DE3825250C2

DE3825250C2 -

Info

Publication number: DE3825250C2
Application number: DE3825250A
Authority: DE
Inventors: Sekiya Uji Kyoto Jp Ogino; Mikinori Shiga Jp Nishimura
Original assignee: J Morita Manufaturing Corp
Current assignee: J Morita Manufaturing Corp
Priority date: 1987-07-27
Filing date: 1988-07-25
Publication date: 1993-06-17
Also published as: DE3825250A1; JPH0428455B2; US4947926A; JPS6431549A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Feingießform, die sich zum Abgießen von Metallen wie Titan, Nickel, Kobalt, Chrom und deren Legierungen sowie von glaskeramischen Werkstoffen eignet, die eine relativ hohe Schmelztemperatur ha ben.

Beim Gießen von Dentalprothesen werden üblicherweise Gießformstoffe, die haupt sächlich aus Quarz, Cristobalit, Gips oder dergleichen bestehen, benutzt. Solche Gieß formstoffe können sich bei hohen Temperaturen zersetzen oder zusammen mit Gießme tall verbrennen. Sie reagieren insbesondere bei hohen Temperaturen heftig mit aktiven Metallen, wie Titan, was zu nachteiligen Einflüssen auf das Gießmetall führt. In dem Bemühen, derartige Mängel von Gießformstoffen auszuräumen, wurde beispielsweise in der DE-OS 35 42 921 ein Formmaterial zum Gießen von Titan vorgeschlagen, dessen Hauptbestandteile aus Magnesiumoxid und Alumiumoxid bestehen. Daß für einen Präzisionsguß der Gießformstoff feinteilig vorliegen muß, ist beispielsweise aus der DE- OS 24 18 348 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Fein gießform zu schaffen, welches die vorstehend genannten Mängel auch bei Verwendung von unter hoher Temperatur zu vergießendem, aktivem Gießwerkstoff, wie Titan, aus räumt. Insbesondere soll für eine Expansion der Gießform gesorgt werden, die in der Lage ist, im Zuge eines Wachsausschmelzverfahrens das auf das Erstarren des Gieß werkstoffes zurückzuführende Schrumpfen voll zu kompensieren. Außerdem soll für eine Kostensenkung gesorgt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung einer Fein gießform gelöst, bei dem ein Gießformstoff, der als Hauptbestandteile Magnesiumoxid pulver und Aluminiumpulver, von denen mindestens 10 Gew.-% eine Korngröße von 100 µm oder weniger haben, sowie als Bindemittel Magnesiumacetat aufweist, mit Was ser geknetet, getrocknet sowie zur teilweisen Umwandlung in Magnesiumhydroxid und/oder Aluminiumhdroxid gehärtet wird, in den so vorbereiteten Gießformstoff ein Wachsmodell eingebettet wird und die Gießform gebrannt wird. Dabei ist vorzugsweise der eine Korngröße von 100 µm oder weniger aufweisende Anteil des Magnesiumoxid pulvers und/oder des Aluminiumoxidpulvers auf einen Wert eingestellt, der zu einer Expansion der auf den Gießformstoff hergestellten Feingießform führt, welche den Abmessungsfehler kompensiert, der beim Erstarren des Gießwerkstoffes durch dessen Schrumpfen eintritt.

Es kann ein Gießformstoff verwendet werden, der neben Magnesiumacetat ein oder mehrere Bindemittel aus der aus Zirkoniumdioxidzement, Magnesiumoxidzement, col loidalem Siliziumdioxid und Ethylsilikat bestehenden Gruppe aufweist.

Bei Verwendung von Titan als Gießwerkstoff wird vorteilhaft ein Gießformstoff ver wendet, dessen Gehalt an Magnesiumoxidpulver und/oder Aluminiumoxidpulver 20 bis 40 Gew.-% beträgt.

Die einzige Figur zeigt einen lotrechten Schnitt, anhand dessen die Durchführung eines Passungstests für einen Gießformstoff eines erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert wird.

