DE3231546C2

DE3231546C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Brennen dentaler, metallkeramischer Gegenstände

Info

Publication number: DE3231546C2
Application number: DE3231546A
Authority: DE
Inventors: Herbert Georg 6101 Messel Schulmeyer
Original assignee: Dentsply International Inc
Current assignee: Dentsply Sirona Inc
Priority date: 1982-08-25
Filing date: 1982-08-25
Publication date: 1985-01-10
Also published as: DE3231546A1; CA1214692A; US4498865A

Abstract

Das Verfahren ist zum Brennen dentaler, metallkeramischer Gegenstände, wie Kronen, Brücken, Prothesen od.dgl. bestimmt. Die auf einem metallischen Träger mindestens in einer Schicht aufgetragenen keramischen Massen werden durch Beaufschlagung von Wärme aufgebrannt, und die Gegenstände werden danach mehr oder weniger langsam abgekühlt. Um der dabei immer noch gegebenen Gefahr die Bildung von Rissen und Abplatzungen an den Gegenständen entgegenzuwirken, wird nach Beendigung des Brennvorganges der zu behandelnde Gegenstand bei abgesenkter und dann gleichbleibend gehaltener Temperatur einer zusätzlich Temperung unterzogen. Nach dieser Temperungsphase wird der Bereich der oberen und unteren Entspannungstemperatur (etwa 700 bis 400 ° C) mit einer vorbestimmten Abkühlgeschwindigkeit durchfahren.

Description

a) der bezüglich der Temperung günstigsten Stel- LEUZIT-Ausscheidung, erheblich verändern können, lung des Sockels (6) zur Brennkammer (7), So findet im Temperaturbereich von ca. 600 bis 900° C

b) derTemperungstemperatur, in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit eine Kristall-

c) derTemperungsdauerund 45 bildung und eine dadurch bedingte Zunahme der Wär-

d) der Abkühlgeschwindigkeit nach Abschluß der meausdehnung statt

Temperungsphase angeordnet sind. Je nach Erhitzungs- und/oder Abkühlungsmodus bei

den verschiedenen Beschichtungsvorgängen können da-

5. Brennofen nach Anspruch 4, dadurch gekenn- her in metallkeramischen Verbundsystemen stark erzeichnet, daß die zusätzlichen Elemente (2 bis 5) in so höhte Druckspannungen oder Zugspannungen auftrean sich bekannter Weise programmierbar und durch ten, die bei den keramischen Verblendungen zu Abplat-Eingabe legierungsbezogener Daten betätigbar aus- zungen, Rissen oder Sprüngen führen und dann eine gebildet sind. Neuanfertigung einer Arbeit verlangen.

Die Erzielung der angestrebten geringen Druckspan-

55 nung in dentalen, metallkeramischen Verbundsystemen

wird außerdem noch zusätzlich dadurch erschwert, daß sich das Angebot an Legierungen für diese Methode in

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennen den letzten Jahren erheblich vergrößert hat, wobei die dentaler, metallkeramischer Gegenstände gemäß Ober- thermische Ausdehnung der edelmetall-reduzierten und begriff des Hauptanspruchs. 60 edelmetallfreien Legierungen für den üblicherweise ge-

Solange wie die »Metallkeramik« als Verbundsystem messenen Bereich von 25 bis 600° C zwischen 138 bis zur Herstellung von Zahnersatz benutzt wird, so alt ist 154 · 10-'/1⁰C variieren kann. Dadurch wird die Geauch die notwendige Brenntechnik, um die Keramik- fahr großer Druckspannungen in solchen metallkeramikomponente mit der tragenden Metallkomponente zu sehen Verbundsystemen erhöht, und Mißerfolge durch verbinden und zwar mit der Zielsetzung eines befriedi- 65 Sprünge oder Abplatzungen in den Verblendschichten genden Aussehens und hoher funktioneller Beanspruch- werden begünstigt.

barkeit. Während der Abkühlung einer metallkeramischcn

Das als dentale »Metallkeramik« bezeichnete Ver- Arbeit entsteht bekanntlich von der Keramikoberfläche

3 4

zum Metall hin ein Temperaturgradient, der um so grö- mikmasse stattgefunden hat Die in Abhängigkeit vom

ßer ist, je rascher die Abkühlung vonstatten geht Dies jeweils verwendeten Metall-Keramik-System spfji-

bedeutet, daß grundsätzlich, vor allem aber im Erstar- nungstechnisch günstigste Kühlrate kann also einge-

rungsbereich das Metall eine niedrigere Temperatur stellt werden ohne Rücksicht auf die wünschenswert aufweist als die keramische Verblendung. Die Spannun- 5 zusätzliche Kristallisation mit ihrer günstigen Erhöhung

gen im Metall-Keramik-Verbundsystem sind dieser der thermischen Ausdehnung.

