festigkeit und zur Verkürzung der Arbeitszeit bei der Kristallisation Edelmetalle zugesetzt, obwohl der Zusatz von Edelmetallen zu schwierig reproduzierbaren Vorteilen führt und zu den Kosten beiträgt. Im Unterschied dazu hat das erfindungsgemäße Ersatzmaterial für lebendes Gewebe ein hervorragendes ästhetisches Erscheinungsbild und Festigkeit ohne Zusatz von Edelmetallen und kann mittels Kristallisation oder dergleichen kurz behandelt werden, damit es halbtransparent oder undurchsichtig ist.
- Wie das oben genannte Ersatzmaterial für lebendes Gewebe kann das erfindungsgemäße zahnregulierende Teil durch Formpressen unter Verwendung des Phänomens des viskosen Fließens hergestellt werden. Dadurch läßt sich selbst eine komplexe Gestalt leicht herstellen. Da das Teil eine hervorragende Umgebungsbeständigkeit in der Mundhöhle, gutes Gleiten an metallischen Bogendrähten und hohe mechanische Festigkeit aufweist, ist es effektiv zur Korrektur von Zahnfehlstellungen. Aufgrund der verfügbaren vollständigen Transparenz ist das Teil vom ästhetischen Standpunkt her akzeptabel.
- Durch die Erfindung werden insbesondere die folgenden Vorteile erhalten.
- (1) Glasmaterial kann durch Komprimieren bei einer Temperatur unter der Liquidustemperatur, vorzugsweise unter der Kristallisationstemperatur, geformt werden, beispielsweise bis zu 1000ºC, insbesondere bis zu 900ºC. Somit kann ein preisgünstiger Ofen verwendet werden. Das Erwärmen kann mit einem konventionellen Ofen erfolgen, den ein Zahnarzt oder Zahntechniker verwendet. Die Atmosphäre muß nicht geregelt werden, weil das Glasmaterial durch Oxidation nicht denaturiert, selbst wenn die Formgebung in Luft erfolgt. Weiche Untersuchungsmasse kann als Form für die Formgebung verwendet werden, und das Glasmaterial ist formtrennbar, so daß die Entfernung aus der Form leicht fällt.
- (2) Das Formen ist unter einem Druck von 5 MPa oder darunter, insbesondere 0,3 MPa oder darunter möglich. Es sind keine speziellen Kompressionsgeräte erforderlich, und die Formung kann beispielsweise unter Verwendung einer Handpresse oder eines Gewichts erfolgen. Es ist keine hochfeste Form erforderlich. Daher kann die Formgebung leicht in üblichen Zahnarztpraxen erfolgen.
- (3) Im Unterschied zu dem Verfahren des Formens und Brennens von Pulver sind weder eine spezielle Form noch spezielle Geräte (z. B. CIP) nötig, und es läßt sich eine konventionelle Dentalformungsform verwenden.
- (4) Bei dem Verfahren zum Formen und Brennen von Pulver ist die Herstellung von Teilen mit guter Maßhaltigkeit schwierig, weil aufgrund der Anwesenheit von Poren in den Teilen ein erhöhter Schwindungsfaktor beim Sintern vorliegt. Im Unterschied dazu beseitigt die vorliegende Erfindung die Erzeugung von Poren, weil massives Glasmaterial unter Druck geformt wird. Es wird im allgemeinen angenommen, daß das Erreichen eines halbtransparenten Zustands vom ästhetischen Standpunkt her für Zahnkronen sehr wichtig ist. Bei kristallisiertem Glas ist es notwendig, feine Kristallkörner in dem Glas gleichförmig auszufällen, um einen halbtransparenten Zustand zu erreichen. Da die kristalline Phase jedoch im allgemeinen eine größere Dichte als die glasartige Phase hat, können sich als Ergebnis der Halbtransparenzbehandlung im Glasinneren Hohlräume bilden, die die Festigkeit nachteilig beeinflussen. Im Unterschied dazu kann der Dichteanstieg, der aus der Behandlung für Halbtransparenz oder Undurchsichtigkeit resultiert, bei dem erfindungsgemäßen Glasmaterial minimiert werden.
- (5) Bei dem Verfahren zum Formen von Pulver ist es schwierig, Zahnkronen und Zahnregulierungsteile mit einer komplexen Gestalt herzustellen. Da in der vorliegenden Erfindung das Formen durch Erweichen und Fließfähig-Machen von massivem Glasmaterial erfolgt, kann leicht eine komplexe Form erhalten werden, wie durch Schleuderguß. Das geformte Teil hat nach der Behandlung für Halbtransparenz oder Undurchsichtigkeit mittels Kristallisation oder dergleichen ausreichend Homogenität. Da im Unterschied zu dem Schleudergießen wenig Blasen eingeschlossen werden, wird eine höhere Festigkeit erhalten und das Vorkommen defekter Teile vermindert sich drastisch.
- (6) Da Glasmaterial beim Formen im Unterschied zu dem Schleuderguß nicht geschmolzen wird, kann das Glasmaterial Wärmebehandlung zur Kristallkeimbildung oder Phasentrennung unterworfen werden, bevor es formgepreßt wird, wie in Fig. 1(a) gezeigt ist. Wenn die Erfindung speziell auf die Herstellung einer Zahnkrone angewendet wird, ist das Glasmaterial möglicherweise zur Kristallkeimbildung oder Phasentrennung wärmebehandelt worden, bevor es an den Zahnarzt oder Zahntechniker abgegeben wird. Dann muß in der Zahnarztpraxis nur noch die Formgebung zur Fertigstellung der Zahnkrone durchgeführt werden, was zu einer erheblichen Verringerung der Arbeitszeit in der Zahnpraxis führt. Da die Zeit, die das erfindungsgemäße Glasmaterial braucht, um durch Kristallisation oder dergleichen halbtransparent oder undurchsichtig zu werden, wie in Fig. 1(b) und 1(c) gezeigt kurz ist, kann innerhalb kurzer Zeit nach dem Formpressen ein Ersatzmaterial für lebendes Gewebe erhalten werden, selbst wenn die Wärmebehandlung zur Kristallkeimbildung oder Phasentrennung vor dem Formpressen weggelassen wird.
- (7) Da ein Ersatzmaterial für lebendes Gewebe erfindungsgemäß hergestellt wird, indem ein homogenes Glasmassenmaterial ohne Schmelzen geformt und nachfolgend behandelt wird, damit es halbtransparent oder undurchsichtig ist, wird die vollständige hohe Festigkeit erreicht. Wenn das Glasmaterial während der Formung teilweise geschmolzen würde, wäre die Struktur nach der Kristallisation nicht homogen, wodurch keine ausreichende Festigkeit erhalten würde. Die vorliegende Erfindung beseitigt dieses Risiko.
- Übrigens beschreibt JP-A 231655/1987 ein Verfahren zur Herstellung eines Dentalgeräts durch Formung eines Keramikmaterials oder einer Legierung, das bzw. die durch Erwärmen plastifiziert werden kann, bezieht sich jedoch nicht auf kristallisiertes Glas. Wenn in einem Beispiel dieser Patentreferenz eine Zahnkrone hergestellt wird, wird eine Mischung aus glasbildendem Basismaterial, Aluminiumoxid zum Verleihen der notwendigen Festigkeit, Flußmittel wie K&sub2;O, Na&sub2;CO&sub3;, CaO und B&sub2;O&sub3; und Plastifizierungsmittel wie Glycerin geformt. Es sei darauf hingewiesen, daß Aluminiumoxid zum Verleihen von Festigkeit verwendet wird, da das Glas in diesem Beispiel nicht kristallisiert wird. Dieses Produkt hat verglichen mit dem erfindungsgemäßen Ersatzmaterial für lebendes Gewebe eine unzureichende Festigkeit. Da die homogene Kristallisation verhindert wird, da Flußmittel enthalten ist, wäre das Erreichen befriedigender Festigkeit selbst dann schwierig, wenn das Produkt kristallisiert wäre.
- JP-A 32867/1989 offenbart "biotisches Material mit kurzen Fasern oder Whiskern, die gleichförmig in einem gesinterten Glas-Keramik-Körper dispergiert sind, wobei die Glaskeramik im wesentlichen in Gewichtsprozent, bezogen auf die Oxide, aus
- SiO&sub2;: 40 bis 70
- Al&sub2;O&sub3;: 15 bis 40
- MgO: 15 bis 30
- SiO&sub2; + Al&sub2;O&sub3; + MgO: 70 bis 100
- CaO + SrO + BaO: 0 bis 5
- Na&sub2;O + K&sub2;O + Li&sub2;O: 0 bis 7
- TiO&sub2; + ZrO&sub2;: 0 bis 10
- P&sub2;O&sub5;: 0 bis 10
- besteht."
- Die Glaskeramik hat in diesem biotischen Material eine kristalline Phase, die mindestens eines aus Cordierit, Enstatit und Forsterit enthält. Als kurze Fasern oder Whisker wird mindestens eines von Metalloxiden, -Carbiden, - boriden und -nitriden und Kohlenstoff, beispielsweise SiC, Si&sub3;N&sub4; und Al&sub2;O&sub3;, in einem Gesamtvolumen von 10 bis 60% verwendet. Obwohl der Zusammensetzungsbereich der in dieser Patentreferenz beschriebenen Glaskeramik sich mit dem Zusammensetzungsbereich des erfindungsgemäßen Glasmaterials überschneidet, beschreibt die Patentreferenz nicht, daß der Gehalt an Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2; und TiO&sub2; den Ausdruck I: {100 - (A + S + T)}/S ≥ 0,340 erfüllen sollte. Die Patentreferenz beschreibt keine Beispiele für Glaskeramiken, deren Zusammensetzung in den Zusammensetzungsbereich des erfindungsgemäßen Glasmaterials fällt. Da das in der Patentreferenz beschriebene biotische Material durch Formen und Sintern von Glaspulver hergestellt wird, wie das in der oben genannten JP-A 36107/1992 beschriebene kristallisierte Glas, neigt es dazu, Poren zu enthalten, erfordert eine hohe Druckkraft zum Erreichen von ausreichender Festigkeit, und es ist schwierig, es in eine komplexe Gestalt zu formen und die Kosten zu vermindern. Da mit dem Glaspulver kurze Fasern oder Whisker gemischt werden, ist der Vorgang mühsam und es sind spezielle Geräte und Fertigkeiten notwendig, um gleichförmiges Mischen zu erreichen. Das biotische Material, das durch Mischen kurzer Fasern oder Whisker und nachfolgendes Sintern erhalten wird, zeigt keine Fließfähigkeit ähnlich dem erfindungsgemäßen Glasmaterial.
- Fig. 1(a), 1(b) und 1(c) sind Fließdiagramme, die ein Verfahren zur Herstellung von erfindungsgemäßem Ersatzmaterial für lebendes Gewebe veranschaulichen.
- Fig. 2 illustriert ein Beispiel für eine Formpreßstufe.
- Fig. 3 illustriert ein Beispiel für eine Formpreßstufe.
- Fig. 4 illustriert ein Beispiel für eine Formpreßstufe.
- Fig. 5 illustriert ein Beispiel für eine Formpreßstufe.
- Fig. 6 ist eine Querschnittansicht einer Formungsvorrichtung mit einer hochfesten Auskleidung 25, die im Inneren einer Stempelaufnahmebohrung 23 angeordnet ist.