Der zur Verwendung für Feingießformen bestimmte Gießformstoff nach der Er findung beruht auf der Feststellung, daß es ein Gießformstoff, der als Haupt bestandteile Magnesiumoxid und Aluminiumoxid aufweist, erlaubt, die notwendi ge Expansion der Form zu erreichen, wenn das Magnesiumoxid und/oder das Aluminiumoxid in einem bestimmten Gewichtsanteil in einem gewissen Korngrö ßenbereich vorliegt. Dies gilt auch dann, wenn der Gießformstoff kein metalli sches Zirkonium und kein metallisches Titan enthält. Dagegen führt ein bloßes Gemenge aus Magnesiumoxid und Aluminiumoxid ohne Berücksichtigung der vor liegend geschilderten Kriterien nicht zu der gewünschten Expansion. Die Haupt bestandteile des vorliegenden Gießformstoffes sind Magnesiumoxidpulver und Aluminiumoxidpulver, wobei dafür gesorgt ist, daß das Magnesiumoxidpulver und/oder das Aluminiumoxidpulver in einem Korngrößenbereich von 100 µm oder weniger in einem Anteil von 10 Gew.% oder mehr vorliegt. Die Expansion der aus einem solchen Gießformstoff hergestellten Feingießform läßt sich dabei durch Ändern der in dem Korngrößenbereich von 100 µm oder weniger vorlie genden Menge des Magnesiumoxidpulvers und/oder des Aluminiumoxidpulvers so einstellen, daß der Abmessungsfehler kompensiert wird, der beim Erstarren des Gießwerkstoffes durch dessen Schrumpfen eintritt.

Wenn bei dem vorliegenden Gießformstoff der Anteil des Magnesiumoxidpulvers und/oder des Aluminiumoxidpulvers mit einer Korngröße von 100 µm oder weni ger nicht mindestens 10 Gew.% beträgt, reicht die eintretende Expansion der aus dem Gießformstoff hergestellten Feingießform nicht aus, um das Schrumpfen zu kompensieren, zu dem es beim Erstarren des Gießwerkstoffes kommt. Im Rah men der vorliegenden Erfindung kann die gesamte Menge des Magnesiumoxidpul vers und/oder des Aluminiumoxidpulvers eine Korngröße von 100 µm oder we niger haben. Der Expansionsgrad läßt sich ändern, indem die Pulvermenge mit einer Korngröße von 100 µm oder weniger innerhalb des Bereiches von 10 bis 100 Gew.% eingestellt wird. Das Schrumpfen aufgrund des Erstarrens des Gieß werkstoffes kann daher in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften des zu verwendenden Gießwerkstoffes kompensiert werden, d. h. in Abhängigkeit von dem Schrumpfungsgrad, der im Einzelfall beim Erstarren des Gießwerkstoffes eintritt.

Der Gießformstoff weist vorzugsweise ein oder mehrere Bindemittel aus der aus Magnesiumacetat, Zirkoniumdioxidzement, Magnesiumoxidzement, colloidalem Si liziumdioxid, Ethylsilikat und dergleichen bestehenden Gruppen zusätzlich zu den vorstehend genannten Hauptbestandteilen auf. Bindemittel auf Phosphatba sis eignen sich vorliegend nicht, da sie während des Gießens Gase entwickeln.

Nachstehend sei beispielshalber erläutert, wie ein Gießvorgang unter Verwendung des vorliegenden Gießformstoffes abläuft. Zunächst wird der Gießformstoff mit Wasser geknetet, und ein eine konische Basis umgebender Gießring, auf dem ein Wachsmodell sitzt, wird mit dem Gießformstoff gefüllt, wobei das Wachsmo dell in den Gießformstoff eingebettet wird. Danach wird der Gießformstoff auf etwa 70°C erhitzt (obwohl es auch Fälle geben kann, wo der Gießformstoff nicht erhitzt wird); der Gießformstoff wird bis zum Erhärten getrocknet. Weil mindestens ein Teil des den Gießformstoff bildenden Pulvers eine Korngröße von 100 µm oder weniger hat, neigt der Gießformstoff während dieser Zeit spanne zu einer Reaktion mit Wasser. Ein Teil des Gießformstoffes reagiert dabei entsprechend der Formel

MgO + H₂O → Mg (OH)₂

und/oder

Al₂O₃ + 3 H₂O → 2 Al (OH)₃

unter Bildung von Magnesiumhydroxid und/oder Aluminiumhydroxid. Dadurch expandiert der Gießformstoff.

Die auf diese Weise expandierte und gehärtete Gießform wird in einem Brennofen erhitzt und bei Temperaturen von 850 bis 900°C gebrannt, um das Wachsmodell auszuschmelzen und den Gießformstoff zu brennen. Während des Brennvorganges kommt es zusätzlich zu der vorstehend erläuterten Expansion zu einer weiteren Ausweitung, so daß der durch das Wachsausschmelzverfahren gebildete Hohlraum etwas größer wird als das ursprüngliche Wachsmodell. Dies dürfte darauf zurück zuführen sein, daß sich das Magnesiumoxid- und Aluminiumoxidpulver aufgrund des Gehalts an Anteilen von Magnesiumoxidpulver und/oder Aluminiumoxidpulver mit einer Korngröße von 100 µm oder weniger bei fortschreitendem Brennvorgang aufgrund der durch die Formel

MgO + Al₂O₃ → MgO · Al₂O₃

ausgedrückten Reaktion in eine Spinellverbindung umwandelt oder eine Umwand lung in eine Phase eintritt, die zu der Spinellkristallphase führt. Dadurch wird eine erhebliche Expansion des betreffenden Pulveranteils bewirkt.