Temperaturdifferenz direkt proportionaL Eine rasch ab- Zwar ist es nach A.H. Dietzel, Emaillierung (1981),

gekühlte, metallkeramische Arbeit unterliegt daher Seiten 141 bis 142, ganz allgemein bekannt daß die bei

stärkeren Spannungen als eine langsam abgekühlte Ar- einer Emaillierung vorhandenen Spannungen durch beit ίο nachträgliches Tempern oder durch langsames Abküh-

Dem hat man bisher dadurch zu begegnen versucht, len gemindert werden können, eine genauere Anwei-

daß man eine langsame und temperaturgebundene Ab- sung, wie dies im einzelnen durchzuführen ist ist diesem

kühlung der Gegenstände vorsieht, die sich durch eine Aufsatz jedoch nicht zu entnehmen, insbesondere nicht

im wesentlichen stetig fallende Temperatur- bzw. Ab- die Maßgabe, den Abkühlungsvorgang gezielt durch ei-

kühlkurve repräsentiert, der ein Vorwärmvorgang bis 15 ne Temperphase zu unterbrechen,

etwa 650° C und dann der eigentliche Brennvorgang bis Es wurde bei Vergleichsversuchen gefunden, daß bei

etwa 9S0° C vorausging. einem bekannten, im Handel befindlichen metallkerami-

Brcnngeräte bzw. Brennöfen, die solch eine stetige sehen Verbundsystem in Kombination mit einer beAbkühlung zulassen, sind bekannt und verfügbar, kannten, handelsüblichen Legierung nach herkömmli-

lnsbesondere bei hoch feldspathaltigen Massen in 20 chem Brennen und herkömmlich^· Abkühlung Span-Verbindung mit der heute verfügbaren großen Anzahl nungen von 6700 N/cm² vorlagen und "Sprünge auftraunterschiedlicher Legierungen für die Metallkompo- ten, während beim erfindungsgemäßen Vorgehen der nente hat sich jedoch gezeigt, daß mit de,- Maßgabe Spannungswert wesentlich verbessert, lediglich 900 N/ einer mehr oder weniger langsamen Abkühlung die Ge- cm² betrug und keine Sprünge und Abplatzungen zu fahr einer Rißbildung und die Gefahr von Abplatzungen 25 beobz :hten waren.

nicht befriedigend in den Griff zu bekommen ist und Als Brennofen zur Durchführung des Verfahrens ist

der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde das Verfah- insbesondere ein Brennofen nach dem DE-GM

ren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbes- 82 04 464 vorgesehen, bei dem vorteilhaft das die

sern, daß diese Gefahren weitgehend ausgeschlossen Brennkammer enthaltende Oberteil bewegt wird und

werden können. 30 der das Brenngut tragende Sockel stationär am bzw. im

Diese Aufgabe ist mit einem Verfahren der eingangs umeren Gerätegehäuse angeordnet ist.

genannten Art nach der Erfindung durch das im Kenn- Dieser Brennofen bedarf jedoch, obgleich es sich da-

zeichen des Hauptanspruches Erfaßte gelöst Vorteil- bei um einen automatisch arbeitenden Ofen handelt, zur

hafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich Durchführung des Verfahrens einer erfindungsgemäßen

nach den Ansprüchen 2,3. 35 Ausbildung im Sinne des Anspruchs 4 und in vorteilhaf-

Wesentlich ist also hierbei und unterschiedlich zu bis- ter Weiterbildung im Sinne des Anspruchs 5, da mit den her praktizierten Brennmethoden, daß sich an den vorhandenen Automatikelementen die erfindungsge-Brennvorgang nicht unmittelbar eine stetige Abkühlung mäße Temperungsphase und anschließend gefeit einanschließt sondern daß nach einer Temperaturabsen- zustellende Abkühlrate nicht berücksichtigt bzw. eingekung von 80—280°C der Abkühlvorgang gezielt durch 40 stellt werden kann.

eine Temperphase unterbrochen und der gebrannte Ge- Es sei jedoch bemerkt, daß die erfindungsgemäße

genstand während dieser Phase über eine bestimmte Ausbildung des Brennofens gemäß der Ansprüche 4, 5

