CH655130A5 - Neue palladiumlegierung und diese enthaltende dentalrestaurationen. - Google Patents
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Description
Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine neue Palladiumzahnlegierung bereitzustellen, welche ein wünschenswertes Gleichgewicht zwischen Giesseigenschaften und physikalischen Eigenschaften, zusammen mit Bioverträglichkeit aufweist, die frei ist von Verfärbungen der darauf gebrannten Porzellanüberzüge und die eine gute Bindung der darauf gebrannten Porzellanüberzüge ergibt.
Es ist auch Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Legierung bereitzustellen, die im Vergleich mit Kobalt- und Platinlegierungen relativ billig ist und die ein Gleichgewicht von Eigenschaften liefert, das damit vergleichbar ist.
Ein weiteres Ziel ist, Dentalrestaurationen bereitzustellen, die Güsse solcher Legierungen und darauf gebrannte Porzellanüberzüge enthalten, wobei die Porzellanbeläge im wesentlichen frei von irgendwelchen Verfärbungen sind und einen hohen Grad an Bindungsstärke zum Guss aufweisen.
Es wurde nun gefunden, dass die oben genannten und ähnliche Ziele leicht mit einer Palladiumlegierung erreicht werden können, die besteht (auf Gewichtsbasis) im wesentlichen aus: 50 bis 85% Palladium, 5 bis 40% Kupfer und/oder Kobalt, 1 bis 15% Gallium, bis zu 5% Nickel, Gold, Indium, Ruthenium, Zinn oder Mischungen davon als Modifiziermittel, bis zu 1% Bor und bis zu 0,5% Rhenium, Iridium oder Mischungen davon als Kornverfeinerer.
Zusätzlich kann die Legierung gegebenenfalls bis zu 0,5 Gew.-% Rhenium, Iridium oder Mischungen davon als Kornverfeinerungskomponente enthalten.
Vorzugsweise enthalten die Legierungen einen Borgehalt von 0,1 bis 0,5% und verwenden Gold als Modifiziermittel in einer Menge von 1 bis 3 Gew.-%. Aus Kostengründen wird Kupfer dem Kobalt vorgezogen, und das Kupfer und/oder das Kobalt wird bevorzugt in einer Menge von 5 bis 15% verwendet. Der Palladiumgehalt beträgt bevorzugt 70 bis 82 Gew.-% der Legierung. Rhenium und/oder Iridium wird in einer Menge von etwa 0,05 bis 0,2% als Kornmodifiziermittel eingesetzt.
Eine besonders bevorzugte Legierung enthält 76 bis 80% Palladium, 9 bis 12% Kupfer und/oder Kobalt, 8 bis 11% Gallium, 0,2 bis 0,35% Bor, 1 bis 3% eines Modifiziermittels, welches bevorzugt Gold ist, und 0,05 bis 0,2% Rhenium.
Die Dentalrestaurationen enthalten einen Guss der oben erwähnten Legierungen und einen auf einem Teil des Gusses gebrannten Porzellanüberzug. Die Porzellanüberzüge sind im wesentlichen frei von Verfärbung und fest an den Guss gebunden.
Wie weiter oben angeführt wird, verwenden die Legierungen der vorliegenden Erfindung Palladium als Hauptkomponente und verwenden Kupfer und/oder Kobalt und Gallium als die anderen notwendigen Komponenten. Sie enthalten bevorzugt eine kleine Menge Bor und eine kleine Menge eines ausgewählten Modifizierungselementes. Zusätzlich können sie als Kornverfeinerungskomponenten Rhenium und/ oder Iridium enthalten.
Die Legierungen enthalten 50 bis 85% Palladium. Bevorzugt enthält die Legierung 70 bis 82% Palladium, um die gewünschten Edelmetalleigenschaften und ein optimales Gleichgewicht der Eigenschaften zu erhalten.