Die so erhaltene Gießform wird in eine mit Druckdifferenz arbeitende Lichtbogen schmelz-Gießvorrichtung eingebracht, und schmelzflüssiger Gießwerkstoff, bei spielsweise Metalle wie Titan, Nickel, Kobalt, Chrom oder deren Legierungen, und glaskeramische Werkstoffe, die einen relativ hohen Schmelzpunkt haben, wird in den Wachsausschmelzhohlraum eingegossen, um das Gußstück auszubilden. Weil aufgrund der Expansion der Hohlraum größer als das ursprüngliche Wachsmodell geworden ist, kann der Gießwerkstoff ungeachtet des beim Abkühlen eintreten den Schrumpfens auf näherungsweise die Größe des ursprünglichen Wachsmodells gebracht werden, indem von vorne herein der Expansionsgrad des Hohlraums auf den Schrumpfungsgrad, der mit dem Erstarren des Gießwerkstoffes verbunden ist, durch zweckentsprechende Einstellung der Pulverzusammensetzung abgestimmt wird.

Die Erfindung sei nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.

Gießformstoffe wurden in unterschiedlichen Zusammensetzungen entsprechend der Tabelle 1 zubereitet. Das Wachsmodell, das durch einen Abdruck von einem Mo dellzahn A hergestellt wurde, der entsprechend einem auszubessernden natürli chen Zahn reproduziert wurde, wurde in den Gießformstoff eingebettet, worauf ein Brennen zur Durchführung des Wachsausschmelzverfahrens erfolgte. Danach wurde in die Gießform metallisches Titan in einer mit Druckdifferenz arbeitenden Lichtbogenschmelz-Gießvorrichtung eingegossen. Die so erhaltene Titangußkro ne B wurde auf den Modellzahn A aufgepaßt, um den Freiraum h zwischen der Abstufung des Modellzahns A und der aufgepaßten Krone B zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 zusammengestellt.

Tabelle 1

In der obigen Tabelle sind die Gehalte der Bestandteile jeweils in Gew.-% angegeben.
*1 bedeutet eine Korngröße von 100 µm oder weniger, während mit *2 eine Korngröße von mehr als 100 µm bezeichnet ist. Als Bindemittel wurde Magnesiumacetat verwendet.


h (mm)
Beispiel 1
0-0,05
Beispiel 2	0,05-0,08
Beispiel 3	0,05-0,1
Beispiel 4	0,02-0,04
Beispiel 5	0 (Überexpansion)
Beispiel 6	0 (Überexpansion)
Vergleichsbeispiel 1	0,3-0,5
Vergleichsbeispiel 2	0,3-0,5

Der Gießformstoff wurde zusammen mit dem eingebetteten Wachsmodell 60 min lang gebrannt, und zum Zeitpunkt des Gießvorgangs hatte die Form eine Tem peratur von 150°C. Der Wert des Freiraums h gibt das Ergebnis von mehreren Versuchen wieder. Mit "Überexpansion" ist der Zustand gemeint, bei dem die Gußkrone B lose über den Modellzahn A paßt und zwischen beiden Spiel vor handen ist. Bei Verwendung von Titan als Gießwerkstoff kommt es zu einer übermäßigen Expansion der Gießform; dieser Gießwerkstoff ist daher für das vorliegende Beispiel weniger geeignet.

Alle derart erhaltenen Titangußkronen hatten ein einwandfreies Aussehen und schönen metallischen Glanz. Aus der Tabelle 2 ist zu erkennen, daß bei einem Gehalt des Gießformstoffes von 20 bis 40 Gew.% an feinem Magnesiumoxid- oder Aluminiumoxidpulver mit einer Korngröße von 100 µm oder weniger die Titan gußkrone B für den Modellzahn A besser geeignet ist. Der Freiraum h variiert in Abhängigkeit von der Pulvermenge mit einer Korngröße von 100 µm oder we niger. Obwohl entsprechend den Beispielen 5 und 6 gegenüber Titan eine Über expansion eintritt, eignet sich der Gießformstoff für Gießwerkstoffe mit stärke rer Schrumpfung als Titan und dessen Legierungen, so z. B. für Nickel, Kobalt, Chrom und andere Metalle. Der Gießformstoff läßt sich daher für den jeweiligen Gießwerkstoff geeignet machen, indem der Pulveranteil in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften des für das Gußstück zu verwendenden Werkstoffes einge stellt wird. Der Gießformstoff enthält kein Metallpulver; infolgedessen reicht eine Zeitspanne von 60 min für das Brennen aus. Diese relativ kurze Brenn dauer trägt zur Wirtschaftlichkeit bei. Im Falle der Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurde metallisches Titanpulver zugesetzt, während der Versuch im übrigen unter gleichen Bedingungen durchgeführt wurde. Nach einer Brenndauer von 120 min erreichte der Wert für den Freiraum h schließlich 0,03 bis 0,15 mm.

