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Verfahren zur Herstellung keramischer Kunstzähne Die vorliegende Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung keramischer, Trübungsstoffe enthaltender
Kunstzähne besonders vorteilhafter Beschaffenheit.
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Keramische Kunstzähne werden im allgemeinen in der Weise hergestellt,
daß man die Grundsubstanzen, z. B. Feldspat, und Trübungsstoffe, z. B. Quarz, Kaolin,
Zinnoxyd, Aluminiumoxyd od. dgl., in geeigneten Mengenverhältnissen und Aufteilungsgraden
miteinander vermischt und entweder unter Zugabe von geeigneten Hilfsstoffen direkt
zu einem Rohzahn verformt und diesen brennt oder aber daß man aus den genannten
Rohstoffen zunächst eine Vorschmelze herstellt und aus der so gewonnenen Fritte
nach Pulverisierung und Zufügung von Hilfsstoffen die keramischen Zähne formt und
brennt. Dem letztgenannten Verfahren wird dabei im allgemeinen der Vorzug gegeben,
weil es zu transparenteren und daher naturähnlicheren Produkten führt. Auch durch
spezielle Brennverfahren, z. B. durch Brennen der Zähne unter Vakuum, ist es gelungen,
den Transparenzgrad der keramischen Zähne zu steigern und diese dem Naturzahn noch
weiter anzugleichen. Auf diese Weise ist es zwar gelungen, die Transparenz der Kunstzähne
weitgehendst der des natürlichen Zahnes anzunähern. Ein sichtbarer Mangel bei allen
diesen Produkten besteht jedoch darin, daß diese nicht das spezifische Verhalten
des natürlichen Schmelzes bei auffallendem bzw. durchfallendem Licht zeigen. Namentlich
bei hochtransparenten jugendlichen Zähnen fällt auf, daß die Schneidekanten im auffallendem
Licht ausgesprochen blau wirkende Partien zeigen, während dieselben Teile im durchfallenden
Licht gelblichrot erscheinen. Alle Versuche, keramischen Kunstzähnen auch noch diese
Eigenschaften zu verleihen und damit auch noch in dieser Hinsicht Naturzähnen anzugleichen,
schlugen bisher fehl.
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Es wurde nun festgestellt, daß man die vorerwähnten, die Eigenschaften
des Naturzahnes aufweisenden keramischen Kunstzähne mit Trübungsstoffen dann erhält,
wenn man bei der Herstellung erfindungsgemäß so vorgeht, daß die Trübungsstoffe
in Form von Teilchen, deren Abmessungen maximal in der Größenordnung der Lichtwellenlänge
liegen, innerhalb der Schmelze bzw. durch Abkühlen, Tempern und/oder Anlassen gebildet
werden.
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Als Trübungsstoffe können hierbei je nach der chemischen Zusammensetzung
und dem Zustandsdiagramm des keramischen Systems grundsätzlich alle Komponenten
des gesamten keramischen Stoffsystems, z. B. auch SiO2, Al203, ZrO2 usw. be-
ziehungsweise
Verbindungen zwischen diesen Komponenten, z. B. Aluminium- oder Zirkonsilikate,
wirksam sein, sofern diese Stoffe bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in Form der erwähnten Teilchen auftreten.
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Der erwähnte mit den Trübungsteilchen erreichte optische Effekt läßt
sich mit den physikalischen Gesetzen der Lichtstreuung erklären, nach denen die
verschiedenen Wellenlängen des sichtbaren Lichtes durch die Trübungsteilchen der
angegebenen Teilchengröße in verschiedener Weise gestreut werden und denen zufolge
die Zahnsubstanz im durchfallenden oder auffallenden Licht verschiedene Färbungen
annimmt, indem das stärker gestreute blaue Licht nur in der Aufsicht und das weniger
gestreute gelbrote Licht nur in der Durchsicht in Erscheinung tritt.
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Die Gesetze der Lichtstreuung lehren nun aber, daß es bei der Hervorrufung
des beschriebenen Effektes nicht allein auf die Größe der streuenden Teilchen ankommt,
sondern auch auf ihre Zahn in der Volumeinheit der umgebenden Substanz und auf den
Brechungsindex der Teilchen relativ zu dem der Umgebung. Obgleich man diese Gesetzmäßigkeiten
schon seit einer Reihe von Jahrzehnten kennt, fanden sie in der Zahnkeramik noch
keine Anwendung.
