EP0703773A1 - Keramisches komposit-formstück - Google Patents

Keramisches komposit-formstück

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Publication number
EP0703773A1
EP0703773A1 EP94917645A EP94917645A EP0703773A1 EP 0703773 A1 EP0703773 A1 EP 0703773A1 EP 94917645 A EP94917645 A EP 94917645A EP 94917645 A EP94917645 A EP 94917645A EP 0703773 A1 EP0703773 A1 EP 0703773A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
composite molding
ceramic composite
ceramic
particles
molding according
Prior art date
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Ceased
Application number
EP94917645A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stanislav Chladek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schuetz-Dental GmbH
Original Assignee
Schuetz-Dental GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schuetz-Dental GmbH filed Critical Schuetz-Dental GmbH
Publication of EP0703773A1 publication Critical patent/EP0703773A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111—Fine ceramics
    • C04B35/117—Composites
    • C04B35/119—Composites with zirconium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C14/00—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix
    • C03C14/004—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix the non-glass component being in the form of particles or flakes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C13/00—Dental prostheses; Making same
    • A61C13/20—Methods or devices for soldering, casting, moulding or melting

Definitions

  • the invention relates to a ceramic composite molding according to the preamble of claim 1, its use in the dental field and a method for its production.
  • the machinability of the ceramic materials is a complex matter because of their hardness, brittleness, phase changes and high melting temperatures.
  • a particular manufacturing problem lies in the shrinkage of the ceramic.
  • 4,708,652 has disclosed a method for producing a ceramic composite molding for medical and dental implants, in which crystalline hydroxyapatite powder is sintered together with a special low-melting bioglass at 1100 ° C.
  • reaction sintering the fluorapatite is formed by chemical reaction.
  • pressure sintering is also described.
  • the disadvantage of this method is that only a low strength can be achieved with the selected substances and that a high proportion of over 40% of bioglass prevents the skeletal sintering of the apatite phase.
  • the problem of shrinkage is not dealt with in the document cited because the aim is only to produce raw parts in series where shrinkage does not play a significant role.
  • EP-A2 0 241 384 discloses a method for producing dental prostheses in which relatively large, crystalline ceramic particles are superficially bonded to a three-dimensional framework in a dry sintering process. This process has the disadvantage that the product obtained has a relatively low density because of the dry sintering (with only very little shrinkage). Without exception, the strength of the dental ceramics produced by the various known methods is not high enough to be able to produce larger or more complicated restorations.
  • the invention seeks to remedy this.
  • the invention has for its object to provide a ceramic composite molding and a method for its production, with which it is possible, preferably from a dispersion-reinforced high-performance ceramic in wet sintering technology complicated individual moldings, in particular for the dental field, with high dimensional precision and high to be able to provide mechanical strength.
  • the invention solves the stated problem with a ceramic composite molding, which has the features of claim 1, a use of the ceramic Ko posit molding, which has the features of claim 11, and a method for producing the ceramic composite molding, which has the features of claim 12.
  • the method according to the invention expediently takes place in a wax scalding mold and represents a combination of liquid phase sintering and shaping of the ceramic in a vacuum.
  • the pressure device required for this compensates for the shrinkage that occurs.
  • the advantages achieved by the invention are essentially the following: the initial compression of the starting mixture of crystalline ceramic particles and glass particles takes place automatically at elevated temperature through the capillary pressure of the pore channels of the ceramic mass;
  • FIG. 1 shows a cross section through an initial mixture of crystalline ceramic particles and glass particles.
  • FIG. 2 shows a cross section through the starting mixture according to FIG. 1 in the pre-compression phase
  • FIG. 3 shows a cross section through the starting mixture according to FIG. 1 in the wet sintering phase
  • FIG. 4 shows a cross section through the starting mixture according to FIG. 1 after wet sintering
  • the ceramic composite molded parts to be produced are first modeled in wax in their final form according to the known dental technique.
  • a spacer varnish is applied to the previously made plaster model in a layer thickness, which ensures sufficient space for the fastening material to be used in vivo when inserted.
  • the models are then attached to a special muffle former using wax pencils. In contrast to the usual muffle designs for metal casting, this muffle former has a longer cylindrical channel.
  • the wax crayons are chosen thicker than for metal casting.