- Fig. 7 ist eine Querschnittansicht einer Formungsvorrichtung mit einer hochfesten Auskleidung 25, die im Inneren einer Stempelaufnahmebohrung 23 angeordnet ist.
- Fig. 8 ist eine Querschnittansicht einer Formungsvorrichtung mit einer hochfesten Auskleidung 25, die im Inneren einer Stempelaufnahmebohrung 23 angeordnet ist.
- Fig. 9(a), 9(b) und 9(c) sind Querschnittansichten eines Stempels 4, der teilweise aus hochfestem Material. 45 gefertigt ist.
- Fig. 10 ist eine Querschnittansicht, die ein Verfahren zum Aufbringen einer hochfesten Auskleidung auf die Innenoberfläche einer Stempelaufnahmebohrung zeigt.
- Fig. 11 ist eine Querschnittansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines teilweise aus hochfestem Material gefertigten Stempels veranschaulicht.
- Fig. 12 veranschaulicht Beispiele für Ersatzmaterialien für lebendes Gewebe, auf die die Erfindung anwendbar ist, wobei die Fig. 12(a), 12(b), 12(c) und 12(d) perspektivische Ansichten eines künstlichen Wirbelkörpers, einer künstlichen Bandscheibe, künstlichem Ilium (Darmbein) beziehungsweise künstlicher Luftröhre (Trachea) ist und Fig. 12(e) die Seitenansicht einer Knochenschraube ist.
- Fig. 13(a), 13(b), 13(c) und 13(d) sind perspektivische Ansichten von beispielhaften erfindungsgemäßen Zahnregulierungsteilen.
- Fig. 14 ist eine graphische Darstellung, die die Viskositätsänderung von Glasmaterial während einer Aufheizstufe zeigt.
- Fig. 15 ist eine graphische Darstellung, die die Viskositätsänderung von Glasmaterial während einer Aufheizstufe zeigt.
- Fig. 16 ist eine graphische Darstellung, die die Viskositätsänderung von Glasmaterial während einer Aufheizstufe zeigt.
- Fig. 17 ist eine graphische Darstellung, die die Viskositätsänderung von Glasmaterial während einer Aufheizstufe zeigt.
- Fig. 18 ist eine graphische Darstellung, die die Viskositätsänderung von Glasmaterial während einer Aufheizstufe zeigt.
- Nun wird der Aufbau der Erfindung detailliert beschrieben.
- Das erfindungsgemäße Glasmaterial wird zu einem Ersatzmaterial für lebendes Gewebe, wie einer Zahnkrone, oder einem Zahnregulierungsteil geformt, indem das Material mittels seines viskosen Fließens formgepreßt und gegebenenfalls kristallisiert oder anderweitig verarbeitet wird, damit es halbtransparent oder undurchsichtig ist. Das erfindungsgemäße Glasmaterial enthält Siliziumdioxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Titandioxid als Hauptkomponenten. Wenn Siliziumdioxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Titandioxid als SiO&sub2;, MgO, Al&sub2;O&sub3; beziehungsweise TiO&sub2; berechnet werden, ist der Gehalt dieser Komponenten in dem Glasmaterial, ausgedrückt in Gewichtsprozent,
- SiO&sub2; 40 bis 65 Gewichtsprozent,
- MgO 9 bis 30 Gewichtsprozent,
- Al&sub2;O&sub3; 8 bis 31 Gewichtsprozent und
- TiO&sub2; 6 bis 15 Gewichtsprozent,
- vorzugsweise
- SiO&sub2; 40 bis 55 Gewichtsprozent,
- MgO 9 bis 26 Gewichtsprozent,
- Al&sub2;O&sub3; 9 bis 31 Gewichtsprozent und
- TiO&sub2; 7,5 bis 13,5 Gewichtsprozent,
- insbesondere
- SiO&sub2; 40 bis 52 Gewichtsprozent,
- MgO 11 bis 26 Gewichtsprozent,
- Al&sub2;O&sub3; 10 bis 22 Gewichtsprozent und
- TiO&sub2; 7,5 bis 13,5 Gewichtsprozent.
- Durch Kristallisieren, Phasentrennung oder anderweitige Verarbeitung eines Glasmaterials mit einer derartigen Zusammensetzung, damit es halbtransparent oder undurchsichtig wird, werden hauptsächlich hohe Festigkeit und hervorragendes ästhetisches Erscheinungsbild sowie hohe Produktivität erhalten. Nachfolgend wird der Grund der Einschränkung der Zusammensetzung detailliert beschrieben. Bei zu niedrigen Gehalten an SiO&sub2; wird die Verglasung schwierig, die chemische Beständigkeit ist niedrig und es ist keine hohe Festigkeit zu erwarten. Zu hohe Gehalte an SiO&sub2; erhöhen die Arbeitstemperatur, verhindern das Entfernen von Gasbläschen und gewährleisten daher wahrscheinlich nicht die Gleichförmigkeit des Glases. Bei zu niedrigen Gehalten an MgO hätte eine Schmelze eine so deutlich höhere Viskosität, daß die Verarbeitung beeinträchtigt wäre. Bei zu hohen Gehalten an MgO wird die Verglasung schwierig und die chemische Beständigkeit ist niedrig. Bei zu niedrigen Gehalten an Al&sub2;O&sub3; ist die gleichförmige Ausfällung von Kristallkörnern bei der Kristallisation schwierig. Zu hohe Gehalte an Al&sub2;O&sub3; erhöhen die Arbeitstemperatur, verhindern das Entfernen von Gasbläschen und gewährleisten wahrscheinlich nicht die Gleichförmigkeit des Glases. Zu niedrige Gehalte an TiO&sub2; verhindern die gleichförmige Kristallisation im Glasinneren und ermöglichen die bevorzugte Kristallisation von der Glasoberfläche, so daß eine Kristallschicht die Oberfläche bedeckt, wodurch ästhetisches Erscheinungsbild und Festigkeit beeinträchtigt werden. Bei zu hohen Gehalten an TiO&sub2; wird die Formung bei relativ niedrigen Temperaturen von der Glasübergangstemperatur zur Kristallausfällung schwierig, weil die Kristallisation stattfindet, bevor ein ausreichender Viskositätsabfall zur Ermöglichung der Formung stattfindet, wenn Glasmaterial von seiner Glasübergangstemperatur erwärmt wird. Die genaue Steuerung des Grades an Halbtransparenz oder Undurchsichtigkeit zum Erreichen eines ästhetischen Erscheinungsbildes, das für Zahnkronen erforderlich ist, wird schwierig.
- Obwohl der Gehalt der jeweiligen Verbindungen als Hauptkomponenten auf den oben definierten Bereich begrenzt ist, erfordert das erfindungsgemäße Glasmaterial auch, daß der Gehalt der jeweiligen Verbindungen den folgenden Ausdruck I erfüllt.
- I: {100 - (A + S + T)}/S = 0,340, vorzugsweise
- I: {100 - (A + S + T)}/S = 0,375, insbesondere
- I: {100 - (A + S + T)}/S = 0,420.
- In dem Ausdruck I sind A, S und T die Gehalte von Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2; beziehungsweise TiO&sub2; in Gewichtsprozent. Wenn A, S und T den Ausdruck I nicht erfüllen, ist die Fließfähigkeit im Temperaturbereich von der Glasübergangstemperatur bis unter der Liquidustemperatur unzureichend und die Vorteile der Erfindung gehen verloren. Obwohl der Ausdruck I empirisch abgeleitet ist, wird angenommen, daß die Begrenzung durch den Ausdruck I den folgenden Beitrag zur Verbesserung der Fließfähigkeit einbringt. Al&sub2;O&sub3; und SiO&sub2; sind netzwerkbildende Substanzen und erhöhen die Viskosität von Glas. Andererseits fördert TiO&sub2; die Kristallisation. Der Zähler des Ausdrucks I, also 100 - (A + S + T), steht für die Menge der Substanzen, die die Fließfähigkeit von Glas verbessern oder nicht steigern, wie MgO und andere netzwerkmodifizierende Substanzen. Diese Menge, geteilt durch die Menge an SiO&sub2;, die der Nenner ist, kann als Index verwendet werden, der die Fließfähigkeit von Glas anzeigt.
- In dem Glasmaterial stellen die oben genannten Hauptkomponenten vorzugsweise mindestens 80 Gew.-%, insbesondere mindestens 86 Gew.-%. Die Vorteile der Erfindung gingen in gewisser Weise verloren, wenn der Anteil der Hauptkomponenten zu niedrig würde.
- Zusätzlich zu den Hauptkomponenten werden gewünschtenfalls verschiedene Hilfsbestandteile zugegeben, um das ästhetische Erscheinungsbild zu verbessern, die mechanische Festigkeit zu erhöhen, den Wärmeausdehnungskoeffizienten dem der Form anzugleichen und die Fließfähigkeit zu verbessern.
- Als Hilfsbestandteile kann mindestens einer von Ca, Ba und Zn enthalten sein. Ca und Ba steigern die Fließfähigkeit und setzen die Arbeitstemperatur herab. Verglichen mit Alkalimetallelementen haben Ca und Ba einen weniger schädlichen Einfluß auf die chemische Beständigkeit. Da die Zugabe von Ca die Ausfällung von Diopsid-Körnern erleichtert, trägt es zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit bei. Zn wird zugesetzt, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient erhöht werden soll. Wenn diese Komponenten als CaO, BaO beziehungsweise ZnO berechnet werden, sollte die Summe aus CaO + BaO + ZnO vorzugsweise bis zu 20 Gew.-%, insbesondere bis zu 15 Gew.-% betragen. Das ästhetische Erscheinungsbild verschlechtert sich, wenn der Gesamtgehalt zu hoch ist. Insbesondere würde die Kristallisation von der Oberfläche des Glasmaterials ausgehend stattfinden, wenn die Ca- und Ba-Gehalte zu hoch wären, und der geeignete Farbton als Zahnkronen und Zahnregulierungsteile ginge verloren, wenn die Zn-Gehalte zu hoch wären.
- Mindestens eines der Edelmetallelemente, das heißt Pd, Pt, Ag, Au, Re, Ru, Rh und Ir, kann als Hilfsbestandteil enthalten sein. Der Zusatz dieser Edelmetallelemente verbessert das ästhetische Erscheinungsbild und die Festigkeit und ermöglicht die Verkürzung der Arbeitszeit bei der Kristallisation. Problematisch wird jedoch die Reproduzierbarkeit und der Kostenanstieg. Der Gesamtgehalt an Edelmetallen sollte vorzugsweise bis zu 1 Gew.-% betragen, insbesondere bis zu 0,5 Gew.-%. Der geeignete Farbton als Zahnkronen und Zahnregulierungsteile ginge verloren, wenn die Gesamtgehalte an Edelmetall zu hoch wären.
- Es kann auch mindestens eines von Mn, Fe, Ni und Ce als Hilfsbestandteil enthalten sein. Diese Elemente werden zum Verleihen eines attraktiven Farbtons als Zahnkronen zugesetzt. Wenn diese Elemente als MnO, FeO, NiO beziehungsweise CeO&sub2; berechnet werden, sollte die Summe von MnO + FeO + NiO + CeO&sub2; vorzugsweise bis zu 2 Gew.-% betragen. Der geeignete Farbton als Zahnkronen und Zahnregulierungsteile ginge verloren, wenn die Gesamtgehalte dieser Elemente zu hoch wären.