Zeitdauer in Anpassung an die verwendeten Kompo- nicht zwingend an die Verwendung eines Brennofens im

nenten auf der Temper-Temperatur gehalten wird, um Sinne des genannten DE-GM gebunden ist.

die maximale Ausdehnungserhöhung der jeweils be- 45 Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend

nutzten Keramikmassen zu bewirken. in Verbindung mit der zeichnerischen Darstellung des

Die erfindungsgemäß bei einer Temperatur von Brennofens zu seiner Durchführung und einer Kurven-

80—280° C unter der Brenntemperatur nach dem Brand darstellung erläutert Es zeigt

durchzuführende Temperung bewirkt nämlich eine zu- F i g. 1 teilweise in Schnitt und Ansicht den Brennofen

sätzliche Kristallisation in der dentalkeramischen Masse 50 und

und damit eine Erhöhung ihrer thermischen Ausdeh- Fig.2 den typischen und tendenziellen Kurvenver-

nung, wobei durch Variation der Temperdauer sogar lauf der gesamten verfahrensgemäßen Wärmebehand-

eine individuelle Anpassung der thermischen Ausdeh- lung.

nung der Keramik an die jeweils benutzte Legierung In Fig. 1 sind die für den Ofen und das Verfahren

möglich ist 55 wesentlichen Elemente einfach schematisch innerhalb

Die ansich allein schon dadurch erreichbare Vermin- der Umrißlinien des unteren Gehäuses in Form eines

derung der Spannungen in einem dentalen, metallkera- Blockschaltbildes angedeutet.

mischen Verbundsystem wird nun noch deutlich da- Mit 1 ist dabei das Regel- und Steuerungsteil bezeich-

durch unterstützt, daß der Bereich zwischen der söge- net, das solche automatischen Brennöfen schon bisher

nannten oberen und unteren Entspannungstemperatur so aufweisen. Die damit in Verbindung stehenden und an>

der keramischen Massen je nach verwendetem Metall- gedeuteten Elemente Γ sollen symbolisch s?mxHche bis-

Keramik-System mit einer Kühlrate zwischen l°C/min her ebenfalls vorhandenen Schalt- und Regelelemente

und 50° C/min durchfahren wird. repräsentieren.

In diesem Kühlratenbereich liegen zwar auch die Ab- Im bzw. zum R "!gel- und Steuerungsteil 1 kommen

kühlungsgeschwinüigkeiten bekannter Verfahren, neu 65 nun, um das Verfahren durchführen zu können, hinzu

ist dabei aber, daß diese Abkühlgeschwindigkeiten erst die Elemente 2 bis 5, bspw. ein Microprozessor 8 und

nach dem Tempern zur Anwendung kommen, d. h., eine Eingabetastatur 9, mit deren Einzeltasten legie-

nachdem eine zusätzliche Kristallisation in der Kera- rungsabhängig das entsprechende Programm im Micro-

prozessor 8 für eine spezielle Legierung ausgewählt wird.

Vom ausgewählten Programm werden dann die Elemente 2 bis 5 betätigt, wobei ggf. vorteilhaft im jeweiligen Programm die Dauer und Temperaturen für die Vorwärm- und Brennphase mit enthalten sein können.

Wesentlich sind aber die programmierten Auswahlmöglichkeiten für die ganze Temperphase und zwar hinsichtlich der günstigsten Stellung des Brenngutträgersockels 6 zur Brennkammer 7, der über eine bestimmte Dauer einzuhaltenden Temperungstemperatur und schließlich hinsichtlich der Abkühlgeschwindigkeit bzw. der Kühlrate nach Abschluß derTemperungsphase.

Die in F i g. 2 dargestellte Kurve ist zwar gültig für eine Nichtedelmetall-Aufbrenn-Legierung mit einer thermischen Ausdehnung >145 · 10-'/⁰K verblendet mit der vorerwähnten dentalkeramischen Masse »Biodent-Metaiikeramik universal«, aber unabhängig von dieser speziellen Legierung ist die Kurve jedoch in ihrem tendenziellen Verlauf für die Verfahrensführung grundsätzlich charakteristisch und verdeutlicht insbesondere, daß der sonst übliche, unmittelbar hinter dem Brennbereich ansetzende Abkühlast der Kurve durch den Temperungsbereich unstetig unterbrochen ist. »Unstetig« bedeutet in diesem Fall natürlich nicht, daß der Kurvenverlauf scharfe Knicke, wie dargestellt, aufweisen muß.