  • An emulsion of hexagonal boron nitride (BN) is preferably applied to the attached wax models. Later, after the wax has been scalded out, it forms a protective, non-reactive intermediate layer on the inner walls of the mold, which also supports viscous flow of the ceramic mass and causes a smooth surface of the composite piece.
  • BN hexagonal boron nitride
  • a special investment material is then cast and the muffle is produced.
  • the investment must be fireproof and pressure-resistant up to approx. 1300 ° C and must not react with the materials intended for the mixture.
  • the wax is scalded out of the mold at temperatures up to a maximum of 800 ° C.
  • the cooled muffle (with a diameter of approx. 6 - 7 cm and a height of approx. 8 - 10 cm) is then filled with a powder mixture (consisting of crystalline ceramic particles and glass particles) to such an extent that the cylindrical channel (with a diameter of 1.5 - 2.0 cm and a height of approx. 3 - 5 cm) contains about half of the excess powder mixture.
  • a cylindrical piston is inserted into the channel.
  • the filled muffle is then placed in a program-controlled pressure furnace with a vacuum pump. Now the program control, which controls the vacuum pump, the heating and the pressure device of the device, is switched on. As the temperature rises, the crystalline ceramic particles automatically self-compress in a vacuum and then at higher temperatures, at the same time the crystalline ceramic particles are sintered wet and the mass is formed thanks to the existing glass phase through viscous flow. The pressure device presses the excess powder mixture into the mold during sintering and thereby compensates for the sintering shrinkage of the crystalline ceramic particles.
  • the starting powder mixture contains Al 2 0 3 powder (approx. 65% by weight) with dispersed Zr0 2 (approx. 15% by weight).
  • the Zr0 2 is stabilized with Y 2 0 3 (approx. 2% by weight) in order to prevent phase transformations.
  • the starting mixture contains the powder of a glass (approx. 18% by weight).
  • This powder is filled into the previously made muffle. Then the piston 15 is inserted into the channel and the muffle is brought into the furnace. The program control is switched on. The oven now begins to heat up. At the same time, the connected vacuum draws the air out of the muffle.
  • the Aufgenesis ⁇ speed to the working temperature of about 1, 300 ° C depends on the construction of the furnace, and typically varies between 30 minutes and several hours.
  • the glass particles liquefy - as shown in FIG. 2 - and wet the crystalline ceramic particles 1, which are still solid in this temperature range, as a liquid film.
  • the capillary pressure of the pore channels causes the powder mixture to contract, the particles to slide in the mold and thus to a quick pre-compression of the ceramic.
  • vacuum pores remain in the pre-compressed ceramic, so that later, during sintering, a viscous flow or sliding of the individual particles is possible.
  • the surface of the crystalline ceramic particles begins to glow. At approx.
  • the permanent liquid glass phase 2 remains enclosed in the pores between the sintered ceramic particles. It remains liquid during the entire manufacturing process and enables the viscous flow or sliding of the solid ceramic particles 1 under pressure.
  • the temperature is slowly lowered from about 1300 ° C. to room temperature, the liquefied part 3 of the surface of the sintered one Crystalline ceramic particles - as shown in Fig. 4 - solidified with simultaneous thermal contraction, forming rigid solid bridges 4.
  • the mass remains under the pressure of the excess powder pressed out of the cylindrical channel until the skeleton has completely solidified.
  • the muffle in the furnace is further cooled to room temperature.
  • the resulting thermal cooling contraction of the entire ceramic is compensated for by a corresponding, previously known total expansion of the investment.
  • the vacuum is now automatically released within the temperature interval of 900-20 ° C as soon as the entire ceramic is solid and the vacuum is no longer required.
  • the muffle is removed from the furnace and, as is customary with metal casting, devested.
  • the press channels are separated from the finished composite molding with a diamond cutting disc.
  • the bridge and crown frameworks produced in this way are coated with a suitable veneering compound for all-ceramic systems.
  • a suitable veneering compound for all-ceramic systems.
  • the furnace shown in FIG. 5 for carrying out the method according to the invention essentially consists of a working chamber 5 which is surrounded by a thermal insulation layer 6 and a furnace wall 7.
  • the working chamber 5 has a vacuum connection 8, a pressure device 9 and a heating device 10.
  • the muffle 11 described above with the shape 12 and the cylindrical channel 13 is filled with a powder mixture of crystalline ceramic powder 1 and glass particles 2.
