DE3739096A1 - Verfahren zur herstellung von hochgenauen glaskeramischen zahnersatzstuecken im sinterverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochgenauen Zahnersatz­ stücken wie Inlays, Onlays, Verblendschalen u.ä. Objekten im Sinterverfahren aus pulverförmigen dentalkeramischen Massen auf einem feuerfesten Zahnstumpfmodell.

In der Zahnheilkunde sind seit etwa fünfzig Jahren Verfahren bekannt, kleine Zahnersatzstücke wie Inlays, Onlays und Verblendschalen dadurch herzustellen, daß ein feuerfestes Modell des vom Zahnarzt präparierten Zahnstumpfes herge­ stellt wird und auf diesem Modellstumpf die Defekte durch keramische Massen aufgefüllt werden.

Zu diesem Zweck wurden mit Gips oder Phosphaten gebundene feuerfeste Stümpfe, vorzugsweise aus Quarzsand und Aluminiumoxid bestehend, hergestellt. Die kera­ mischen Massen wurden mit Hilfe wäßriger Medien angeteigt und schichtweise in die Defekte eingebracht und dort gesintert. Die Sinterschrumpfung wurde durch Nachschichten ausgeglichen. Die so erzeugten Objekte waren von unzurei­ chender Paßgenauigkeit. Das Verfahren hat sich nicht durchsetzen können.

In jüngster Zeit hat sich das Interesse an diesem Fertigungsverfahren jedoch weltweit wiederbelebt. Ursache sind einerseits die gestiegenen Kosten für ge­ gossene Zahnersatzobjekte aus Edelmetallwerkstoffen und andererseits die Kritik an zahnärztlichen Amalgamen sowie Füllungswerkstoffen auf Kunststoffbasis. Nach dem derzeitigen Stand der Werkstoffwissenschaften versprechen bei der Einzel­ zahnrestaurierung nur keramische Werkstoffe alle Anforderungen an zahnähnliches Aussehen und Haltbarkeit zu erfüllen.

Das unentbehrliche Hilfsmittel für diese Art der Herstellung von Zahnersatz­ stücken ist der feuerfeste Stumpfwerkstoff mit seinen Eigenschaften. Einen ent­ scheidenden Durchbruch brachte die Erkenntnis, daß die Sinterschrumpfung der Keramiken dadurch zu beherrschen sei, daß sie sich mit der feuerfesten Stumpf­ masse verbinden müsse, damit die Schrumpfung keine unerwünschte Spaltbildung erzeugt.

Die so hergestellten Zahnersatzstücke müssen einerseits in ihren äußeren Konturen die verlorengegangene Zahnhartsubstanz voll ersetzen, andererseits aber zum Ein­ setzen in den Defekt einen Zement- bzw. Klebespalt freilassen. Bei den bisher gebräuchlichen feuerfesten Stumpfmassen wird die zum Handhaben notwendige mecha­ nische Festigkeit durch eine Sinterglühung der Modellstümpfe im Temperaturbe­ reich zwischen 1100 und 1200°C erzeugt. Diese Sinterung ist zugleich mit einer Sinterschrumpfung verbunden, die dazu führt, daß die auf den Modellstümpfen später gefertigten Zahnersatzstücke etwas kleiner werden, wodurch sich automatisch ein ausreichender Zement- bzw. Klebespalt ergibt.

Diese Technik bringt befriedigende Paßgenauigkeit jedoch erfahrungsgemäß nur bei quasi zweidimensionalen Objekten wie einflächigen Inlays und Verblendschalen. Bei ausgeprägt dreidimensionalen Objekten wie mehrflächigen Inlays und größeren Onlays ergeben sich zunehmend Paßungenauigkeiten und ungleichmäßige Spaltbreiten.

Weitere Ungenauigkeiten entstehen dadurch, daß während der notwendigen mehrfachen Brände, die zur Herstellung eines keramischen Objektes erforderlich sind, Schrump­ fungen und Kantenrundungen der feuerfesten Stümpfe zu Formabweichungen beitragen. Ihre Ursache sind Sintererscheinungen der Stumpfwerkstoffe, die teilweise durch eindringende Bestandteile der Dentalkeramik, zum anderen durch Fremdstoffe ge­ fördert werden.