- Es kann auch mindestens eines der Alkalimetallelemente und Phosphor, das heißt Li, Na, K und P, als Hilfsbestandteil enthalten sein. Die Alkalimetallelemente werden zur Herabsetzung der Glasübergangstemperatur und Arbeitstemperatur zugesetzt, und auch, um den Wärmeausdehnungskoeffizienten anzugleichen. Phosphor wird zur Angleichung des Wärmekoeffizienten zugesetzt und trägt zur Verbesserung des ästhetischen Erscheinungsbildes bei. Wenn diese Elemente als Li&sub2;O, Na&sub2;O, K&sub2;O beziehungsweise P&sub2;O&sub5; berechnet werden, sollte die Summe aus Li&sub2;O + Na&sub2;O + K&sub2;O + P&sub2;O&sub5; vorzugsweise bis zu 5 Gew.-%, insbesondere bis zu 2 Gew.-% betragen. Da Alkalimetallelemente und P von der chemischen Beständigkeit wegführen, ist es am meisten bevorzugt, diese Elemente auszuschließen.
- B kann auch als Hilfsbestandteil enthalten sein. Bor wird zur Angleichung des Wärmeausdehnungskoeffizienten zugesetzt. Wenn B als B&sub2;O&sub3; berechnet wird, sollte der Gehalt an B&sub2;O&sub3; vorzugsweise bis zu 5 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 3 Gew.-% betragen. Da Bor von der chemischen Beständigkeit wegführt, ist es am meisten bevorzugt, dieses Element auszuschließen.
- Auch Zr kann als Hilfsbestandteil enthalten sein. Zirkonium trägt zu einer Verbesserung des ästhetischen Erscheinungsbildes bei. Wenn Zr als ZrO&sub2; berechnet wird, sollte der Gehalt an ZrO&sub2; vorzugsweise bis zu 5 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 3 Gew.-% betragen. Zu hohe Gehalte an ZrO&sub2; hemmen die Verglasung.
- Die Rohmaterialien der Hauptkomponenten sind üblicherweise als Oxide erhältlich, obwohl teilweise Nitride verwendet werden können. Die Hilfsbestandteile können als Elemente oder Verbindungen zugesetzt werden. Verbindungen der Hilfsbestandteilelemente schließen Oxide, Nitride, Chloride, Nitrate und Sulfate ein. Es wird angenommen, daß Stickstoffatome in dem Glas als Ersatz für Sauerstoffatome vorhanden sind, wenn Nitride als Teil der Rohmaterialien verwendet werden. Es ist ausgeschlossen, daß Nitride als kurze Fasern und Whisker in dem erfindungsgemäßen Glasmaterial enthalten sind. Bei enthaltenem Stickstoff beträgt der Gehalt an Si&sub3;N&sub4; vorzugsweise bis zu 4 Gew.-%, wenn Stickstoff als Si&sub3;N&sub4; berechnet wird. Zu hohe Stickstoffgehalte würden zu großer Härte führen und die Reproduzierbarkeit der Zusammensetzung verschlechtern, da während der Fertigung wahrscheinlich eine Schwankung der Stickstoffzusammensetzung auftritt.
- Das erfindungsgemäße Glasmaterial kann andere Hilfsbestandteile als die oben genannten enthalten, ist jedoch im wesentlichen frei von Fluor. Das liegt daran, daß Fluor die Reproduzierbarkeit der Zusammensetzung verschlechtert, die Formgebung ausschließt, den Ofen angreift und für den menschlichen Körper gesundheitsschädlich ist, wie bereits gesagt wurde. "Im wesentlichen frei von Fluor" bedeutet, daß als glasbildende Rohmaterial keine Fluoride verwendet werden.
- Wenn das erfindungsgemäße Glasmaterial Hilfsbestandteile enthält, sollte das Zusammensetzungsverhältnis der jeweiligen Verbindungen als Hauptkomponenten dem folgenden Ausdruck II entsprechen:
- II: (S + M)/4 > 100 - (S + M + A + T),
- vorzugsweise, (S + M)/5 > 100 - (S + M + A + T).
- In Ausdruck II sind A, S und T wie in Ausdruck I definiert und M ist ein Gehalt an MgO in Gew.-%. Ausdruck II ist empirisch abgeleitet. Obwohl der Kristallisationsmechanismus in dem Zusammensetzungssystem des erfindungsgemäßen Glasmaterials nicht vollständig bekannt ist, hemmt die Zugabe von Hilfsbestandteilen grundsätzlich die Phasentrennung und als Ergebnis hiervon wird die gleichförmige Kristallisation schwierig, die hohe Festigkeit geht verloren und das ästhetische Erscheinungsbild verschlechtert sich. In phasengetrenntem Glas eines Si-B- Na-O-Systems wird die Phasentrennung beispielsweise verzögert, wenn der Na-Gehalt ansteigt. Es wird angenommen, daß die Phasentrennung in dem erfindungsgemäßen Glasmaterial ähnlich wie in dem phasengetrennten Glas dieses Systems durch die Zugabe von Hilfsbestandteilen verzögert wird. Es wird angenommen, daß in dem erfindungsgemäßen Glasmaterial ein Si-Mg-O-Netzwerk wesentlich zu der Bildung getrennter Phasen beiträgt und Hilfsbestandteile das Stattfinden der Phasentrennung verhindern, indem dieses Netzwerk gespalten wird. Daher ist Ausdruck II empirisch derart bestimmt, daß die rechte Seite von Gleichung II, das heißt der Gehalt an Hilfsbestandteilen, weniger als eine Fraktion von (SiO&sub2; + MgO) ist. Wenn (S + M)/4 = 100 - (S + M + A + T) gilt, ist gleichförmige Kristallisation ausgeschlossen.
- Im allgemeinen läßt Glas das Ausfallen von mehr oder weniger kristallinen Körnern zwischen der Glasübergangstemperatur (Tg) und der Liquidustemperatur zu. In diesem Temperaturbereich variiert die Fließfähigkeit von Glas größtenteils in Abhängigkeit von der Anzahl der ausgefallenen Körner. Die Viskosität von Glas nimmt allmählich ab, wenn die Temperatur von Tg bis zum Liquidus ansteigt. Im Fall von Glasmaterialien, aus denen wahrscheinlich Körner ausfallen, nimmt die Viskosität mit zunehmender Kristallisation oberhalb einer bestimmten Temperatur zu. Daher kristallisieren Glasmaterialien mit einer starken Tendenz zum Ausfallen von Körnern bei Temperaturen unterhalb des Erweichungspunkts (Viskosität 4,5 · 10&sup7; P) gemäß Littleton leicht und können unter der Liquidustemperatur nicht vollständig verformt oder geformt werden. Wenn die Neigung zum Ausfällen von Körnern gering ist, wird andererseits bis zu höheren Temperaturen ein glasartiger Zustand aufrechterhalten, wodurch bessere Fließfähigkeit und bessere Formbarkeit gewährleistet sind. Zum Ausfällen von Körnern sind jedoch eine höhere Temperatur und eine längere Zeit erforderlich, was zu mehreren Problemen hinsichtlich der Kosten für den Ofen, der Arbeitszeit, Reaktion mit einer Form und dergleichen führt.
- Aus diesen Überlegungen heraus ist es erwünscht, daß, wenn das Glasmaterial eine Viskosität η (P) aufweist, das Material mindestens 7 Minuten, vorzugsweise mindestens 10 Minuten, am meisten bevorzugt mindestens 15 Minuten lang den Zustand halten kann, in dem logη bis zu 7,6 bei einer Erwärmungsgeschwindigkeit von 5ºC/Min im Erwärmungsschritt von der Glasübergangstemperatur bis auf 1000ºC beträgt. Der Mindestwert von logt ist außerdem bevorzugt bis zu 7,0, insbesondere bis zu 6,7 im Erwärmungsschritt von der Glasübergangstemperatur bis auf 1000ºC. Wenn ein zylindrisches Glasmaterial in Längsrichtung unter einem Anfangsdruck von 1,8 MPa komprimiert und nachfolgend von seiner Glasübergangstemperatur mit einer Geschwindigkeit von 5ºC/Minute auf 1000ºC erwärmt wird, während es unter einer bestimmten Last komprimiert wird, ist zudem das Material vorzugsweise zu mindestens 85%, insbesondere mindestens 90% in der Richtung, in der der Druck ausgeübt wird, verformbar oder schwindungsfähig. Da die Fläche der Druck aufnehmenden Oberfläche von Glasmaterial durch Anwendung von Druck expandiert, nimmt die Druckkraft pro Flächeneinheit ab, wenn das Material unter der festgesetzten Last komprimiert wird. Ein zur Druckanwendung verwendeter Stempel sollte eine größere Druck ausübende Oberfläche als die Druck aufnehmende Oberfläche des Glasmaterials am Ende der Verformung haben. Das erfindungsgemäße Glasmaterial kann eine solche Fließfähigkeit und Formbarkeit erhalten, indem seine Zusammensetzung aus dem oben definierten Bereich ausgewählt wird.
- Es sei darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße Glasmaterial eine Glasübergangstemperatur von etwa 630 bis etwa 770ºC hat, obwohl sie mit der speziellen Zusammensetzung variiert.
- Das Glasmaterial, das bei 1000ºC oder darunter geformt und kristallisiert werden kann, hat den Vorteil, daß das mit den hohen Temperaturen von 1050ºC oder darüber verbundene Problem vermieden wird, daß die Reaktion zwischen Glas und einer als Form verwendeten Zahnuntersuchungsmasse beginnt und Zahnuntersuchungsmassen selbst denaturiert werden, wobei sie an Festigkeit verlieren, insbesondere wenn Phosphat- und Cristobalit-Untersuchungsmassen verwendet werden.
- Die Gestalt und die Abmessungen von Glasmaterial können geeigneterweise gemäß der speziellen Anwendung festgelegt werden. Es sind leicht formbare Formen bevorzugt, beispielsweise sind zur Herstellung von künstlichen Zahnkronen kegelstumpfförmige, zylindrische und sphärische Formen bevorzugt. Um das Eindringen von Bläschen während der Formung zu verhindern, um die Abnahme der mechanischen Festigkeit zu verhindern und um einen homogenen geformten Körper herzustellen, wird vorzugsweise zur Herstellung eines einzelnen geformten Körpers ein einziges Stück Glasmaterial verwendet. Anders gesagt wird empfohlen, das integrale Verbinden einer Vielzahl von Glasmaterialstücken oder Glaspulvern während der Formgebung zu vermeiden. Es können als Teil der Erfindung jedoch, falls nötig, zwei oder mehr Glasmaterialstücke verwendet werden.
- Es sei darauf hingewiesen, daß erfindungsgemäß kein Flußmittel oder Plastifizierungsmittel zu dem Glasmaterial gegeben werden muß, damit es beim Formpressen erweicht.
- Erfindungsgemäß wird ein Ersatzmaterial für lebendes Gewebe hergestellt, indem Glasmaterial formgepreßt wird, dann dasselbe wärmebehandelt wird, damit es durch Kristallisation oder dergleichen halbtransparent oder undurchsichtig wird, und gegebenenfalls maschinenbearbeitet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Ersatzmaterials für lebendes Gewebe wird in bezug auf Fig. 1 beschrieben.