  • the powder mixture 1, 2 can be pressed into the mold 12 from the cylindrical channel 13 by means of the fixed plunger 14 and the movable piston 15.

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Abstract

Das keramische Komposit-Formstück besteht aus einem dreidimensionalen Gerüst nass gesinterter, kristalliner Keramikpartikel (1), in dessen Poren eine Glasphase (2) enthalten ist, deren Erweichungspunkt unter der Sintertemperatur der kristallinen Keramikpartikel (1) liegt.

Description

KERAMISCHES KOMPOSIT-FORMSTUCK
Die Erfindung bezieht sich auf ein keramisches Komposit-Formstück gemäss der Gattung des Patentanspruchs 1, dessen Verwendung auf dem Dentalgebiet und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Stand der Technik;
Für die Konstruktion von tragenden Gerüsten für dentale Brücken und Kronen wurden in den letzten Jahren immer häufiger die metallkeramischen durch die vollkeramischen Systeme ersetzt. Letztere wurden durch das Bedürfnis nach mehr Ästhetik und Biokompatibilität gefördert; nachteilig ist aber die Bruch¬ gefährdung der bisherigen vollkeramischen Systeme, so dass sie auf kleinere Restaurationsteile beschränkt bleiben müssen.
An geeigneten keramischen Materialien mit hoher Bruchfestigkeit mangelt es zwar nicht. Es bleibt aber das Problem zu lösen, ein Herstellungsverfahren zu finden, um aus den keramischen Materialien einfach, schnell und ohne kostspieligen, apparativen Aufwand Gerüste - mit der für Zahnersatz notwendigen Präzision - in Einzelstücken herstellen zu können. Die Verfahren der dentalen Industrie zur Herstellung von keramischen Restaurationen unterscheiden sich trotz ähnlichen Materialien in einem wichtigen Punkt grundlegend von denen der üblichen Keramik-Industrie. Alle Produkte sind Originale, eine Serienproduktion ist nicht möglich. Das ist auch der Grund, warum die industriellen Keramiktechnologien nicht, oder nur in geringem Umfang auf die Dentalindustrie übetragen werden können. Für die Bearbeitung der Dentalkeramik müssen eigene spezielle Verfahren entwickelt werden, welche ihrerseits in der seriellen Industrieproduktion nur wenig Interesse finden.
Die Bearbeitbarkeit der keramischen Werkstoffe ist wegen ihrer Härte, Sprödigkeit, Phasenumwandlungen und hohen Schmelz¬ temperaturen eine komplexe Angelegenheit. Ein besonderes Herstellungsproblem liegt in der auftretenden Schrumpfung der Keramik.
In den letzten Jahren sind einige vollkeramische Systeme für Dentalzwecke entwickelt worden, mit dem Ziel diese Probleme auf unterschiedliche Weise zu lösen. Ein Weg ist die Verarbeitung von kristallinem Keramikpulver, meistens mit hohem Al203-Anteil, im Sinterverfahren. Es erfolgt durch Auftragen von Schlicker auf Modellstümpfe (Hi-Ceram, Optec, In-Ceram) und nachfolgendes Brennen, oder durch die Formgestaltung in einer Form und nachfolgendes Reaktions-Sintern der freistehenden Grünlinge (Cerestore). Ein anderer Weg führt über die Anwendung von Glas, bzw. Glaskeramik in Wachsausbrühformen. Eine gleichmässig erweichte, bzw. flüssige glasartige Masse wird in die Form geschleudert (Dicor) , bzw. gepresst (IPS-Empress) . Zusätzlich ist aus der US 4,708,652 ein Verfahren zur Herstellung eines keramisches Komposit-Formstücks für medizinische und dentale Implantate bekannt geworden, bei welchem kristallines Hydroxyapatitpulver mit einem speziellen niedrigschmelzenden Bioglas bei 1100°C zusammengesintert werden. Bei diesem sogenannten Reaktions-Sintern entsteht durch chemische Reaktion das Fluorapatit. Neben dem Sintern der Grünkörper wird auch die Herstellung durch Drucksintern beschrieben. Nachteilig bei diesem Verfahren ist der Umstand, dass mit den gewählten Substanzen nur eine niedrige Festigkeit erreichbar ist, und ein hoher Anteil von über 40% an Bioglas das Skelettsintern der Apatitphase verhindert. Auf das Problem der Schrumpfung wird im zitierten Dokument nicht eingegangen, weil nur eine Serienproduktion von Rohteilen angestrebt wird, wo die Schrumpfung keine wesentliche Rolle spielt.