Der Kupfer- und/oder Kobaltgehalt kann von 5 bis 40 Gew.-% der totalen Zusammensetzung variieren und liegt besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 15 Gew.-%. Diese Komponente erniedrigt den Schmelzpunkt der Legierung, 5 wobei die Mikrostruktur einer einphasigen, festen Lösung erhalten bleibt.
Um sowohl die Härte der Legierung als auch die notwendige Oxidbildung, die die Bindung mit dem Porzellanüberzug bewirkt, zu ermöglichen, muss Gallium in einer Menge von 1 io bis 15%, bevorzugt 3 bis 12% verwendet werden. Mengen von mehr als 15% neigen dazu, die anderen Eigenschaften nachteilig zu beeinflussen.
Bor wird bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 1,0% und besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 0,5% zuge-15 geben, um die Härte zu verbessern und dient als Ausspüler (seavenger) für Oxide, die während des Giessprozesses in der Legierung gebildet werden.
Die Modifiziermetalle, Nickel, Gold, Indium, Ruthenium, Zinn und Mischungen davon werden in einer Menge von bis 2o zu 5% verwendet, um Verfärbungen des Porzellans während des Brennens zu verhindern, wobei sie einen kleineren Vorteil auf den gewünschten thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen. Es wurde gefunden, dass so geringe Mengen wie 0,3% signifikante Vorteile ergeben. Im allgemeinen ergeben 25 Mengen von mehr als 3,0% keinen zusätzlichen Vorteil, und Anteile von mehr als 5% beeinflussen das Gleichgewicht der Eigenschaften der Legierung nachteilig und sollten nicht verwendet werden. Vorzugsweise wird Gold in einer Menge von 1 bis 3% verwendet.
3o Für die meisten Anwendungen ist der Zusatz von Rhenium und/oder Iridium in einer Menge von bis zu 0,5% Gew.-% erwünscht, um eine Kornverfeinerung zu erreichen. Wenn eine solche Kornverfeinerungskomponente eingesetzt wird, beträgt ihr Anteil vorzugsweise 0,05 bis 0,15%. 35 Jedoch wurden die gewünschten Giess- und anderen Eigenschaften ohne Zugabe einer Kornverfeinerungskomponente erreicht.
Die gemäss der vorliegenden Erfindung hergestellten Legierungen weisen im allgemeinen eine Härte von mehr als io 150 Vickers auf, welche nötig ist, um dem Abreiben durch die gegenüberliegenden Zähne zu widerstehen. Da der Porzellanüberzug bei ungefähr 1000 °C gebrannt wird, ist die Solidus-Temperatur grösser als 1100 °C. Die Liguidus-Temperatur der Legierung liegt deutlich unter 1400 °C, um ein einfaches 45 Verfahren in Ausrüstungen, die allgemein in Zahnlaboratorien vorhanden sind, möglich zu machen. Um eine gutverträgliche Legierung für die Verwendung mit vorhandenen handelsüblichen Porzellanen zur Verfügung zu stellen, weist die Legierung einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im 50 Bereich von 0,65 bis 0,72% bei 500 °C auf. Die Streckgrenze der Legierung ist grösser als 34,48-107 Pa (3515 kg/cm2) bei 0,1%. Die Streckdehnung der Legierung ist grösser als 6%, um zu ermöglichen, dass die Ränder des Gusses im Mund des Patienten angepasst werden können. Zusätzlich weisen die 55 Legierungen der vorliegenden Erfindung hohe Korrosionsbeständigkeit und Anlaufbeständigkeit auf und verfärben das Porzellan nicht.
Die folgenden Beispiele illustrieren die Vorteile der Legierungen der vorliegenden Erfindung. Alle Anteile sind 60 Gewichtsteile, sofern nicht anders angegeben.
Beispiel 1
Eine Legierung, die 78,65% Palladium, 10,0% Kupfer, 9,0% Gallium, 2,0% Gold, 0,25% Bor und 0,10% Rhenium ent-f>5 hält, wird hergestellt.