- Das Glasmaterial wird hergestellt, indem ein Rohmaterial geschmolzen und die Schmelze abgeschreckt wird. Zum Schmelzen wird das Rohmaterial in einem Tiegel aus Platin, Quarz oder Aluminiumoxid vorzugsweise etwa 5 Minuten bis 20 Stunden, insbesondere etwa 10 Minuten bis etwa 2 Stunden erwärmt. Die Schmelztemperatur, die von der Zusammensetzung abhängt, beträgt im allgemeinen über 1400ºC oder höher. Das Rohmaterial ist eine Mischung aus Oxiden oder Substanzen, die beim Schmelzen Oxide bilden können, beispielsweise Carbonate, Bikarbonate und Hydroxide. Beim Erwärmen reagieren Rohmaterialkomponenten miteinander unter Bildung eines Verbundoxids. Das Schmelzen erfolgt im allgemeinen in Luft. Das Abschreckverfahren ist insofern nicht kritisch, als daß am Ende des Abschreckens amorphes Glas erhalten wird. Die Schmelze wird beispielsweise auf Eisenblech, Kohle, Wasser oder eine Form gegossen. Die Form kann aus Zahnuntersuchungsmassen gefertigt sein, wie Cristobalit, Calciumphosphat oder dergleichen.
- Zur Glashomogenisierung kann ein Verfahren aus Schmelzen → Abkühlen → Mahlen → erneutem Schmelzen mehrfach eingesetzt werden, oder es kann Hochfrequenzinduktion verwendet werden.
- Das so hergestellte amorphe transparente Glasmaterial wird in halbtransparentes oder undurchsichtiges Ersatzmaterial für lebendes Gewebe umgewandelt, vorzugsweise nach einem beliebigen der in den Fig. 1(a) bis 1(c) gezeigten Verfahren.
- Das in Fig. 1(a) gezeigte Verfahren schließt die Stufen ein, in denen das Glasmaterial zur Kristallkeimbildung oder Phasentrennung wärmebehandelt wird, es bei einer Temperatur gleich oder über seiner Glasübergangstemperatur formgepreßt wird und verarbeitet wird, damit es halbtransparent oder undurchsichtig wird. Am häufigsten wird das erfindungsgemäße Ersatzmaterial für lebendes Gewebe durch Kristallisieren des Glasmaterials halbtransparent oder undurchsichtig gemacht. Es sei darauf hingewiesen, daß in einigen Fällen kein definierter Peak in der Röntgenbeugung beobachtet wird, selbst nachdem das Glasmaterial halbtransparent oder undurchsichtig gemacht worden ist. Es wird angenommen, daß ein solches Glasmaterial aufgrund der Ausfällung von nicht nachweisbaren, sehr feinen Körnern und/oder Phasentrennung emulgiert und trübe ist, und es kann selbst in diesem Fall in der Durchführung der Erfindung als Ersatzmaterial für lebendes Gewebe verwendet werden. Ein Glasmaterial, in dem emulgierte Trübung aufgrund der Ausfällung nicht nachweisbarer, sehr feiner Körner und/oder Phasentrennung und mittels Röntgenbeugung nachweisbare Kristallisation gleichzeitig stattgefunden haben, kann auch als Ersatzmaterial für lebendes Gewebe verwendet werden. Wo es nicht notwendigerweise halbtransparent oder undurchsichtig sein muß, kann das Glasmaterial im formgepreßten Zustand in transparenter Form als Ersatzmaterial für lebendes Gewebe verwendet werden.
- Es sei darauf hingewiesen, daß die Wärmebehandlung zur Halbtransparenz oder Undurchsichtigkeit in Fig. 1(a) nach dem Formpressen durchgeführt wird, obwohl das Material durch die während des Formpressens angewendete Wärme halbtransparent oder undurchsichtig gemacht werden kann. In Fig. 1(a) wird die Wärmebehandlung zur Kristallkeimbildung oder Phasentrennung als primäre Wärmebehandlung bezeichnet, und die Wärmebehandlung für Halbtransparenz oder Undurchsichtigkeit wird als sekundäre Wärmebehandlung bezeichnet.
- In dem in Fig. 1(b) gezeigten Verfahren wird die sekundäre Wärmebehandlung nach dem Formpressen durchgeführt, während die primäre Wärmebehandlung weggelassen wird. In diesem Verfahren kann das Material auch durch die während des Formpressens angewendete Wärme halbtransparent oder undurchsichtig gemacht werden, ohne eine unabhängige sekundäre Wärmebehandlung durchzuführen.
- In dem in Fig. 1(c) gezeigten Verfahren werden primäre und sekundäre Wärmebehandlungen nacheinander nach dem Formpressen durchgeführt.
- Obwohl es nicht unmöglich ist, das Formpressen durchzuführen, nachdem das Glasmaterial halbtransparent oder undurchsichtig gemacht worden ist, ist dieses Verfahren aufgrund seiner extrem geringen Effizienz unerwünscht. Es sei darauf hingewiesen, daß einige Glasmaterialien mit einer speziellen Zusammensetzung in relativ einfacher Weise formgepreßt werden können, nachdem sie halbtransparent oder undurchsichtig gemacht worden sind.
- In diesen Verfahren wird die primäre Wärmebehandlung gegebenenfalls bewirkt, um die gleichförmige Kristallisation des Glases zu ermöglichen. Obwohl eine bestimmte Glasmaterialzusammensetzung aufgrund von abnormalem Kristallwachstum nicht den erwünschten Farbton und keine ausreichende Festigkeit liefert, gewährleistet die Kristallkeimbehandlung vor der Kristallisation die gleichförmige Kristallisation. Da die primäre Wärmebehandlung vor der Kristallisation gleichförmige Kristallisation gewährleistet, wird die primäre Wärmebehandlung vorteilhaft zur Herstellung von Zahnkronen verwendet, deren äußeres Erscheinungsbild von Bedeutung ist. Die primäre Wärmebehandlung reduziert auch wirksam die zur Kristallisation erforderliche Zeit. Die Bedingungen der primären Wärmebehandlung sind nicht kritisch, obwohl die Wärmebehandlung vorzugsweise nahe einer Temperatur bewirkt wird, bei der Kristallkeimbildung oder Phasentrennung stattfindet, insbesondere im Bereich von 600 bis 850ºC für etwa 30 Minuten bis etwa 50 Stunden. Wenn die Kristallkeimbildungs- oder Phasentrennungstemperatur nahe an der Kristallisationstemperatur liegt, kann die primäre Wärmebehandlung ohne wesentlichen Einfluß weggelassen werden. Wenn die Durchgangszeit durch die Temperatur, bei der Kristallkeimbildung oder Phasentrennung stattfindet, durch Verminderung der Heizgeschwindigkeit während der sekundären Wärmebehandlung verlängert wird, wird auch ein Ersatzmaterial für lebendes Gewebe mit ästhetischem Erscheinungsbild erhalten, wie es erhalten wird, wenn die primäre Wärmebehandlung unabhängig durchgeführt wird.
- Die Temperatur während des Formpressens in den jeweiligen Verfahren von Fig. 1 ist gleich oder über der Glasübergangstemperatur von Glasmaterial, vorzugsweise in dem Temperaturbereich, bei dem die Formung unter einem Druck bis zu 5 MPa möglich ist. Um das viskose Fließen von Glas während des Formpressens vorteilhaft zu nutzen, wird das Heizen vorzugsweise so durchgeführt, daß die Viskosität des Glasmaterials und seine Veränderung wie zuvor beschrieben sind. Da die Kristallisation von Glasmaterial in Abhängigkeit von der Formungstemperatur sogar während der Formung abläuft, wird die Formungstemperatur geeignet bestimmt, so daß die Kristallinität in einen gewünschten Bereich fallen kann. Die Temperatur variiert mit der zur Formung aufgewendeten Zeit und kann experimentell ermittelt werden.
- Das Glasmaterial kann geformt werden, indem es beispielsweise in eine Form gegeben und mit einem Stempel gepreßt wird. Die Form und der Stempel können aus Zahnuntersuchungsmaterialien auf Basis von Cristobalit und Phosphat- Cristobalit, Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid hergestellt sein. Die Form und der Stempel können mit den üblichen Fertigkeiten von Zahntechnikern hergestellt werden.
- Das Glasmaterial kann erwärmt werden, indem es in eine vorgeheizte Form getan wird oder indem es in eine Form gegeben und die Form in einen Ofen eingebracht wird. Nachdem das Glasmaterial auf die festgesetzte Temperatur erwärmt worden ist, wird es Formpressen unterworfen. Zum Heizen und Pressen kann eine Heißpreßtechnik verwendet werden. In einer alternativen Technik wird die Form, wenn sie erst einmal erwärmt worden ist, aus dem Ofen genommen, und danach wird eine Druckkraft angewendet. Diese Technik bewirkt eine Verbesserung der Produktivität, weil mehrere jeweils mit Glasmaterial beladene Formen gleichzeitig in dem Ofen erwärmt werden können. Mit der Anwendung von Druckkraft auf das Glasmaterial kann begonnen werden, bevor oder nachdem die Maximaltemperatur während der Formung erreicht worden ist. Das erstere ist zur Verkürzung der Formungsstufe vorteilhaft, weil die Formung gleichzeitig mit der Erweichung des Glasmaterials beginnt. Wenn ein notwendiger Verformungsgrad bewirkt wird, bevor die Maximaltemperatur erreicht ist, kann die Komprimierung zu dem Zeitpunkt unterbrochen werden, was zu weiterer Zeitersparnis beiträgt. Das letztere gewährleistet Homogenität nach der Formung. Da eine Druckkraft nach einem Absinken der Viskosität des Glases ausgeübt wird, wird das Brechen der Form verhindert. Eine Druckkraft wird aufrechtgehalten, bis das Glasmaterial so verformt worden ist, daß es den Hohlraum der Form getreu wiedergibt, oft für etwa 5 bis 20 Minuten, obwohl die genaue Zeitdauer mit den Druckmitteln und der Temperatur variiert.
- Für die Drucktechnik während der Formung gibt es keine speziellen Einschränkungen. Da das Glasmaterial unter einem niedrigen Druck von bis zu 5 MPa, insbesondere bis zu 0,3 MPa geformt werden kann, entfällt bei der Erfindung der Bedarf nach speziellen Druckmitteln, und die Formung wird durch bloße Verwendung von beispielsweise einer Handpresse oder eines Gewichts möglich. Im Fall eines Gewichts wird die Form mit dem auf dem Stempel ruhenden Gewicht erwärmt. Dann sinkt das Gewicht, wenn das Glasmaterial seine Viskosität verringert. Der Abschluß der Formung kann durch das Ende der Abwärtsbewegung des Gewichts festgestellt werden. Wenn eine Druckkraft durch eine Preßmaschine mit konstant gehaltener Traversengeschwindigkeit ausgeübt wird, kann der Abschluß der Formung ebenfalls als Traversenpositionsänderung oder Druckanstieg festgestellt werden.