Schliesslich ist aus der EP-A2 0 241 384 ein Verfahren zur Herstellung von Zahnprothesen bekannt bei welchem relativ grosse, kristalline Keramikpartikel in einem trockenen Sinterverfahren oberflächlich zu einem dreidimensionalen Gerüst verklebt werden. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass das erhaltene Produkt wegen der trockenen Sinterung (mit einer nur sehr geringen Schrumpfung) eine relativ niedrige Dichte aufweist. Die Festigkeit der nach den verschiedenen bekannten Verfahren hergestellten Dental-Keramik ist deshalb ohne Ausnahme nicht ausreichend hoch, um grössere, bzw. kompliziertere Restaurationen herstellen zu können.
Technische Aufgabe:
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein keramisches Komposit-Formstück und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, mit dem es möglich ist, vorzugsweise aus einer dispersionsverstärkten Hoch¬ leistungskeramik in nasser Sintertechnologie komplizierte Einzelformstücke, insbesondere für das Dentalgebiet, mit hoher Dimensionspräzision und hoher mechanischer Festigkeit zur Verfügung stellen zu können.
Lösung der technischen Aufgabe:
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einem keramischen Komposit-Formstück, welches die Merkmale des Anspruchs l aufweist, einer Verwendung des keramischen Ko posit-Formstücks, welche die Merkmale des Anspruchs 11 aufweist, sowie einem Verfahren zur Herstellung des keramischen Komposit-Formstücks, welches die Merkmale des Anspruchs 12 aufweist. Das erfindungsgemässe Verfahren erfolgt zweckmässigerweise in einer Wachsausbrühform und stellt eine Kombination von Flüssig¬ phase-Sinterung und Formgebung der Keramik im Vakuum dar. Die dazu notwendige Druckeinrichtung kompensiert die auftretende Schrumpfung.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen die folgenden: die Vorverdichtung des Ausgangs-Gemisches aus kristallinen Keramikpartikel und Glaspartikeln erfolgt bei erhöhter Temperatur selbstständig durch den Kapillarendruck der Porenkanäle der eigenen Keramikmasse;
- es kommt zu gleichzeitiger nasser Sinterung der Kristallphase-Partikel und zum Formen der gesamten Keramikmasse in der Form; die Herstellung des Kompositformstücks erfolgt von Anfang bis Ende in einer einzigen Wachsausbrühform; die auftretende Sinterschrumpfung der Keramikmasse wird durch Nachpressen von überschüssigem Ausgangs-Gemisch ausgeglichen; die Verwendung einer Glasphase erniedrigt die notwendigen Sintertemperaturen und -drücke und unterstützt insgesamt einen günstigeren Verlauf der Schrumpfungskompensation durch viskoses Fliessen; und dank der starken (kompensierten) SinterSchrumpf ng wird ein Endprodukt sehr hoher Dichte erhalten.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden beschrieben und zusätzlich anhand der teilweise schematischen Darstellungen eines dentalen Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Es ist jedoch durchaus möglich die Erfindung auch ausserhalb der dentalen Industrie anzuwenden.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Ausgangsgemisch von kristallinen Keramikpartikeln und Glaspartikeln;
Fig. 2 einen Querschnitt durch das Ausgangsgemisch nach Fig. 1 in der Phase der Vorverdichtung;
Fig. 3 einen Querschnitt durch das Ausgangsgemisch nach Fig. 1 in der Phase des nassen Sinterns;
Fig. 4 einen Querschnitt durch das Ausgangsgemisch nach Fig. 1 nach erfolgter nasser Sinterung; und
Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Beschreibung des Herstellungsablaufs:
Die herzustellenden, keramischen Komposit-Formstücke werden nach der bekannten dentalen Technik zuerst in Wachs in ihrer endgültigen Form modelliert. Für die Herstellung von dentalen Brücken, Kronen, Inlays und Onlays wird auf das zuvor angefertigte Gipsmodell ein Distanzlack in einer Schichtεtärke aufgetragen, die genügend Raum für das beim Einsetzen in vivo zu verwendende Befestigungsmaterial gewährleistet. Mit Wachsstiften werden dann die Modelle an einem speziellen Muffelformer befestigt. Im Unterschied zu den üblichen Muffelkonstruktionen beim Metallguss hat dieser Muffelformer einen längeren zylindrischen Kanal. Die Wachsstifte werden dicker als beim Metallguss gewählt.