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Zwar gelang es der Glastechnologie schon vor längerer Zeit, opaleszierende
Gläser zu entwickeln, aber dort handelt es sich einerseits um Herstellungsverfahren,
die im allgemeinen wesentlich von denen der
Zahnkeramik abweichen,
und andererseits um Stoffsysteme, auf die sich die zahnkeramischen Verfahren entweder
gar nicht anwenden lassen oder bei Anwendung zahnkeramischer Verfahren unter den
gegenwärtigen Entwicklungsbedingungen und bei den heutigen Anforderungen an die
Qualität keramischer Zähne zu völlig unbefriedigenden Produkten führen würden.
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Der Umstand, daß die Gesetze der Lichtstreuung seit langem - zum
Teil fast 100 Jahre - bekannt und die vorerwähnten Erfahrungen in der Glastechnologie
ebenfalls recht alt sind, ohne daß der Fachmann bislang von diesen Gesetzen bzw.
dort gesammelten Erfahrungen auf dem Gebiet der Herstellung von Zahnmassen Gebrauch
gemacht hätte, und das Problem der Herstellung von Zahnmassen mit den beschriebenen
charakteristischen optischen Eigenschaften zu lösen, zeigt mit Deutlichkeit, daß
das erf ndungsgemäße Verfahren in keiner Weise nahegelegen hat. Bedenkt man noch,
daß Verfahren zur Herstellung solcher Zähne für die Praxis nur dann bedeutungsvoll
sind, wenn sie deren Herstellung ohne außergewöhnlichen Ausschuß erlauben, und berücksichtigt
man noch, welche besonderen Anforderungen an die keramischen Zähne gestellt werden
(hohe mechanische Festigkeitswerte, gute Biege- und Stoßfestigkeit, gute Temperaturwechselbeständigkeit,
gute Schleifbarkeit, geringe Splitterneigung, Stabilität des Opaleszenzeffektes
bei den in der Zahntechnik üblichen thermischen Beanspruchungen usw.), dann muß
es überraschen, in wie einfacher Weisej durch das erfindungsgemäße Verfahren das
schon seit langem bestehende Problem gelöst wurde, in technisch brauchbarer Weise
keramische Zähne herzustellen, welche das beschriebene besondere optische Verhalten
der natürlichen Zähne zeigen und gleichzeitig die erwähnten besonderen Anforderungen
an keramische Zähne erfüllen.
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Das Verfahren kann beispielsweise derart durchgeführt werden, daß
im Rahmen des Brandes auf Temperaturen erhitzt wird, welche zur Bildung einer gesättigten
Lösung der Trübungsstoffe in der Grundsubstanz führen. Hierfür sind einer solchen
Zweckbestimmung gemäß Art und Menge der Ausgangsstoffe derart aufeinander abzustimmen
und auszuwählen, daß sich eine derartige gesättigte Lösung bildet, daß sich aus
dieser beim Abkühlen Teilchen der Trübungsstoffe, deren Abmessungen maximal in der
Größenordnung der Lichtwellenlänge liegen, ausscheiden. die sich dann im Endprodukt
in der vorerwähnten Weise auswirken.
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Bei einer solchen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann
auch von Rohmischungen ausgegangen werden, innerhalb welcher die Trübungsstoffe
teilweise oder völlig in einer Teilchengröße oberhalb der Wellenlänge des Lichtes
vorliegen, weil diese Teilchen bei dem Lösungsvorgang - wenn nicht überhaupt, nur
eine Reduzierung bis auf die gewünschte Teilchengröße erfolgt - verschwinden und
sich dann beim Abkühlen Teilchen in einer Größe unterhalb der Wellenlänge des Lichtes
ausscheiden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann auch eine zweistufige Verfahrensweise über die Herstellung einer Fritte ausgewertet
werden. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß
zunächst ein Gemisch von Grundsubstanzen und Trü-
bungsstoffen beliebiger Teilchengröße
zu einer übersättigten Lösung verschmolzen wird und dann die so erhaltene Fritte
in üblicher Weise zerkleinert und zu Zähnen geformt wird und diese vorzugsweise
unter vermindertem Druck gebrannt werden, wobei die Temperaturen derart gesteuert
werden, daß eine Ausscheidung zumindest des überwiegenden Teiles der Trübungsstoffe
in einer Teilchengröße, die maximal von der Größenordnung der Lichtwellenlänge ist,
herbeigeführt wird.