- Die Fig. 2 bis 5 veranschaulichen beispielhafte Formpreßverfahren. Eine Vorrichtung zur Formung eines Ersatzmaterials für lebendes Gewebe durch Formpressen schließt eine Form 2 und einen Stempel 4 ein. Die Form 2 schließt einen Formungshohlraum 21 und eine Bohrung 23 ein, die den Stempel 4 aufnimmt und durch einen Einguß 22 in Fließverbindung mit dem Hohlraum 21 verbunden ist. Ein Rahmen 5 ist ein Außenrahmen, der verwendet wird, wenn die Form 2 gegossen wird. Ein als Auskleidung im Inneren des Gießrahmens 5 angebrachter Puffer 6 soll die Ausdehnung des Formungsmaterials ausgleichen. Oft ist der Gießrahmen 5 ein Eisenring, und der Puffer 6 ist ein Asbestband. Der Formungshohlraum 21, der Einguß 22 und die Bohrung 23 werden durch ein konventionelles Präzisionsgußverfahren oder dergleichen definiert. Ein Block aus Glasmaterial 3 wird in die Bohrung 23 gegeben und in Pfeilrichtung durch den Stempel 4 komprimiert. Da das Glasmaterial 3 auf eine festgesetzte Temperatur erwärmt worden ist und somit bei Komprimierung eine niedrige Viskosität hat, verursacht der ausgeübte Druck, daß das Glasmaterial durch den Einguß 22 in den Hohlraum 21 fließt, wo es sich genau gemäß der Form des Hohlraums 21 verformt, so daß es die Form der Zahnkrone annimmt.
- In den Ausführungsformen, in denen die Bohrung 23 eine geneigte Innenoberfläche aufweist, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, neigt sich die Innenoberfläche der Bohrung nach innen, vorzugsweise mit einem Gradienten bis zu 1/5, insbesondere bis zu 1/15. In der in Fig. 4 gezeigten bevorzugten Ausführungsform hat die Bohrung 23 eine Innenoberfläche, die sich im wesentlichen parallel zu der Richtung des angewendeten Drucks erstreckt. Die Bohrung mit der leicht geneigten oder geraden Innenoberfläche definiert mit einem in gleicher Weise geneigten oder geraden Stempel 4 einen minimalen Spalt, der wirksam das Rückfließen des erweichten Glasmaterials 3 durch diesen verhindert. Dies führt zu Einsparungen der Menge an einzuladendem Glasmaterial. Die Bohrung 23 hat im allgemeinen einen kreisförmigen Querschnitt (senkrecht zu der Richtung des angewendeten Drucks gesehen), obwohl sie auch elliptisch oder polygonal sein kann.
- Vorzugsweise ist die Form mit einer Entlüftung oder einem Ablaufweg 24 ausgestattet, die bzw. der sich in Fließverbindung mit dem Formungshohlraum 21 befindet, wie in den Fig. 3 bis 5 gezeigt wird. Die Entlüftung 24 ermöglicht, daß ein Teil des Glasmaterials bei Anwendung von Druck ablaufen kann, wodurch das Füllen des Hohlraums 21 mit dem Glasmaterial und das Herstellen eines hohlraumgetreuen Formteils unter relativ niedrigem Druck erleichtert wird. Die Entlüftung 24 verhindert auch effektiv die Anwendung von übermäßigem Druck auf die Form bei Druckausübung, wodurch das Reißen der Form 2 verhindert wird. Als Ergebnis wird der Prozentsatz der mangelhaften Teile deutlich herabgesetzt. Der Durchmesser und die Gestaltung des Querschnitts der Entlüftung 24 kann in Abhängigkeit von dem Volumen und der Gestalt des Formhohlraums 21 geeignet festgesetzt werden. Es kann mehr als eine Entlüftung 24 bereitgestellt werden. Oft wird die Entlüftung 24 durch ein konventionelles Präzisionsgußverfahren oder dergleichen definiert. In den illustrierten Ausführungsformen öffnet sich die Entlüftung 24 zum Äußeren der Form 2. Da konventionelle Dentalformen gut luftdurchlässig sind, ist es nicht erforderlich, die Luft in dem Formungshohlraum 21 über die Entlüftung 24 abzulassen. Dann braucht sich die Entlüftung 24 nicht zum Äußeren der Form 2 zu öffnen. Die Entlüftung 24 steht in den illustrierten Ausführungsformen mit dem Äußeren der Form in Verbindung, weil eine solche durchgehende Entlüftung sich leichter nach einem Präzisionsgußverfahren definieren läßt.
- Der Einguß 22, der den Formungshohlraum 21 und die Stempelaufnahmebohrung 23 verbindet, ist vorzugsweise in bezug auf die Richtung des angewendeten Drucks geneigt, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Der geneigte Einguß 22 erleichtert das Einfüllen des Glasmaterials in den Hohlraum 21 und das Erzeugen eines hohlraumgetreuen Formteils unter relativ niedrigem Druck und verhindert, daß die Form 2 bei Anwendung von Druck reißt. Der Neigungswinkel relativ zu der Richtung des angewendeten Drucks ist nicht speziell eingeschränkt, obwohl erwünscht ist, daß ihre projizierten Bilder sich nicht überlappen, wenn Einlaß und Auslaß des Eingusses 22 auf eine Ebene senkrecht zu der Richtung des ausgeübten Drucks projiziert werden. Solange Einlaß und Auslaß des Eingusses 22 in dieser Beziehung verschoben sind, muß der Einguß 22 nicht wie in Fig. 5 gezeigt gerade sein. Auch ein gekrümmter Einguß ist akzeptabel.
- Der Einguß 22 hat vorzugsweise eine Querschnittform, die der Gestalt des Formungshohlraums 21 entspricht. Wenn eine künstliche Zahnkrone für den Schneidezahn wie in der illustrierten Ausführungsform geformt werden soll, hat der Einguß 22 entsprechend der Flachheit des Schneidezahns ein Verhältnis von kleinerem Durchmesser/größerem Durchmesser von etwa 1 : 7 im Querschnitt. Dann kann ein Formkörper mit einer in hohem Maße dem Formungshohlraum 21 getreuen Gestalt unter relativ niedrigem Druck hergestellt werden. Der Einguß 22 muß keine vom Einlaß bis zum Auslaß konstante Querschnittfläche haben und kann in der Fläche variieren.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform schließt die Form 2 eine Auskleidung 25 ein, die mindestens einen Teil der Innenoberfläche der Stempelaufnahmebohrung 23 bedeckt, wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt wird. Die Auskleidung 25 ist aus hochfestem Material mit einer höheren Druckfestigkeit als das Material der Form 2 hergestellt.
- Die Bohrung 23 ist an ihrer inneren Oberfläche mit der hochfesten Auskleidung 25 ausgekleidet, um Reißen des geformten Teils zu verhindern. Da während des Formpressens Druck auf die Form 2 ausgeübt wird, kann die Form 2 reißen. Wenn das Glasmaterial in diese Risse eindringt, besteht die Wahrscheinlichkeit, daß es dem Formungshohlraum 21 an Glasmaterial mangelt. Wenn Risse den Hohlraum 21 erreichen, hat das resultierende geformte Teil Grate, was noch schlimmer ist. Diese Rißbildung kann vermieden werden, indem die Festigkeit der Form erhöht wird, wobei gleichzeitig das geformte Teil bei Entnahme aus der Form beschädigt werden kann. Das liegt daran, daß das geformte Teil im allgemeinen aus der Form entnommen wird, indem eine äußere Kraft auf die Form ausgeübt wird, um in dieser Risse zu bilden, und die Fragmente des Formmaterials entfernt werden. Zur Zerstörung der hochfesten Form muß eine größere Kraft auf die Form angewendet werden, so daß hierdurch das in ihr befindliche geformte Teil beschädigt werden kann. In den Fig. 6 bis 8 gezeigten Ausführungsformen wird dann die Bohrung 23 mit der hochfesten Auskleidung 25 auf der Innenoberfläche ausgestattet, und die Form 2 selbst ist aus einem Material mit vergleichsweise niedriger Druckfestigkeit, was nicht nur die Form unter dem Formungsdruck am Reißen hindert, sondern auch gewährleistet, daß die Form leicht zerstört wird, ohne Schäden an dem innen befindlichen geformten Teil zu verursachen, wenn das geformte Teil aus der Form entfernt wird.
- Obwohl die hochfeste Auskleidung 25 sich vorzugsweise über die gesamte innere Oberfläche der Bohrung 23 erstreckt, wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist es lediglich erforderlich, daß die Auskleidung 25 einen Teil der inneren Oberfläche der Bohrung bedeckt, insbesondere jenen Teil der inneren Oberfläche der Bohrung, die während des Formpressens in Kontakt mit dem Glasmaterial 3 kommt. Da es recht schwierig und teuer ist, hochfestes Material auf die in Fig. 6 gezeigte Formgestalt aufzubringen, ist es akzeptabel, daß das hochfeste Material oder die hochfeste Auskleidung nicht nahe dem Boden der Bohrung 23, wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist, aufgebracht wird.
- Die hochfeste Auskleidung ist im allgemeinen etwa 0,1 bis etwa 3 mm dick, obwohl die Dicke nicht kritisch ist und geeignet unter Berücksichtigung des Typs des hochfesten Materials und des Formungsdrucks festgelegt werden kann.
- Der Stempel 4 nimmt nur Druckbeanspruchung im eigentlichen Sinne auf. Selbst wenn der Stempel 4 aus Material mit relativ niedriger Druckfestigkeit hergestellt ist, ist sein Ausfall daher wenig wahrscheinlich. Es ist jedoch bevorzugt, daß der Stempel 4 mindestens teilweise aus einem verstärkenden oder hochfesten Material 45 mit höherer Druckfestigkeit als das Material der Form 2 hergestellt ist, wie in den Fig. 9(a), 9(b) und 9(c) gezeigt ist. Das hochfeste Material oder die hochfeste Abdeckung 45 verhindert Ausfall des Stempels 4, wie durch Risse oder Bruch. Die Verstärkung oder Abdeckung 45 aus hochfestem Material bildet oder bedeckt mindestens einen Teil der Oberfläche des Stempels 4 gegenüber der inneren Oberfläche der Bohrung, insbesondere jenen Teil der Stempeloberfläche, der während des Formpressens in Kontakt mit dem Glasmaterial 3 kommt. Da eine Tendenz dazu besteht, daß nach der Formung einige Glasablagerungen auf dem Stempel 4 bleiben, ist es üblich, den Stempel 4 nach jedem Formungsvorgang durch einen neuen zu ersetzen. Dann ist die Ausführungsform kostengünstig, bei der nur ein Teil des Stempels 4 aus dem hochfesten Material hergestellt ist, wie in Fig. 13 gezeigt ist, weil der Stempel mit geringeren Kosten hergestellt werden kann, indem die Menge des hochfesten Materials vermindert wird, das teurer als die Untersuchungsmaterialien mit geringer Festigkeit ist. Die hochfeste Abdeckung 45 kann in den Ausführungsformen von Fig. 9 eine Dicke ähnlich der der hochfesten Auskleidung 25 haben, die mit der Stempelaufnahmebohrung 23 verbunden ist.
- Das Material, aus dem die Form 2 hergestellt ist, hat vorzugsweise eine Druckfestigkeit von bis zu 20 MPa, insbesondere bis zu 15 MPa, und vorzugsweise mindestens 2 MPa, insbesondere mindestens 4 MPa am Ende des Formpressens. Wenn die Druckfestigkeit des Formmaterials zu hoch ist, würde die Wahrscheinlichkeit des Schadens am geformten Teil aus dem oben genannten Grund hoch. Wenn die Druckfestigkeit des Formmaterials zu niedrig wäre, würde die Form während der Formung zerbrochen, selbst wenn die hochfeste Auskleidung bereitgestellt wird.