Vorzugsweise wird auf die befestigten Wachsmodelle eine Emulsion aus hexagonalem Bornitrid (BN) aufgetragen. Sie bildet später, nach dem Ausbrühen des Wachses, eine schützende nichtreaktive Zwischenschicht an den Innenwänden der Form, die zusätzlich auch viskoses Fliessen der Keramikmasse unterstützt und eine glatte Oberfläche des Kompositstückes bewirkt.
Nach der bekannten Technik wird dann eine spezielle Einbettmasse gegossen und die Muffel hergestellt. Die Einbettmasse muss bis ca. 1300 °C feuerfest und druckfest sein und darf nicht mit den für das Gemisch vorgesehenen Materialien reagieren. Nach Erhär¬ tung der Einbettmasse wird das Wachs aus der Form bei Temperatu¬ ren bis maximal 800 °C ausgebrüht. Die abgekühlte Muffel (mit einem Durchmesser von ca. 6 - 7 cm und einer Höhe von ca. 8 - 10 cm) wird danach mit einem Pulvergemisch (bestehend aus kristallinen Keramikpartikeln und Glaspartikel) so weit gefüllt, dass der zylindrische Kanal (mit einem Durchmesser von 1,5 - 2,0 cm und einer Höhe von ca. 3 - 5 cm) etwa zur Hälfte überschüssiges Pulvergemisch enthält. Schliesslich wird in den Kanal ein zylindrischer Kolben eingeführt. Die gefüllte Muffel wird danach in einen programmgesteuerten Druckofen mit Vakuumpumpe eingesetzt. Nun wird die Programmsteuerung, welche die Vakuumpumpe, die Heizung und die Druckeinrichtung des Gerätes steuert, eingeschaltet. Mit steigender Temperatur kommt es zuerst im Vakuum zu einer selbständigen Vorverdichtung der kristallinen Keramikpartikel und danach bei höheren Temperaturen, gleichzeitig zum nassen Sintern der kristallinen Keramikpartikel und zum Formen der Masse dank der vorhandenen Glasphase durch viskoses Fliessen. Die Druckeinrichtung presst beim Sintern das überschüssige Pulvergemisch in die Form und kompensiert dadurch die auftretende SinterSchrumpfung der kristallinen Keramikpartikel.
Die einzelnen Verfahrensschritte und ihre Reihenfolge sind erfindungswesentlich, hingegen können sich die zu wählenden Temperaturen und Zeiten je nach dem gewählten Material innerhalb gewisser Grenzen verändern. Um dies zu illustrieren wird das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung des keramischen Komposit-Formstückes im folgenden anhand eines konkreten Beispiels näher beschrieben. Beispiel: Die Herstellung eines hochfesten keramischen Komposit-Formstücks aus dispersionsverstärkter Aluminiumoxid- Keramik:
Das Ausgangspulvergemisch enthält Al203-Pulver (ca. 65 Gew.%) mit dispergiertem Zr02 (ca. 15 Gew.%). Das Zr02 ist mit Y203 (ca. 2 Gew.%) stabilisiert, um Phasenumwandlungen zu verhindern. Zusätzlich enthält das Ausgangsgemisch das Pulver eines Glases (ca. 18 Gew.%).
Dieses Pulver wird in die vorher gefertigte Muffel gefüllt. Dann wird in den Kanal der Kolben 15 eingeführt und die Muffel in den Ofen gebracht. Die Programmsteuerung wird eingeschaltet. Der Ofen beginnt sich nun aufzuheizen. Gleichzeitig entzieht das angeschlossene Vakuum die Luft aus der Muffel. Die Aufheiz¬ geschwindigkeit auf die Arbeitstemperatur von ca. 1,300 °C hängt von der Konstruktion des Ofens ab und variiert typischerweise zwischen 30 Minuten und einigen Stunden.