Die Aufgabe, Zahnersatzstücke wie Inlays, Onlays, Verblendschalen u.ä. Objekte aus dentalkeramischen Massen herstellen zu können, ohne daß von den Dimensionen des Objektes abhängige Paßungenauigkeiten auftreten, wurde erfindungsgemäß durch folgende Verfahrenskombination gelöst:

Es wurde gefunden, daß bestimmte natürliche und herstellungsbedingte Verunreini­ gungen des Quarzes und des Magnesiumoxides vor allem Spuren von Oxiden und Hydroxiden dreiwertiger Elemente außer Chrom(III)oxid die Sinterneigung des feuerfesten Zahnstumpfmodells fördern. In ähnlicher Weise wirken Alkalihydroxide.

Durch geeignete Aufbereitung der Rohstoffe konnte dieser Einfluß auf die Sinter­ schrumpfung minimiert werden. Eine weitere Reduzierung der Sinterschrumpfung konnte dadurch erreicht werden, daß das Brennen der feuerfesten Stumpfmodelle nicht mehr wie üblich im Temperaturbereich zwischen 1100 und 1200°C vorgenom­ men wurde, sondern unterhalb 1000°C vorzugsweise bei 980°C also nur noch dicht oberhalb der Temperatur, bei der die dentalkeramischen Massen während der Her­ stellung auf dem Stumpfmodell gesintert werden.

Der durch die niedrigere Brenntemperatur bedingte Festigkeitsverlust der feuer­ festen Modellstümpfe konnte dadurch wieder ausgeglichen werden, daß über eine Optimierung der verwendeten Kornfraktionen eine größere Packungsdichte erzeugt wird.

Als besonders einflußreich auf die Paßgenauigkeit wurde die Quarzumwandlung bei 575°C erkannt. Es wurde gefunden, daß die Quarzumwandlung umso weniger stört, je tiefer die Glastemperatur der Dentalkeramik unterhalb der Quarzumwandlung liegt.

Außerdem wurde gefunden, daß das Ausmaß des mit der Quarzumwandlung verbundenen Volumensprunges verringert werden kann, wenn Quarz teilweise durch Chromitsand bzw. Chrom(III)oxid ersetzt wird. Eine vollständige Substitution durch Chromit­ sand beseitigt zwar die Quarzumwandlung, ergibt aber ähnlich wie eine Substi­ tution durch Aluminiumoxid einen zu niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten.

Durch die beschriebenen Maßnahmen ist es möglich, die Sinterschrumpfung soweit zu minimieren, daß keine störenden Effekte mehr auftreten. Andererseits kann die Wärmedehnung des feuerfesten Stumpfmodells zwischen Raumtemperatur und beginnen­ der Quarzumwandlung durch die Zusammensetzung so eingestellt werden, daß sie mit der Abkühlungsschwindung der Dentalkeramik von dicht oberhalb ihrer Glastem­ peratur bis auf Raumtemperatur übereinstimmt.

Diese Maßnahmen gestatten somit im Gegensatz zum derzeitigen Stand der Technik Zahnersatzstücke aus dentalkeramischen Massen durch Sintern herzustellen, die nicht von vornherein kleiner sind als der damit zu ersetzende Defekt am natür­ lichen Zahn. Dieses Ergebnis wiederum macht es möglich, Zement- und Klebespalten dadurch zu erzeugen, daß auf dem nicht feuerfesten Arbeitsmodell alle späteren Zement- oder Klebeflächen mit einem Distanzlack bestrichen werden. Um dessen Schichtdicke wird also der feuerfeste Modellstumpf nur noch an den tatsächlichen Zementier- bzw. Klebeflächen kleiner. Die besonders bei dreidimensionalen Objekten nur noch durch Nachbearbeitung zu beseitigenden volumenabhängigen Verzerrungen entfallen.

Die nun mögliche Verwendung eines Distanzlackes eröffnet einen weiteren Vorteil. Durch Einstellung von Viskosität, Oberflächenspannung und Feststoffgehalt, läßt es sich erreichen, daß alle Innenkonturen und Querschnittsübergänge im Modell­ stumpf ausgerundet werden, was die Bauteilfestigkeit der darauf gefertigten Keramikobjekte wesentlich erhöht.