- Die Druckfestigkeit des Formmaterials ist hier als diejenige nach dem Formpressen definiert, weil die Form während des Formpressens gleichzeitig erwärmt wird und die Druckfestigkeit von diesem Erwärmen abhängt. Es ist möglich, die Entnahme des geformten Teils aus der Form zu erleichtern, indem die Form, um sie weich zu machen, in Wasser eingetaucht wird, und in diesem Fall ist die Druckfestigkeit diejenige der Form, die in Wasser eingetaucht worden ist.
- Das hochfeste Material hat ebenfalls bevorzugt eine Druckfestigkeit von mindestens 15 MPa, insbesondere mindestens 30 MPa. Bei einer Druckfestigkeit unter der Grenze wäre die Bereitstellung des Verstärkungsmaterials bedeutungslos. Es muß für die Druckfestigkeit des hochfesten Materials keine Obergrenze gesetzt werden. Oft wird ein Material mit einer Druckfestigkeit von bis zu 2000 MPa aufgrund der Verfügbarkeit und leichten Formgestaltung bevorzugt verwendet.
- Die hier verwendete Druckfestigkeit wird gemäß JIS R 1608 gemessen, wenn das Material der Form und das hochfeste Material Keramiken sind. Insbesondere werden fünf zylindrische Proben mit 12,5 mm Durchmesser und 5 mm Höhe aus dem Material geformt und die Druckfestigkeit mit einer Traversengeschwindigkeit von 0,5 mm/Min gemessen. Bei einem metallischen Verstärkungsmaterial wird die Druckfestigkeit als Wert angegeben, mit dem ein Prüfobjekt bricht, wenn dasselbe Druckfestigkeitsmeßverfahren wie für die Keramiken verwendet durchgeführt wird.
- Das Material mit relativ niedriger Druckfestigkeit, aus dem die Form 2 gefertigt ist, kann geeigneterweise aus Zahnuntersuchungsmaterialien ausgewählt werden, beispielsweise Cristobalit und Phosphatsystem-Cristobaliten, wie Calciumphosphat-Cristobalit sowie Gips, wobei das Cristobalit bevorzugt ist. Cristobalit kann weich gemacht werden, durch Eintauchen in Wasser noch weicher gemacht werden oder oberflächengeglättet werden. Das Material für die hochfeste Auskleidung 25 oder Abdeckung 45 hat keine besonderen Einschränkungen und kann geeigneterweise ausgewählt werden, indem seine Beziehung zu der Druckfestigkeit des Formmaterials berücksichtigt wird, vorzugsweise aus Metall- und Keramikmaterialien. Keramikmaterialien sind besonders bevorzugt, da die Wärme während des Formpressens die Reaktion von Metallen mit dem Glasmaterial herbeiführen kann, so daß das Glasmaterial eine unerwünschte Farbe erhält. Bevorzugte Beispiele für das Metall sind rostfreier Stahl und Eisen, während bevorzugte Beispiele für die Keramik Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Zirkoniumdioxid und Zeolith einschließen. Keramikmischungen wie Mischungen verschiedener Porzellane und hitzebeständiger Materialien (z. B. Feldspat-Quarz-Kaolin-Systeme) sind auch bevorzugt. Ferner sind Phosphatsystem-Cristobalite, hitzebeständige Dentalmaterialien und Gips akzeptabel.
- Es kann jedes gewünschte Verfahren zur Bildung der Auskleidung 25 und Verstärkung oder Abdeckung 45 aus hochfestem Material verwendet werden, obwohl oft das folgende Verfahren verwendet wird.
- Fig. 10 veranschaulicht, wie die Form 2 nach einem Präzisionsgußverfahren hergestellt wird. Der Gießrahmen 5 und Puffer 6 werden auf einem Träger 7 abgelegt. Eine Formgestalt 8 aus Silikonkautschuk oder dergleichen zur Bildung der Stempelaufnahmebohrung wird in dem Rahmen 5 angeordnet. Ein hochfestes Material wird auf die Oberfläche der Formgestalt 8 aufgebracht, um die Auskleidung 25 zu bilden. Auf der Formgestalt 8 wird eine Wachsformgestalt 9 zur Bildung von Einguß und Hohlraum angeordnet. In diesem Zustand wird ein Formmaterial wie eine Untersuchungsmasse in den Rahmen 5 gegossen, gefolgt von den üblichen Schritten eines konventionellen Präzisionsgußverfahrens.
- Der Stempel 4 einschließlich eines unteren Teils in Form der Verstärkung aus hochfestem Material 45 wird wie in Fig. 11 gezeigt hergestellt, indem ein hochfestes Material 45 in einem Hohlraum einer stempelbildenden Form 10 aus Silikonkautschuk oder dergleichen angeordnet wird, ein Stempelmaterial wie eine Untersuchungsmasse darauf gegossen wird und die Form 10 entfernt wird.
- Nachdem das Glasmaterial mit der oben genannten Formungsvorrichtung für Ersatzmaterial für lebendes Gewebe formgepreßt worden ist, wird das geformte Teil im Ofen oder außerhalb des Ofens abkühlen gelassen. Gewünschtenfalls wird das geformte Teil langsam mit kontrollierter Geschwindigkeit abgekühlt. Das geformte Teil kann nach einer normalen Technik aus der Form genommen werden, die der Zahntechniker üblicherweise verwendet.
- Das erfindungsgemäße Glasmaterial kann bei etwa 850 bis 1000ºC im wesentlichen halbtransparent oder undurchsichtig gemacht werden. Im wesentlichen undurchsichtiges Glasmaterial bedeutet, daß es einen solchen Grad an Undurchsichtigkeit aufweist, daß, wenn ein Glasstück von 2 mm Dicke mit gegenüber der Dickerichtung hochglanzpolierten Oberflächen auf 2 mm breite gedruckte Linien gelegt wird, die Linien durch das Glasstück nicht visuell identifiziert werden können. Wenn das Glasmaterial halbtransparent ist, wird die Anwesenheit der Linien wahrgenommen, der Rand der Linien ist jedoch unscharf. Der Grad der Undurchsichtigkeit kann gewünschtenfalls in geeigneter Weise bestimmt werden. Die Temperaturverweilzeit in der sekundären Wärmebehandlung ist nicht besonders eingeschränkt und kann in geeigneter Weise bestimmt werden, so daß ein gewünschter Grad an Halbtransparenz oder Undurchsichtigkeit zur Verfügung steht, obwohl sie im allgemeinen bis zu 10 Stunden beträgt, wobei eine Verweilzeit bis zu einer Stunde akzeptabel ist. Es ist akzeptabel, das Material unmittelbar nach Erreichen der festgesetzten Temperatur abzukühlen, ohne auf der Temperatur zu verweilen.
- Wenn die Kristallisation von nahe der Oberfläche des Glasmaterials ausgeht, kann nahe der Oberfläche des Glasmaterials nach der Kristallisation ein Bereich mit höherer Kristallinität vorhanden sein. Die Dicke dieses Oberflächenbereichs sollte vorzugsweise bis zu 3 um betragen. Es ist jedoch bevorzugt, daß die Kristallisation gleichförmig abläuft und ein solcher Bereich im wesentlichen fehlt.
- Wenn die sekundäre Wärmebehandlung der Formpreßstufe folgt, wird empfohlen, das geformte Teil aufgrund der verbesserten Produktivität ohne Abkühlen der sekundären Wärmebehandlung auszusetzen.
- Eine prozentuale Dichteänderung nach Behandlung von Glasmaterial auf Halbtransparenz oder Undurchsichtigkeit, die gegeben ist als {(Dichte nach Halbtransparenz- oder Undurchsichtigkeitsbehandlung) - (Dichte vor Halbtransparenz- oder Undurchsichtigkeitsbehandlung)}/(Dichte vor Halbtransparenz- oder Undurchsichtigkeitsbehandlung) ist vorzugsweise -5% bis +3%. Die Verfahren, um Glas halbtransparent oder undurchsichtig zu machen, schließen Kristallausfällung, Phasentrennung zur Trübung und Phasentrennung mit anschließender Kristallisation der resultierenden Phase ein. Wenn die kristalline Phase als Ergebnis der Kristallausfällung und Phasentrennung mit anschließender Kristallisation eine höhere Dichte als die glasartige Phase hat, können sich in dem Glas Hohlräume bilden und/oder das Glas schwindet. Im ersteren Fall sinkt die Festigkeit des Glases. Im letzteren Fall ist die Maßhaltigkeit beeinträchtigt. Das erfindungsgemäße Glasmaterial kann diese Probleme durch geeignete Auswahl einer Zusammensetzung vermeiden, wobei die Dichteänderung nach Behandlung auf Halbtransparenz oder Undurchsichtigkeit, wie oben gesagt, minimiert werden kann.
- Es sei darauf hingewiesen, daß bei der Wärmebehandlung eine Ausdehnung (Expansion) auftreten kann und sich in diesem Fall ein Problem der Maßhaltigkeit ergeben kann. Eine Vergrößerung durch Expansion kann dann durch Maschinenbearbeitung korrigiert werden, was kein wesentliches Problem darstellt, im Gegensatz zu der Schwindung. Insbesondere wenn die Behandlung auf Halbtransparenz oder Undurchsichtigkeit nach der Formung in der Form durchgeführt wird, erzeugt eine Änderung der Maßhaltigkeit, die durch einen Dichteunterschied zwischen Phasen verursacht wird, kein wesentliches Problem.
- Die in dem erfindungsgemäßen Glasmaterial gebildeten Kristalle unterliegen keinen speziellen Einschränkungen. Die gebildeten Kristalle sind in Abhängigkeit von der Zusammensetzung unterschiedlich und schwierig zu identifizieren. Beispiele für die gebildeten Kristalle, die identifiziert werden können, schließen Magnesiumtitanat, Enstatit, β-Quarz, Magnesiumaluminotitanat, Rutil, Gahnit, Diopsid, Saphirin und Petalit ein.
- Am Ende der Kristallisation ist die mittlere Korngröße nicht kritisch, obwohl sie im allgemeinen bis zu 100 um, vorzugsweise bis zu 10 um, insbesondere bis zu 1 um beträgt. Bei einer größeren Korngröße wird selten hohe Festigkeit erreicht. Die Korngröße kann durch Rasterelektronenmikroskop (SEM) und Röntgen-Kleinwinkelstreuung bestimmt werden.
- In der vorliegenden Erfindung können die Glasübergangstemperatur, der Erweichungspunkt, die Kristallisationstemperatur und Kristallkeimbildungs- oder Phasentrennungstemperatur durch Differentialthermoanalyse und Messung des Wärmeausdehnungskoeffizienten bestimmt werden.