Im Temperaturbereich von ca. 950 auf ca. 1100 °C verflüssigen sich die Glaspartikel - wie in Fig. 2 dargestellt - und benetzen die in diesem Temperaturbereich noch festen kristallinen Keramikpartikel 1 als Flüssigkeitsfilm. Durch den Kapillarendruck der Porenkanäle (Reduzierung der Oberflächenenergie) kommt es zum Zusammenziehen des Pulvergemisches, Abgleiten der Partikel in der Form und damit zu einer raschen Vorverdichtung der Keramik. In der vorverdichteten Keramik bleiben aber Vakuumporen enthalten, so dass auch später, beim Sintern, ein viskoses Fliessen, bzw. Gleiten der einzelnen Partikel möglich ist. Bei weiterem Anstieg der Temperatur über 1100 °C beginnt die Oberfläche der kristallinen Keramikpartikel zu glühen. Bei ca. 1300 °C kommt es zu einer leichten, zeitlich beschränkten Verflüssigung an der Oberfläche dieser Partikel (entsteht sogenannte temporäre flüssige Phase 3 nach Fig. 3). Damit beginnt das nasse Sintern der kristallinen Keramikpartikel. Nun wird Druck erzeugt, um durch das Nachpressen des im zylindrischen Kanal überschüssig vorhandenen Pulvers die auftretende Sinterschrumpfung zu kompensieren. Im Ofen wird der Druckbeginn automatisch an das Erreichen einer bestimmten (einstellbaren) Temperatur gekoppelt. Durch das nasse Sintern verbinden sich die kristallinen Keramikpartikel zu einem 3-dimensionalen Skelett (Skelettsintern). Dieser Vorgang dauert typischerweise zwischen 20 Minuten und 2 Stunden.
Die permanente flüssige Glasphase 2 bleibt, wie in Fig. 3 dargestellt, in den Poren zwischen den gesinterten Keramikpartikeln eingeschlossen. Sie bleibt während des gesamten Herstellungsprozesses flüssig und ermöglicht das viskose Fliessen, bzw. Gleiten der festen Keramikpartikel 1 unter Druck.
Nach Abschluss des nassen Sinterns wird die Temperatur von ca. 1300 °C auf die Raumtemperatur langsam abgesenkt, wobei sich der verflüssigte Teil 3 der Oberfläche der gesinterten kristallinen Keramikpartikel - wie in Fig. 4 dargestellt - bei gleichzeitiger thermischer Kontraktion wieder verfestigt, unter Bildung von starren Feststoffbrücken 4. Während dieses Vorgangs bleibt die Masse bis zur vollständigen Erstarrung des Skeletts ständig unter dem Druck des aus dem zylindrischen Kanal nachgepressten, überschüssigen Pulvers.
Beim Abkühlen auf eine Temperatur unter 1000 - 900 °C wird der Druck aufgehoben. In diesem Zustand ist das gesinterte Skelett fest und die Glasphase weiterhin flüssig.
Die Muffel im Ofen wird weiter bis auf die Raumtemperatur abgekühlt. Die dabei auftretende thermische Abkühlkontraktion der gesamten Keramik wird durch eine entsprechende, vorher bekannte Gesamtexpansion der Einbettmasse ausgeglichen. Das Vakuum wird nun automatisch innerhalb des Temperatur¬ intervalls von 900 - 20 °C aufgehoben, sobald die gesamte Keramik fest ist und das Vakuum nicht mehr benötigt wird.
Nach dem Abkühlen auf Zimmertemperatur wird die Muffel dem Ofen entnommen und, wie beim Metallguss üblich, ausgebettet. Die Presskanäle werden mit einer Diamant-Trennscheibe vom fertigen Komposit-Formstück abgetrennt.
Die auf diese Weise hergestellten Brücken- und Kronengerüste werden mit einer geeigneten Verblendmasse für vollkeramische Systeme beschichtet. Bei Inlays und Onlays kann man das Aussehen durch Zugabe eines speziellen Pigmentes, Fluoreszenzmittels, bzw. Additiva zur Glasphase beeinflussen, eventuell kann auch die Oberfläche zusätzlich bemalt werden.
Der in Fig. 5 dargestellte Ofen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens besteht wesentlichen aus einer Arbeitskammer 5, welche mit einer thermischen Isolierschicht 6 und einer Ofenwandung 7 umgeben ist. Die Arbeitskammer 5 verfügt über einen Vakuumanschluss 8, eine Druckvorrichtung 9 und eine HeizVorrichtung 10. Die oben beschriebene Muffel 11 mit der Form 12 und dem zylindrischen Kanal 13 ist mit Pulvergemisch aus kristallinem Keramikpulver 1 und Glaspartikeln 2 gefüllt. Mittels des fixierten Stempels 14 und des beweglichen Kolbens 15 ist das Pulvergemisch 1,2 vom zylindrischen Kanal 13 in die Form 12 nachzudrücken.