Hie-zu 1 Blatt Zeichnungen 30

35

40

45

50

60

65

Claims

ι 2

bundsystem besteht im wesentlichen darin, daß auf eine Patentansprüche: Kappe oder ein Brückengerüst aus einer speziellen

Edelmetall-Legierung oder edelmetallreduzierten Le-

1 Verfahren zum Brennen dentaler, metallkerami- gierung oder edelmetallfreien Legierung mittels mehrescher Gegenstände, wie Kronen, Brücken, Prothesen 5 rer, aufeinanderfolgender Brennprozesse eine oder oder dgl, wobei die auf einem metallischen Träger mehrere Schichten aus sogenannten dentalkeramischen mindestens in einer Schicht aufgetragenen kerami- Grund-, Dentin- u. Schneidemassen aufgebrannt werschen Massen durch Beaufschlagung von Wärme den. ..._,. ,„ ·

aufgebrannt und die Gegenstände danach mehr oder Zu den Forderungen, die ein derartiges metallkerami-

werüger langsam abgekühlt werden, dadurch to sches Verbundsystem erfüllen muß, um sich klinisch zu gekennzeichnet daß nach Beendigung des bewähren, gehört nach heutigem Erkenntnisstand auch Brennvorganges das Brenngut zunächst auf eine ab- eine bestimmte Anpassung der thermischen Ausdeheesenkte die maximale Ausdehnungserhöhung der nung von Legierungen und dentalkeramischsn Massen, jeweils benutzten Keramikmassen gewährleistende Hierbei ist zu beachten, daß die thermische Ausdehnung Temperaturstufe gebracht, danach anschließend bei 15 der Massen, sowohl in ihrem Transformationsbereich, eleichbleibend gehaltener Temperatur einer an sich als auch bei niedrigeren Temperaturen, so bemessen bekannten Temperung unterzogen und dann nach sein muß, daß sich bei Raumtemperatur keine zu Rissen der Temperungsphase der Bereich der oberen und oder Abplatzungen führende Spannungen ergeben. Insunteren Eatspannungstemperatur (700 bis 400°C) besondere wird mit der Anpassung der thermischen mit einer vorbestimmten Abkflhlgeschwmdigkrit 20 Ausdehnung vor. Metaü und Keramik angestrebt, die durchfahren wird. Keramik bei Raumtemperatur, soweit wie möglich, un-

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ter geringe Druckspannungen zu setzen, zeichnet, daß vor der Temperungsphase die Tempe- Das »Verblenden« der Metallkappen und Brücken-

raturabsenkung mit 80 bis 280⁰C vorgenommen gerüste mit dem dentalkeramischen Grund-Dentin- und _wiri 25 Schneidemassen erfolgt bekanntermaßen schichtweise

3 Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge- in mehreren, aufehvanderfolgenden Brennprozessen unkennzeichnet, daß die Abkühlgeschwindigkeit je ter Einstellung von Brenntemperaturen zwischen 950° C nach Art des Metall-Keramik-Systems des zu bren- bis 980⁰C sowie einer zeitweisen Evakuierung der nenden Gegenstandes auf l°C/min bis 50°C/min Brennkammer und wird normalerweise mit einem sogeeingestellt ^ird. 30 nannten Glanzbrand abgeschlossen.

4 Brennofen, insbesondere Vakuumbrennofen zur Während nun die thermische Ausdehnung der soge-Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 nannten »Aufbrennlegierungen« bei den mehrfachen bis 3 bestehend aus einer d--n Ofenteil bildenden, Erhitzungs- und Abkühlvorgängen zwischen Raumtembeheizbaren Brennkammer nut einem zu dieser rela- peratur und ca. 980° C eine relative Konstanz zeigt, so tiv verstellbaren Brenngutträgersockel und aus ei- 35 hat sich dagegen bei den in der Dentalkeramik bevornem Regel- und Steuerungsteil für die zeitabhängige zugt verwendeten, hoch feldspathaltigen Masser, für die Temperaturführung bezüglich des Brenngutes in der dentale Metallkeramik ergeben, daß die Erhitzungs-Brennkammer, dadurch gekennzeichnet, daß im Re- und Abkühlvorgänge bei a>.n mehrfachen Beschichtungel- und Steuerungsteil (1) zusätzlich Elemente (2 bis gen sowie die Anzahl der Brennprozesse die thermische 5) zur Auswahl bzw. Einstellung 40 Ausdehnung der Massen durch Kristallisation im glaskeramischen System K₂O · Al₂O₃ ■ SiO₂, bspw. durch