Ein weiteres fertigungstechnisches Problem ergab sich bisher aus der Forderung der Verarbeiter nach möglichst hoher Härte und Kantenfestigkeit des feuerfesten Modellwerkstoffs. Mit gesteigerter Festigkeit erhöht sich aber der Aufwand beim Ausbetten der Keramikobjekte aus dem Feuerfestwerkstoff. Dieses Problem wurde dadurch gelöst, daß die Sättigung des Stumpfmodells, die vor dem Aufbringen der feuchten keramischen Massen nötig ist, damit der Masse nicht spontan die zum Verarbeiten notwendige Feuchtigkeit entzogen wird, nicht durch Wasser oder Alko­ hol erfolgt, sondern durch eine wäßrige Lösung organischer Substanzen. Besonders günstige Ergebnisse haben Harnstoffverbindungen in 0,5 bis 15 vorzugsweise 5%-iger Konzentrationen gebracht. Offenbar verbrennen deren Rückstände nach dem Verdampfen des Wassers nur verzögert, so daß sie eine zu innige Verbindung der Dentalkeramik mit der Stumpfmasse verhindern, was das Ausbetten wesentlich erleichtert.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von hochgenauen Zahnersatzstücken, wie Inlays, Onlays, Verblendschalen o.ä. Objekten aus pulverförmigen dentalkeramischen Massen im Sinterverfahren auf einem feuerfesten Zahnstumpfmodell dadurch gekennzeichnet, daß für das Zahnstumpfmodell ein Werkstoff verwendet wird, der zu 5 bis 15% aus Magnesiumoxid, 5 bis 15% wasserlöslichen Phosphaten, 0,1 bis 5% Chromoxid sowie kristallinem Quarz als Rest besteht, wobei durch geeignete Aufbereitung dieser Stoffe die Sinterschrumpfung des Stumpf­ werkstoffes minimiert und sein Wärmedehnungsverhalten so vollständig an das der erstarrten dentalkeramischen Objekte angepaßt werden, daß der zum Eingliedern des Zahnersatzstückes notwendige Zement- bzw. Klebe­ spalt durch einen Distanzlackfilm erzeugt werden kann. Außerdem ist kenn­ zeichnend, daß das Zahnstumpfmodell aufgrund seiner Porosität vor dem Auf­ bringen der dentalkeramischen Massen mit einer wäßrigen Lösung von 1 bis 10% organischer Salze getränkt wird, deren verzögert verbrennende Rückstände eine allzu innige Verbindung zwischen Stumpfwerkstoff und den entstehenden keramischen Zahnersatzstücken verhindern, so daß eine leichte Trennung von Stumpfwerkstoff und fertigem Werkstück möglich wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff für das feuerfeste Zahnstumpfmodell aus 5 bis 15% Magnesiumoxid, 5 bis 15% Ammoniumdihydrogenphosphat, 0,1 bis 5% Chrom­ oxid und als Rest aus kristallinem Quarz besteht, wobei diese Bestand­ teile nach Korngrößenverteilung und Entfernung sinterfördernder Verun­ reinigungen natürlichen bzw. herstellbedingten Ursprungs soweit aufbe­ reitet werden, daß die Sinterschrumpfung der Wärmedehnung des Stumpf­ werkstoffes nicht mehr entgegenwirkt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der kristalline Quarz und das Chromoxid unter Beibehaltung der speziellen Aufbereitung ganz oder teilweise durch Chromitsand ersetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein Lack auf Acrylatbasis verwendet wird, der in Viskosität, Feststoffgehalt und Oberflächenspannung so eingestellt wird, daß eine dem späteren Zement- oder Klebespalt in seiner Dicke entspre­ chende Verkleinerung des Zahnersatzstückes entsteht, wobei sich über die Lackanwendung eine Ausrundung aller Hohlkehlen und Quer­ schnittsübergänge ergibt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß als wäßrige Lösung zum Tränken des feuerfesten Modellwerkstoffs eine 0,5 bis 15%-ige Lösung einer Harnstoffverbindung verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten dentalkeramischen Massen eine Glastemperatur (Transformationstemperatur) besitzen, die 30 bis 150°C unter der Umwandlungstemperatur von α- nach β- Quarz liegen.