Claims

Patentansprüche
1. Keramisches Komposit-Formstück, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem dreidimensionalen Gerüst nasε gesinterter, kristalliner Keramikpartikel (1) besteht und dass die Poren des Komposit-Formstücks eine Glasphase (2) enthalten, deren Erweichungspunkt unter der Sintertemperatur der kristallinen Keramikpartikel (1) liegt.
2. Keramisches Komposit-Formstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kristallinen Keramikpartikel (1) eine durchschnittliche Partikelgrösse von höchstens 490 nm, vorzugsweise von höchstens 450 nm besitzen.
3. Keramisches Komposit-Formstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Glasphase (2) 3 - 25 Gewichtsprozente, vorzugsweise ca. 5 - 20 Gewichtsprozente beträgt.
4. Keramisches Komposit-Formstück nach einem der Ansprüche 1 -
3, dadurch gekennzeichnet, dass der Erweichungspunkt der Glasphase im Bereich von 1000° - 1300°, vorzugsweise von 1050° - 1200°C liegt.
5. Keramisches Komposit-Formstück nach einem der Ansprüche 1 -
4, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasphase bei ca. 1300 °C eine niedrige Viskosität besitzt.
6. Keramisches Komposit-Formstück nach einem der Ansprüche 1 -
5, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechungsindizes der kristallinen Keramikpartikel (1) und der Glasphase (2) im wesentlichen gleich gross sind.
7. Keramisches Komposit-Formstück nach einem der Ansprüche 1 -
6, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Ausdehnungs¬ koeffizient der Glasphase (2) im wesentlichen gleich gross wie derjenige der kristallinen Keramikpartikel (1) ist oder höchstens bis zu 8% niedriger.
8. Keramisches Komposit-Formstück nach einem der Ansprüche 1 -
7, dadurch gekennzeichnet, dass die kristallinen Keramikpartikel (1) hauptsächlich aus Zirkonoxid bestehen.
9. Keramisches Komposit-Formstück nach einem der Ansprüche 1 -
8, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasphase (2) im wesentlichen aus Seltenerde-Si-Al-B-Oxidglas besteht.
10. Keramisches Komposit-Formstück nach einem der Ansprüche 1 -
9, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich Farbstoffe, Pigmente oder Fluoreszenzmittel enthält.
11. Verwendung eines keramischen Komposit-Formstücks nach einem der Ansprüche 1 - 10, als zahnmedizinisches Restaurationsteil, zahntechnisches Brücken- und Kronengerüst, Inlay, Onlay oder Dentalimplantat.
12. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Komposit- Formstücks nach einem der Ansprüche 1 - 10, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
A) Ein Gemisch von kristallinen Keramikpartikeln (1) mit Glaspartikeln wird in eine Form gefüllt und danach die Temperatur so weit erhöht, dass sich die Glaspartikel unter Benetzung der kristallinen Keramikpartikel und Auffüllung der Zwischenräume zwischen letzteren verflüssigen und eine Vorverdichtung des Gemisches erzielt wird;
B) die Temperatur des gemäss Verfahrensschritt A vorverdichteten Gemisches wird weiter erhöht bis es zum nassen Sintern der kristallinen Keramikpartikel (1) kommt;
C) die durch das nasse Sintern gemäss Verfahrensschritt B auftretende Volumenschrumpfung des Gemisches wird durch Nachpressen mit zusätzlichem Pulver-Gemisch in Partikelform kompensiert; und
D) die nach Verfahrensschritt C erhaltene Masse wird abgekühlt und ausgeformt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte B und C simultan durchgeführt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch während des Verfahrensschrittes A auf eine Temperatur von 950 - 1200 °C, vorzugsweise 1000 - 1100 °C, erhöht wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 - 14, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass das Gemisch im Verfahrensschritt B auf eine Temperatur von 1200 - 1400 °C, vorzugsweise 1250 - 1300 °C erhöht wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Verfahrensschritt C bis auf 850 - 1100 °C, vorzugsweise 900°- 1000 °C, abgesenkt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 - 16, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Verfahrensschritte in einer einzigen Wachsausbrühform durchgeführt werden.
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