- Ersatzmaterialien für lebendes Gewebe können nur durch Formpressen von Glasmaterial, wie oben gesagt, geformt werden, obwohl das aus dem Formpressen resultierende geformte Teil außerdem maschinenbearbeitet werden kann, um einen Ersatz für lebendes Gewebe zu bilden. Die Maschinenbearbeitungsstufe ist vorteilhaft zur Herstellung eines Ersatzes für lebendes Gewebe mit komplexer Gestalt, in die ein Formhohlraum nur mit Schwierigkeiten geformt werden kann, oder zur Herstellung eines Ersatzes für lebendes Gewebe, das sehr hohe Maßgenauigkeit erfordert. Wenn das geformte Teil eine Gestalt und Größe hat, die für den fertigen Ersatz für lebendes Gewebe geeignet ist, kann die Maschinenbearbeitung innerhalb kurzer Zeit abgeschlossen und der Glasmaterialabfall verringert werden. Die Art der Maschinenbearbeitung ist nicht speziell eingeschränkt und kann jede der Maschinenbearbeitungen, die Bohrer aus sehr hartem Material wie Diamant und Carborundum verwenden, Bearbeitung auf der Drehbank und dergleichen sein.
- Zur Verwendung als künstliche Zahnkrone hat das erfindungsgemäße Ersatzmaterial für lebendes Gewebe nicht nur ein gutes ästhetisches Erscheinungsbild, sondern auch Wasser- und Säurebeständigkeit, so daß es selbst dann wenig altert, wenn es der Mundhöhle ausgesetzt wird. Somit hat es eine lange Lebensdauer.
- Obwohl die Erfindung hauptsächlich in ihrer Anwendung auf künstliche Zahnkronen beschrieben worden ist, läßt sie sich in gleicher Weise auf andere Ersatzmaterialien für lebendes Gewebe anwenden, beispielsweise künstliche Knochen wie Ossiculum, Knochenschrauben, Perkutanabschlüsse, Blutgefäße und Luftwege. Beispiele für diese Ersatzmaterialien für lebendes Gewebe sind in Fig. 12 veranschaulicht.
- Fig. 12(a) ist ein künstlicher Wirbelkörper, Fig. 12(b) ist eine künstliche Bandscheibe, Fig. 12(c) ist ein künstliches Ilium, Fig. 12(d) ist eine künstliche Luftröhre und Fig. 12(e) ist eine Knochenschraube.
- Als nächstes beschreiben wir das Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Zahnregulierungsteils. Die Fig. 13(a), 13(b), 13(c) und 13(d) veranschaulichen beispielhafte Zahnregulierungsteile (Zahnverstärkungsteile), auf die die Erfindung anwendbar ist. Das Zahnregulierungsteil wird grundlegend nach dem gleichen Verfahren wie das oben genannte Ersatzmaterial für lebendes Gewebe hergestellt. Da das Zahnregulierungsteil im allgemeinen eine höhere Transparenz haben soll, fällt die primäre Wärmebehandlung in Fig. 1 im allgemeinen weg und die Behandlungsdauer der sekundären Wärmebehandlung wird verkürzt, oder statt einer unabhängigen sekundären Wärmebehandlung wird die Wärme während des Formpressens verwendet.
- Nachfolgend werden zur Veranschaulichung Beispiele für die vorliegende Erfindung gegeben.
- Glasblöcke wurden hergestellt, indem Verbindungen und Metalle wie in den folgenden Tabellen gezeigt in Pulverform eingewogen wurden, um so relative Gehalte wie in den Tabellen gezeigt zu ergeben, wobei nach einem Umschmelzverfahren eine homogene Glasschmelze gebildet wurde, und die Glasschmelze in eine Kohleform gegossen wurde. Die Glasblöcke wurden maschinell zu zylindrischen Teilen mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Länge von 4 mm verarbeitet. Mit diesen Glasmaterialien sollten Verformungsgeschwindigkeit und Viskosität gemessen werden.
- Die Glasmaterialien wurden unter Verwendung eines elektrischen Ofens 12 Stunden oder weniger einer primären Wärmebehandlung unterworfen. Einige Glasmaterialien wurden keiner primären Wärmebehandlung unterworfen.
- Das Glasmaterial wurde in einen elektrischen Ofen getan und mit einer Heizgeschwindigkeit von 5ºC/Minute erwärmt, während es in Längsrichtung unter einer Anfangsdruckkraft von 1,8 MPa komprimiert wurde, und nachfolgend auf 1000ºC erwärmt, während eine konstante Last gehalten wurde. Eine 40 mm · 40 mm Aluminiumoxidplatte wurde zwischen den zur Komprimierung verwendeten Schieber und das Glasmaterial gesetzt, um einen vollständig breiten Bereich zu gewährleisten. Die Verformungsgeschwindigkeit wurde mit "0" bewertet, wenn sie 85% bis weniger als 90% betrug, und " ", wenn sie 90% oder mehr betrug. Die Ergebnisse sind in den Tabellen gezeigt.
- Die Glasmaterialien wurden Wärmebehandlung unter den in den Tabellen gezeigten Bedingungen unterworfen. Nach der Wärmebehandlung wurden die Materialien zu Pulver pulverisiert und durch Pulverröntgenbeugung (XD-D1, hergestellt von Shimazu Mfg. K. K.) analysiert. Mehrere Glasmaterialien zeigten definierte Peaks, die die oben genannten und andere Kristalle anzeigen, und die restlichen Glasmaterialien wie Nr. 307 in Tabelle 3 zeigten keine definierten Peaks.
- Als nächstes wurden Glasmaterialien wie oben hergestellt, außer daß sie einen Durchmesser von 10 mm und eine Höhe von 4 mm hatten. Jedes Glasmaterial wurde nach der sekundären Wärmebehandlung an seinen gegenüberliegenden Flächen hochglanzpoliert, wodurch ein Prüfprobenstück mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Höhe von 2 mm erhalten wurde. Das Probenstück wurde auf einem gedruckten Material angeordnet, auf das Linien von 2 mm Breite gedruckt worden waren, um zu beurteilen, ob die Linien visuell zu identifizieren waren. Als Ergebnis waren alle der in den Tabellen gezeigten Glasmaterialien halbtransparent oder undurchsichtig. In diesen Glasmaterialien wurde keine hochkristalline Schicht nahe der Oberfläche nachgewiesen.
- Das Glasmaterial wurde nach der sekundären Wärmebehandlung pulverisiert und klassifiziert, wobei 3 g einer Fraktion mit einer Teilchengröße von 420 bis 590 um als Testpulver genau eingewogen wurden. Das Testpulver wurde in 100 ml einer Testlösung (0,01 N Salpetersäure oder gereinigtes Wasser) eine Stunde gesiedet und getrocknet, bevor ein prozentualer Gewichtsverlust berechnet wurde. Die Ergebnisse sind in den Tabellen gezeigt.
- Das Glasmaterial wurde nach der sekundären Wärmebehandlung auf seinen Oberflächen mit Diamantpaste auf Hochglanz poliert, wobei ein 3 mm · 4 mm · 35 mm Probestück erhalten wurde. Die Biegefestigkeit wurde nach einer Dreipunkt- Biegeprüfung unter Verwendung eines Festigkeitsprüfgeräts ServoPulser EHF-F1 (hergestellt von Shimazu Mfg. K. K.) mit einer Traversengeschwindigkeit von 0,5 mm/Minute und einer Spannweite von 15 mm gemessen. Außer der Form wurden die Probestücke nach den gleichen Verfahren wie die Glasmaterialien hergestellt. Die Ergebnisse sind in den Tabellen gezeigt. Tabelle 1
- ***) Außerhalb des Bereichs der Erfindung
- **) Außerhalb des bevorzugten Bereichs
- *) Außerhalb des besonders bevorzugten Bereichs Tabelle 2
- ***) Außerhalb des Bereichs der Erfindung
- **) Außerhalb des bevorzugten Bereichs
- *) Außerhalb des besonders bevorzugten Bereichs Tabelle 3
- ***) Außerhalb des Bereichs der Erfindung
- **) Außerhalb des bevorzugten Bereichs
- *) Außerhalb des besonders bevorzugten Bereichs Tabelle 4
- ***) Außerhalb des Bereichs der Erfindung
- **) Außerhalb des bevorzugten Bereichs
- *) Außerhalb des besonders bevorzugten Bereichs
- Wie aus den Tabellen ersichtlich ist, haben die erfindungsgemäßen Glasmaterialien eine hohe Verformungsgeschwindigkeit bei Temperaturen bis zu 1000ºC, befriedigende Säure- und Wasserbeständigkeit und ausreichende Biegefestigkeit. Insbesondere Nr. 203, 204 und 205 in Tabelle 2 und die Glasmaterialien in den Tabellen 3 und 4 haben eine hohe Verformungsgeschwindigkeit. Nr. 201 und 202 in Tabelle 2 haben eine befriedigende Säurebeständigkeit. Da die Glasmaterialien mit der in Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzung eine höhere Arbeitstemperatur als die Glasmaterialien in den Tabellen 3 und 4 haben, werden Bläschen nicht so effizient entfernt, es sei denn, daß die Temperatur der Glasschmelze erhöht oder die Schmelzzeit (Zeit, in der das Glas geschmolzen bleibt) verlängert wird. Bei der Herstellung der Glasmaterialien von Tabelle 2 wurden dann die Schmelzzeiten verlängert, um Bläschen vollständig zu entfernen. Wenn ein Glasmaterial mit der gleichen Zusammensetzung, wie in Tabelle 2 gezeigt, hergestellt wurde, wobei die Schmelzzeit die gleiche wie bei der Herstellung der Glasmaterialien der Tabellen 3 und 4 war, verblieben Bläschen in dem Glasmaterial.
- Die in Tabelle 5 gezeigten Glasmaterialien wurden auf Viskositätsänderung untersucht, während sie mit einer Heizgeschwindigkeit von 5ºC/Min auf 1000ºC erwärmt wurden. Zu Vergleichszwecken wurden Glasmaterialien, deren Zusammensetzung außerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs lag, in gleicher Weise gemessen. Die Ergebnisse sind in den Fig. 14 bis 18 gezeigt.
- Ähnlich der Messung der Verformungsgeschwindigkeit wurde die Viskositätsänderung bei dem Glasmaterial (in Form eines Zylinders mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Länge von 4 mm) nach der primären Wärmebehandlung gemessen. Zur Messung wurde das in NEW GLASS, Band 4, Nr. 1, Seite 75 (1989) beschriebene Verfahren mit einer Heizgeschwindigkeit von 5ºC/Min verwendet. Tabelle 5
- ***) Außerhalb des Bereichs der Erfindung
- **) Außerhalb des bevorzugten Bereichs
- *) Außerhalb des besonders bevorzugten Bereichs Tabelle 6
- ***) Außerhalb des Bereichs der Erfindung
- **) Außerhalb des bevorzugten Bereichs
- *) Außerhalb des besonders bevorzugten Bereichs
- Glasmaterialien Nr. 602 bis 605 in Tabelle 6 haben Zusammensetzungen innerhalb des Bereichs, der in "Fine Ceramics", Band 3, Seiten 79 bis 87, 1982 beschrieben ist. Da diese Glasmaterialien den oben genannten Ausdruck I nicht erfüllen, oder den oben genannten Ausdruck I erfüllen, jedoch Fluor enthalten, zeigten sie im Unterschied zu den erfindungsgemäßen Glasmaterialien auf halbem Wege des Heizens einen raschen Viskositätsanstieg, wie in den Fig. 14 bis 18 zu sehen ist. Insbesondere behielten die erfindungsgemäßen Glasmaterialien den Zustand, daß logη mindestens 7 Minuten bis zu 7,6 betrug, während die Glasmaterialien der Vergleichsbeispiele den Zustand, daß logη bis zu 7,6 betrug, nicht mindestens 7 Minuten halten konnten. Die Verformungsgeschwindigkeit der Glasmaterialien der Vergleichsbeispiele wurden auch nach dem gleichen Verfahren wie oben gemessen, wobei sich
- Nr. 602 66,5%
- Nr. 603 80,5%
- Nr. 604 78% und
- Nr. 605 84%
- ergaben, die unter der Verformungsgeschwindigkeit der erfindungsgemäßen Glasmaterialien lagen.