Gussstücke dieser Legierung haben eine Vickers-Härte von 440 und eine Biegestreckgrenze von mehr als 142 000 psi bei 0,1%. Die Streckdehnung beträgt 14%. Mehrere handels-
655 130
4
übliche Porzellane von verschiedenen Herstellern werden an Güsse dieser Legierung gemäss den Angaben der Hersteller gebrannt. Bei allen Fällen ist die Bindungsstärke ausgezeichnet, und bei den gebrannten Restaurationen ist das Porzellan verfärbungsfrei. Das Gussstück läuft nicht an, wenn es Korrosionstests unterworfen wird.
Beispiel 2
Eine zweite Legierung wird mit derselben Zusammensetzung wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei Rhenium durch Iridium ersetzt wird.
Diese Legierung hat eine Solidus-Temperatur von 1170 °C und eine Liquidus-Temperatur von 1190 °C. Deren Gussstücke haben eine Vickers-Härte von 423 und eine Biegungsgrenze von 114,5 -10T Pa (116,7 -103 kg/cm2) bei 0,1 %. Die Streckdehnung beträgt 8% und der thermische Ausdehnungskoeffizient beträgt 0,680 bei 500 °C.
Wenn handelsübliche Porzellane daran gegossen werden, wird ein Bindungsstärke-Verhältnis von 1,48 • ~3 und eine maximale Biegespannung von 13,9- 10T Pa (1420 kg/cm2) ermittelt.
Beispiel 3
Um den Einfluss der Verwendung verschiedener Modifizierelemente zu testen, wird eine Reihe von Legierungen hergestellt, wobei 2,0 Gew.-% des möglichen Modifizierelementes verwendet werden. Diese Güsse werden getestet. Die Legierungszusammensetzung und die Daten der physikalischen Tests werden in Tabelle 1 aufgeführt.
Columbium (Niobium) wurde wegen einer übergrossen Erniedrigung des Expansionskoeffizienten als unerwünscht befunden.
Tabelle 1
Ä B C D Ë
Pd 78,0
Co
Cu 20,0
Ga Ru B
Sn 2,0
In
Nb
Au
Ausdehnung ,657 Härte (HV) 128 Streckgrenze x 107 Pa
Beispiel 4
Um den Einfluss einer Variation des Galliumgehaltes zu testen, wird eine Reihe von Legierungen hergestellt, und die Gussstücke werden getestet. Die Zusammensetzungen und die Daten der physikalischen Tests werden in Tabelle 2 aufgeführt.
Tabelle
A
B
c
D
Pd
75,0
78,0
84,0
77,0
Co
-
-
-
-
Cu
10,0
10,0
10,0
20,0
Ga
15,0
12,0
6,0
3,0
Ru
-
-
-
-
A B c D
B -
Sn -5 In
Nb -
Au -
Ausdehnung ,695 ,673 ,659 ,652
Härte (HV) 435 424 180 155
10 Streckgrenze - 106,2 - 47,6
x 107 Pa
Beispiel 5
i5 Um den Nutzen der Borkomponente zu bestimmen, wird eine Legierung von 80,5°/o Palladium, 10,0% Kupfer, 9,0% Gallium und 0,5% Bor hergestellt, und davon werden Teststücke gegossen. Diese Legierung zeigt einen thermischen Ausdehnungswert von 0,628, eine Vickers-Härte von 472 und 20 eine maximale Streckgrenze von 104,8-107 Pa (10 685 kg/ cm2).
Eine zweite Legierungszusammensetzung, die 81,0% Palladium und dieselbe Menge an Kupfer und Gallium wie oben, aber kein Bor enthält, wird hergestellt, und davon wer-25 den Teststücke gegossen. Diese Legierung zeigt einen thermischen Ausdehnungswert von 0,651, eine Vickers-Härte von 424 und eine Streckgrenze von 106,2-107 Pa (10 826 kg/cm2).