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Mit Vorteil kann auch so vorgegangen werden, daß zunächst eine übersättigte
Fritte aus Grundsubstanzen, z.B. einem Natrium- bzw. Kalium-Aluminium-Silikat, und
Trübungsstoffen, z. B. Zirkonoxyd, beliebiger Teilchengröße bei hohen, über dem
Schmelzpunkt der keramischen Masse liegenden Temperaturen hergestellt und diese
dann in zweckmäßig feinzerkleinertem Zustand und geringen, z. B. bei transparenten
Massen etwa 1 bis 50/0 und bei Dentin-Massen etwa 10 bis 20 °/o ausmachenden Mengen
üblichen keramischen gefritteten oder ungefritteten Massen zugemischt wird.
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Diese letzterwähnte Ausführungsform bietet unter anderem den besonderen
Vorteil, daß gemäß derselben die bei hoher Temperatur gebrannte Vorfritte zerkleinert
und in die Zahnmasse eingewogen werden kann und man so die angestrebten Eigenschaften
des Endproduktes bewußt nach Belieben dosieren kann.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können beispielsweise als Grundsubstanz
Feldspat oder Natrium- bzw. Kalium-Aluminium-Silikate und als Trübungsstoffe Zinnoxyd,
Quarz, Korund und/oder Zirkonoxyd verwendet werden. Mit Vorteil werden hierbei Zahnbrandtemperaturen,
die im Bereich von etwa 1250 bis etwa 13500 C liegen, verwendet.
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Hierbei handelt es sich jedoch keineswegs um kritische Größen.
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Beispiel 1 Man mischt reinen Feldspat einer Korngröße von unter 50
,u mit 0,2 Gewichtsprozent Zinnoxyd einer Teilchengröße von weniger als 5 zu einem
homogenen Pulver. Dieses wird mit einer Stärkepaste und Wasser zu einer plastischen
Masse von in der Zahnkeramik üblicher Konsistenz angeteigt und zu einem Zahn geformt.
Dieses wird dann bei einer Temperatur von 13500 C unter einem Druck von 10 mm Hg
gebrannt, wobei während der letzten etwa 5 Minuten diese Druckminderung aufgehoben
werden kann.
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Beim Abkühlen scheidet sich ein Teil des gelösten Trübungsmittels
in einer Teilchengröße der gewünschten Art aus. Der Zahnschmelz sieht ebenfalls
im auffallenden Licht blau und im durchfallenden Licht gelblichrot aus.
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Beispiel 2 Man mischt reinen Feldspat einer Korngröße unter 50 j
mit 8 Gewichtsprozent reinem Korund einer Korngröße von unter 10 p zu einem homogenen
Pulver. Dieses wird bei etwa 15500 C verschmolzen und dann abgekühlt. Die so erhaltene
Fritte wird in üblicher Weise zu einem Pulver von unter 50 p vermahlen, in der üblichen
Weise zu Zähnen verformt, und diese werden 10 Minuten bei 12500 C unter den Druckverhältnissen
gemäß Beispiel 1 gebrannt. Auch der so erhaltene Zahnschmelz zeigt im auffallenden
Licht eine blaue und im durchfallenden Licht eine gelblichrote Färbung.
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Beispiel 3 Man mischt 94 Gewichtsteile eines Natrium- bzw.
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Kalium-Aluminium-Silikates als Grundsubstanz mit 6 Gewichtsteilen
feingemahlenem Zirkonoxyd und stellt aus dieser Mischung durch Schmelzen bei hohen,
zur Verglasung führenden Temperaturen eine Fritte her. Die so erhaltene Fritte wird
nach ihrem Abkühlen fein zermahlen und in Mengen von 1 bis 5 Gewichtsprozent einer
üblichen Zahnmasse zugesetzt, die in gleichfalls üblicher Weise zu Zähnen verformt
und gebrannt wird.