Wie aus den Beispielen hervorgeht, reagiert beim Gießen von metallischem Ti tan Magnesiumoxid mit dem Titan bei einer Temperatur, die höher als die Schmelztemperatur von Titan ist, während Aluminiumoxid mit Titan selbst im Bereich von Temperaturen reagiert, die unter der Schmelztemperatur von Ti tan liegen. Dadurch kann es zur Bildung von Al₂O und AlO kommen; diese Reaktionsprodukte haften jedoch nur an der Oberfläche einer Titangußkrone an, und sie können durch bloßes Abwischen leicht beseitigt werden. Infolge dessen kann eine einwandfreie Oberfläche mit metallischem Glanz erhalten wer den. Als Bindemittel wurde Magnesiumacetat verwendet, das während des Bren nens in MgO, CO₂ und H₂O zerlegt wird. Nach dem Brennen bleibt nur MgO übrig, das zu keiner Beeinträchtigung des Titans führen kann und infolgedes sen in der Praxis keine Probleme bereitet.

Wie erläutert, enthält der vorliegend beschriebene Gießformstoff zur Verwen dung bei einer Feingießform als Hauptbestandteile Magnesiumoxidpulver und Aluminiumoxidpulver, wobei eines oder beide dieser Pulver in einem Anteil von mindestens 10 Gew.% eine Korngröße von 100 µm oder weniger haben. Infolgedessen werden aufgrund des Reaktionsvermögens der Pulver beim Trock nen und Härten der Gießform Hydroxide gebildet. Wenn der Gießformstoff zur Bildung der Gießform gebrannt wird, kommt es darüber hinaus aufgrund des Reaktionsvermögens der Pulver zu einer Kristallumwandlung der Pulver in ein Spinell. Dabei tritt eine Expansion ein, so daß die Kristallumwandlung das Schrumpfen kompensiert, das auf die Erstarrung des Gießwerkstoffes zurück zuführen ist. Auf diese Weise läßt sich die Paßgenauigkeit für das Duplikat eines Modells oder dergleichen im Rahmen der Herstellung von Dentalprothesen wesentlich verbessern. Daneben sind die Hauptbestandteile des Gießformstof fes allgemein preisgünstig, so daß durch Verwendung eines solchen Gießform stoffes eine Zahnprothese aus Titan oder einer Titanlegierung, die mit dem le benden Körper hervorragend kompatibel ist, oder aus einem anderen zweckent sprechenden Gießwerkstoff mit relativ niedrigen Kosten erhalten werden kann. Weil der erläuterte Gießformstoff kein Metallpulver enthält, braucht er nicht für eine längere Zeitspanne auf hohen Temperaturen gehalten zu werden, so daß die Herstellungsdauer der Gießform verkürzt ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Feingießform, bei dem ein Gießformstoff, der als Hauptbestandteile Magnesiumoxidpulver und Aluminiumoxidpulver, von denen mindestens 10 Gew.-% eine Korngröße von 100 µm oder weniger haben, sowie als Bindemittel Magnesiumacetat aufweist, mit Wasser geknetet, getrocknet sowie zur teilweisen Umwandlung in Magnesiumhydroxid und/oder Aluminiumhydroxid gehärtet wird, in den so vorbereiteten Gießformstoff ein Wachsmodell eingebettet wird und die Gießform gebrannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Gießformstoff verwendet wird, dessen eine Korngröße von 100 µm oder weniger aufweisender Anteil des Magnesiumoxidpulvers und/oder des Aluminiumoxidpulvers auf einen Wert eingestellt ist, der zu einer Expansion der aus dem Gießformstoff hergestellten Feingießform führt, welche den Abmessungsfehler kompensiert, der beim Erstarren des Gießwerkstoffes durch dessen Schrumpfen eintritt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Gießformstoff verwendet wird, der neben Magnesiumacetat ein oder mehrere Bindemittel aus der aus Zirkoniumdioxidzement, Magnesiumoxidzement, colloidalem Siliziumdioxid und Ethylsilikat bestehenden Gruppe aufweist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Gießformstoff verwendet wird, dessen Gehalt an Magnesiumoxidpulver und/oder Aluminiumoxidpulver bei Verwendung von Titan als Gießwerkstoff 20 bis 40 Gew.-% beträgt.