Die bevorzugten Legierungen gleichen den Erniedrigungseffekt auf die thermische Expansion durch angleichen 30 anderer Komponenten aus, da Bor erwünschte Vorteile bezüglich Härte und als Ausspüler liefert.
Beispiel 6
Um den Einfluss einer Variation des Galliumgehaltes in 35 einer Legierung zu testen, die einen hohen Gehalt an Kupfer und Kobalt aufweist, werden zwei Legierungszubereitungen hergestellt, wobei jede 10,0% Kupfer und 10,0% Kobalt enthält. In der ersten beträgt der Palladiumgehalt 68,0% und der Galliumgehalt 12,0%. In der zweiten beträgt der Palladiumge-40 halt 74,0% und der Galliumgehalt 6,0%.
Beim Test der Gussstücke der beiden Legierungen werden die folgenden Resultate erhalten:
Test
1. Legierung
2. Legierung
Thermische Ausdehnung
0,707
0,729
Vickers-Härte
354
258
Biegestreckgrenze, x 107 Pa
-
73,4
Beispiel 7
Um den Effekt des Weglassens von Kupfer und Kobalt zu testen, wird eine Legierung hergestellt, die 85,0% Palladium, 11,6% Gallium, 3,0% Gold, 0,3% Bor und 0,1% Iridium ent-55 hält. Gussstücke davon zeigen eine Biegestreckgrenze von 120 000 psi bei 0,1% und eine Vickers-Härte von 340.
Aus der oben beschriebenen detaillierten Beschreibung und den Beispielen ist ersichtlich, dass die Legierungen der vorliegenden Erfindung ein sehr erwünschtes Gleichgewicht bo der Eigenschaften zur Verwendung mit Zahnporzellan liefern, inbegriffen sind gute Giesseigenschaften, gute physikalische Eigenschaften, hohe Anlaufbeständigkeit und Lötfähigkeit und die Verfärbungstendenz der darauf gebrannten Porzellanüberzüge wird wesentlich eliminiert. Die Legierungen sind b5 bei der Verwendung einer in Zahnlaboratorien vorhandenen Ausrüstung einfach zu handhaben und können mit handelsüblichen Porzellanen verwendet werden. Das Resultat sind akkraktive nützliche und langlebige Dentalrestaurationen.
78,0 78,0 20,0 20,0
80,0 20,0
80,0 20,0
2,0
2,0
,670 118 31,0
,637 161
,655 94
43,4 13,8
,787 105
G
Claims (16)
- 655 1302PATENTANSPRÜCHE1. Zahnlegierung, bestehend im wesentlichen aus :a) 50 bis 85 Gew.-% Palladium,b) 5 bis 40 Gew.-% Kobalt und/oder Kupfer,c) 1 bis 15 Gew.-% Gallium,d) bis zu 5 Gew.-% Nickel, Gold, Indium, Ruthenium, Zinn oder Mischungen davon als Modifiziermittel,e) bis zu 1 Gew.-% Bor und0 bis zu 0,5 Gew.-% Rhenium, Iridium oder Mischungen davon als Kornverfeinerer.
- 2. Zahnlegierung nach Anspruch 1, worin der Borgehalt 0,1 bis 0,5 % beträgt.
- 3. Zahnlegierung nach Anspruch 1, worin der Palladiumgehalt 70 bis 82 %, der Kobalt- und/oder Kupfergehalt 5 bis 15%, der Galliumgehalt 3 bis 12% und der Gehalt an Modifiziermittel 1 bis 3% beträgt.
- 4. Zahnlegierung nach Anspruch 3, worin der Borgehalt 0,1 bis 0,5 beträgt.
- 5. Zahnlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das modifizierende Element Gold ist.
- 6. Zahnlegierung nach Anspruch 1, worin der Palladiumgehalt 76 bis 80% beträgt, der Kobalt- und/oder Kupfergehalt als Kupfer in einer Menge von 9 bis 12% vorliegt, der Galliumgehalt 8 bis 11% beträgt, das modifizierende Element Gold in einer Menge von 1 bis 3% ist und der Borgehalt 0,2 bis 0,35% und der Gehalt an Kornverfeinerer 0,05 bis 0,15% betragen.