- Die in Tabelle 5 gezeigten Glasmaterialien waren verständlicherweise aus den Tabellen 2 und 3 gewählt. Andere erfindungsgemäße Glasmaterialien wurden in ähnlicher Weise auf Viskositätsänderung untersucht. Es wurde gefunden, daß sie alle den Zustand aufrechterhielten, daß logη mindestens 7 Minuten bis zu 7,6 betrug. Bei den in den Tabellen 3 und 4 gezeigten Glasmaterialien und Nr. 203, 204 und 205 in Tabelle 2 betrug das Minimum von logη während der Erwärmungsstufe bis auf 1000ºC 6,73 oder weniger.
- Die Glasmaterialien Nr. 205, 304 und 307 wurden auf 950ºC erwärmt, um eine Dichteänderung in der Stufe zu untersuchen, in der sie mittels Kristallisation undurchsichtig wurden. Die maximale Dichteänderung betrug für Nr. 205 + 1,8%, für Nr. 305 -1,0% und für Nr. 307 -3,2%, wobei alle im Bereich von -5% bis +3% liegen.
- Ein Glasblock wurde nach dem Umschmelzverfahren hergestellt. Die Glaszusammensetzung war die gleiche wie Glas Nr. 304 in Tabelle 3. Dieser Glasblock wurde durch Anwendung eines Drucks von 0,15 MPa für 30 Minuten bei 920ºC zu einem Zahnregulierungsteil geformt. Der geformte Körper war im wesentlichen transparent. Der geformte Körper wurde pulverisiert und nach dem gleichen Verfahren wie zuvor auf Säure- und Wasserbeständigkeit untersucht. Die Säurebeständigkeit (% Gewichtsverlust) betrug 0,060 und die Wasserbeständigkeit (% Gewichtsverlust) betrug 0,003. Nachdem die gleiche Wärmebehandlung wie auch die Formung mit dem Glasblock durchgeführt worden war, wurde die Biegefestigkeit wie zuvor gemessen, was 310 MPa ergab.
- Die Vorteile der Erfindung sind aus den Ergebnissen der vorhergehenden Beispiele offensichtlich.
- Das erfindungsgemäße Glasmaterial kann unter Ausnutzung des Phänomens des viskosen Fließens, das bei Temperaturen im Bereich von der Glasübergangstemperatur bis unter der Liquidustemperatur stattfindet, wenn das Material von einer unteren Temperaturseite erwärmt wird, formgepreßt werden. Die Ausnutzung des viskosen Fließens von Glas ermöglicht die leichte Formung des Glasmaterials zu einer gewünschten Gestalt wie einer Zahnkrone innerhalb kurzer Zeit ohne Verwendung spezieller Fertigungsgeräte. Außerdem ist die zur Formung erforderliche Temperatur so niedrig wie 1000ºC oder darunter, und der angewendete Druck ist so niedrig wie etwa 5 MPa oder darunter.
- Das Ersatzmaterial für lebendes Gewebe, das durch Verarbeitung des Glasmaterials erhalten wird, so daß dieses durch Kristallisation oder dergleichen halbtransparent oder undurchsichtig ist, hat auch ein ästhetisches Erscheinungsbild und vollkommen befriedigende Säure- und Wasserbeständigkeit. Bei Anwendung als Zahnkronen oder dergleichen treten selbst in einer aggressiven Umgebung wie der Mundhöhle wenig Auflösung und Leistungsverlust wie Festigkeitsverlust auf. Da kristallisiertes Glas des Standes der Technik für Zahnkronen geringere Umgebungsbeständigkeit und ein unzureichendes ästhetisches Erscheinungsbild als Zahnkronen hat, muß es Porzellanbrennen oder Oberflächenanfärbung unterworfen werden, wenn es als Zahnkronen verwendet werden soll. Eine solche Zahnkrone kann altern, weil das Glasbasismaterial freiliegt, wenn die Zahnkrone an der erkrankten Stelle befestigt wird und feine Dimensionsfehler weggebohrt werden. Im Unterschied dazu altert das erfindungsgemäße Ersatzmaterial für lebendes Gewebe wenig in der Mundhöhle und ist im wesentlichen frei von dem Risiko der Alterung, selbst wenn das Glasbasismaterial durch Korrektur von Dimensionsfehlern oder aus anderen Gründen freigelegt wird.
- Das erfindungsgemäße Ersatzmaterial für lebendes Gewebe besitzt mindestens die gleiche mechanische Festigkeit wie biotisches kristallisiertes Glas des Standes der Technik, das die Zugabe von Alkalimetallelementen und Phosphor unabdingbar verlangt. Dem kristallisierten Glas des Standes der Technik sind zur Verbesserung des ästhetischen Erscheinungsbilds, zur Verbesserung der Festigkeit und Verringerung der Arbeitszeit bei der Kristallisation Edelmetalle zugesetzt worden, obwohl die Zugabe von Edelmetallen zu schwierig reproduzierbaren Vorteilen führt und zu den Kosten beiträgt. Im Unterschied dazu hat das erfindungsgemäße Ersatzmaterial für lebendes Gewebe ein hervorragendes ästhetisches Erscheinungsbild und kann kurz durch Kristallisation oder dergleichen behandelt werden, damit es halbtransparent oder undurchsichtig ist.
- Wie das oben genannte Ersatzmaterial für lebendes Gewebe kann das erfindungsgemäße Zahnregulierungsteil durch Formpressen unter Ausnutzung des Phänomens des viskosen Fließens hergestellt werden. Selbst eine komplexe Gestalt läßt sich leicht herstellen. Da das Teil in der Mundhöhle eine hervorragende Umgebungsbeständigkeit, gutes Gleitvermögen auf Metallbogendrähten und hohe mechanische Festigkeit hat, ist es zur Korrektur von Zahnfehlstellungen geeignet. Aufgrund der zur Verfügung stehenden vollständigen Transparenz ist das Teil von ästhetischen Standpunkt her akzeptabel.
- Alle diese Tatsachen zeigen die Effektivität der Erfindung.
Claims (13)
1. Glasmaterial zur Verwendung bei der Herstellung von
Ersatzmaterial für lebendes Gewebe und
zahnverstärkende Teile, umfassend Siliziumoxid, Magnesiumoxid,
Aluminiumoxid und Titanoxid als Hauptbestandteile,
wobei der Anteil dieser Bestandteile, errechnet als
SiO&sub2;, MgO, Al&sub2;O&sub3; beziehungsweise TiO&sub2;, in
Gewichtsprozent ausgedrückt folgendes ergibt:
SiO&sub2; 40 bis 65 Gewichtsprozent,
MgO 9 bis 30 Gewichtsprozent,
Al&sub2;O&sub3; 8 bis 31 Gewichtsprozent und
TiO&sub2; 6 bis 15 Gewichtsprozent,
wobei das Material dem Ausdruck I:
I: {100 - (A + S + T)}/S = 0,340,
wobei A, S und T Anteile in Gewichtsprozent von Al&sub2;O&sub3;,
SiO&sub2; beziehungsweise TiO&sub2; sind, und dem Ausdruck II
entspricht:
II: (S + M) /4 > 100 - (S + M + A + T),
wobei M ein Anteil in Gewichtsprozent von MgO und im
wesentlichen frei von Fluor ist.
2. Glasmaterial nach Anspruch 1, das des weiteren
mindestens eines aus Ca, Ba und Zn als
Hilfsbestandteil umfaßt, wobei die Summe aus CaO + BaO + ZnO bis
zu 20 Gewichtsprozent ausmacht, wenn Ca, Ba und Zn als
CaO, BaO beziehungsweise ZnO errechnet werden.
3. Glasmaterial nach Anspruch 1 oder 2, das des weiteren
mindestens eines aus Pd, Pt, Ag, Au, Re, Ru, Rh und Ir
als Hilfsbestandteil in einem Gesamtanteil von bis zu
1 Gewichtsprozent umfaßt.
4. Glasmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das des
weiteren mindestens eines aus Mn, Fe, Ni und Ce als
einen Hilfsbestandteil umfaßt, wobei die Summe aus MnO
+ FeO + NiO + CeO&sub2; bis zu 2 Gewichtsprozent ausmacht,
wenn Mn, Fe, Ni und Ce als MnO, FeO, NiO
beziehungsweise CeO&sub2; errechnet werden.
5. Glasmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das des
weiteren mindestens eines aus Li, Na, K und P als
einen Hilfsbestandteil umfaßt, wobei die Summe aus
Li&sub2;O + Na&sub2;O + K&sub2;O + P&sub2;O&sub5; bis zu 5 Gewichtsprozent
ausmacht, wenn Li, Na, K und P als Li&sub2;O + Na&sub2;O + K&sub2;O +
P&sub2;O&sub5; errechnet werden.
6. Glasmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das des
weiteren Zr als einen Hilfsbestandteil umfaßt, wobei
der Anteil von ZrO&sub2; bis zu 5 Gewichtsprozent ausmacht,
wenn Zr als ZrO&sub2; berechnet wird.
7. Glasmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das des
weiteren B als einen Hilfsbestandteil umfaßt, wobei
der Anteil an B&sub2;O&sub3; bis zu 5 Gewichtsprozent ausmacht,
wenn B als B&sub2;O&sub3; errechnet wird.
8. Glasmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das des
weiteren Stickstoff umfaßt, wobei der Anteil an Si&sub3;N&sub4;
bis zu 4 Gewichtsprozent beträgt, wenn Stickstoff als
Si&sub3;N&sub4; errechnet wird.
9. Glasmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei
das Material, wenn es unter einem anfänglichen Druck
von 1,8 MPa komprimiert und dann von seiner
Glasübergangstemperatur auf 1000ºC bei einer Geschwindigkeit
von 5ºC/Min erhitzt wird, während es unter einer
konstanten Last komprimiert wird, zumindest 85% in
der Richtung verformbar ist, in welcher der Druck
angewandt wurde.
10. Glasmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei
das Material eine Viskosität η (P) aufweist und das
Material mindestens 7 Minuten lang den Zustand halten
kann, in dem logη bis zu 7,6 bei einer
Erwärmungsgeschwindigkeit von 5ºC/Min im Erwärmungsschritt von der
Glasübergangstemperatur bis auf 1000ºC beträgt.
11. Glasmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei
das Material eine Viskosität η (P) aufweist, und der
Mindestwert von logη bis zu 7,0 im Erwärmungsschritt
von der Glasübergangstemperatur bis auf 1000ºC
beträgt.
12. Ersatzmaterial für lebendes Gewebe, hergestellt durch
Formen eines Glasmaterials nach einem der Ansprüche 1
bis 11 und Behandeln desselben, damit dieses im
wesentlichen halbtransparent oder undurchsichtig ist.
13. Zahnverstärkender Teil, hergestellt durch Formen eines
Glasmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
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