- 7. Dentalrestauration enthaltend:a) einen Guss einer Zahnlegierung bestehend im wesentlichen aus:1. 50 bis 85 Gew.-% Palladium,
- 2. 5 bis 40 Gew.-% Kobalt und/oder Kupfer,
- 3. 1 bis 15 Gew.-% Gallium,
- 4. bis zu 5 Gew.-% Nickel, Gold, Indium, Ruthenium,Zinn oder Mischungen davon als Modifiziermittel,
- 5. bis zu 1,0 Gew.-% Bor, und
- 6. bis zu 0,5 Gew.-% Rhenium, Iridium oder Mischungen davon als Kornverfeinerer und b) einen Porzellanüberzug auf einem Teil des Gusses, der fest an den Guss gebunden und im wesentlichen frei von Verfärbung ist.
- 8. Dentalrestauration nach Anspruch 7, worin der Borgehalt der Legierung 0,1 bis 0,5 Gew.-% beträgt.
- 9. Dentalrestauration nach Anspruch 7, worin die Legierung 70 bis 82 Gew.-% Palladium, 5 bis 15 Gew.-% Kobalt und/oder Kupfer, 3 bis 12 Gew.-% Gallium, 1 bis 3 Gew.-% des Modifiziermittels und 0,05 bis 0,15 Gew.-% an Kornverfeinerer enthält.
- 10. Dentalrestauration nach Anspruch 9, worin der Borgehalt der Legierung 0,1 bis 0,5 Gew.-% beträgt.
- 11. Dentalrestauration nach einem der Ansprüche 7 bis 10, worin das modifizierende Element Gold ist.Wie bekannt ist, sollten Zahngusslegierungen einen hohen Grad an Bioverträglichkeit oder Beständigkeit gegenüber den Bedingungen im Mund und gute physikalische Eigenschaften aufweisen, damit sie langlebig verwendbar sind. Zusätzlich müssen diese Legierungen, die zur Herstellung von Güssen, auf die Porzellanüberzüge gegossen werden können, verwendet werden, gute Bindungseigenschaften zu den Porzellanüberzügen und andere Eigenschaften, die mit den Porzellanüberzügen verträglich sind, aufweisen, wie z.B. einen ähnlichen Expansionskoeffizienten, das Vermeiden der Verfärbung des Porzellans usw. Schliesslich sollte sich die Legierung während des Giessens gut verhalten und sollte mit im Handel erhältlichen Porzellanen verwendbar sein.Bis vor wenigen Jahren wurden Goldlegierungen, gewöhnlich Gold/Platin-Legierungen, als Zahngussmaterialien bevorzugt, weil sie ein erwünschtes Gleichgewicht von Eigenschaften lieferten. Die handelsüblichen Zahnporzellane wurden so zubereitet, dass sie mit ihnen verträglich waren.Die hochschnellenden Preise von Gold und Platin haben kürzlich dazu geführt, dass ausgedehnte Bemühungen unternommen wurden, um alternative Legierungszusammensetzungen zu finden, die, bei wesentlich niedrigeren Kosten, annehmbare Eigenschaften ergeben. Man hat festgestellt,dass unedle Metallegierungen im allgemeinen eine oder mehrere Einschränkungen, wie z.B. mangelnde Bioverträglichkeit, ästhetische Mängel etc., aufweisen. Während den letzten paar Jahren resultierten daraus beträchtliche Aktivitäten zur Entwicklung von Palladium/Unedelmetall-Legierungen, mit dem Ziel, das weniger teure Palladium zu verwenden.Eine Anzahl Palladium/Silber-Legierungen wurden entwickelt, die die Erscheinungsform von Platinlegierungen nachahmen und einen hohen Grad an Bioverträglichkeit aufweisen, während sie noch brauchbare Giesseigenschaften und physikalische Eigenschaften zeigen. Jedoch neigt der Silberanteil dazu, bei der Porzellanbrenntemperatur zu oxidieren und die Porzellane, die darauf gebrannt werden, um die insbesondere bei früheren Dentalrestaurationen weit verwendeten ästhetischen Überzüge bereitzustellen, zu verfärben. In der US-PS Nr. 4 350 526, veröffentlicht am 21.9.1982, wird eine Palladium/Silber-Legierung offenbart, die einen grossen Teil des Verfärbungsproblems überwunden hat.Jedoch erfordern die Palladium/Silber-Legierungen nach der US-PS Nr. 4 350 526 eine exakte Kontrolle während des Porzellanbrennschrittes und eine Auswahl der dabei verwendeten Porzellane. Die allgemein erhältlichen Zahnporzellane wurden für die Verwendung mit Legierungen hohen Goldgehaltes zubereitet, um einen thermischen Expansionskoeffizienten zu erhalten, der typischerweise 5 bis 10% kleiner als derjenige der Legierungen hohen Goldgehaltes ist. Daraus ergibt sich, dass der Porzellanüberzug nach dem Abkühlen von der Brenntemperatur unter Druck gesetzt wird, wobei eine dauerhaftere Restauration entsteht, wenn sie einer Zugbelastung (tensile loading) unterworfen wird.Das Erniedrigen oder Eliminieren des Goldgehaltes in einigen der Ersatzlegierungen hat Schwierigkeiten darin verursacht, einen genügend hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufrechzuerhalten, der bevorzugt im Bereich von 0,66 bis 0,72% bei 500° C liegt. Wie in der oben genannten Anmeldung darauf hingewiesen wurde, wurde Silber anstelle von Gold verwendet, um einen geeigneten Ausdehnungskoeffizienten zu erhalten, aber Silber oxidiert leicht bei den Porzellanbrenntemperaturen. Das Silberoxid diffundiert dann in das Porzellan und geht eine Ionenaustauschreaktion mit dem Natrium darin ein, woraus eine deutliche, unkontrollierte Verfärbung des Porzellans resultiert, die ästhetisch unannehmbar ist.Legierungen für ceramo-metallische Restaurationen müssen auch ein gewünschtes Gleichgewicht an physikalischen und mechanischen Eigenschaften aufweisen. Die Härte muss 150 Vickers übersteigen, um dem Abreiben durch gegenüberliegende Zähne zu widerstehen. Um dem durch die Restauration übermittelten Druck zu widerstehen, muss die Legierung eine Biegestreckgrenze (offset yield strength) von über 27,6-107 Pa (2812 kg/cm2) bei 0,1% aufweisen. Damit die Ränder einer im Mund des Patienten angebrachten Legierung angepasst werden können, ist eine Zugdehnung (tensile elon-gation) von mindestens 6% erforderlich.Zusätzlich muss man eine Zahngusslegierung vor dem Porzellanbrennzyklus löten können. Da Porzellan bei ungefähr 1000° C gebrannt wird, muss die Legierung einen Solidus von mindestens 1100°C aufweisen, um dem Lötmittel zu51015202530354045505560b53655 130ermöglichen zu fliessen, ohne dass der Guss zu schmelzen beginnt. Um die Legierung mit den in Zahnlaboratorien üblichen Standardausrüstungen giessen zu können, darf die Liquidus-Temperatur jedoch nicht grösser als 1400° C sein. Schliesslich muss die Legierung auch gute Bindungseigenschaften mit Zahnporzellanen zeigen, was durch einen minimalen Wert für die maximale Biegungsspannung von 8,28-10" Pa (843,6 kg/cm2) und einen minimalen Wert für das Verhältnis der Biegefestigkeit (maximale Biegungsspannung/Elastizitätsmodul der Legierung) von 0,7 • 10~3 dargestellt wird.
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