DE2603859A1

DE2603859A1 - Dentallot

Info

Publication number: DE2603859A1
Application number: DE2603859*[A
Authority: DE
Inventors: James Lee-You; Pei Sung
Original assignee: Johnson and Johnson
Current assignee: Johnson and Johnson
Priority date: 1975-02-03
Filing date: 1976-02-02
Publication date: 1976-08-05
Also published as: ATA74276A; JPS51103021A; FI65817B; FI760250A; AR206452A1; MX3445E; NO144990B; AU1071976A; US4077560A; FR2299018A1; IL48955A0; IE42263B1; GB1502084A; ES444891A1; FR2299018B1; IL48955A; IT1053801B; SE7601071L; AT348103B; JPS597557B2

Description

MÜLLER-BORIS - GROBNING · DJEUF13L · SCHÖN · HERTEL

PATENTANWÄLTE

DR. WOLFGANG MÜLLER-BORE (PATENTANWALT VON 1927-1975) HANS W. GROENING. DIPL.-ING. DR. PAUL DEUFEL. DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. DIPU-CHEM. WERNER HERTEL, DIPL.-PHYS.

J/J 10-78

Johnson & Johnson, 501, George Street, New Brunswick, N.Y. USA

Dentallot

Die Erfindung betrifft ein Dentallot bzw. ein für Arbeiten auf dem Dentalgebiet bzw. in der Zahnersatzpraxis angewandtes Lot, das besonders geeignet ist zum Verbinden von aus Nichtedelmetallegierungen bestehenden Struktureinzelteilen, die zur Herstellung von Brücken, Kronen und dgl. verwendet werden, die der Zahnrestauration dienen, wobei diese Metallstrukturen gegebenenfalls anschließend mit einer den Zahn simulierenden Auflage oder Schicht bedeckt werden können.

Seit vielen Jahren werden auf dem Gebiet des Zahnersatzes bzw. der Dentalprothetik Goldlegierungen verwendet. Wegen der hohen Kosten der Edelmetalle sind eine Reihe von Nichtedelmeta11egie-

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_M O _·

rungen für die Konstruktion von Zähnen, Brücken, Kronen und dgl. verwendet worden. Die Metal!strukturen von Dentalkonstruktionen oder Zahnprothesen sind häufig kompliziert geformt und erfordern das abschnittweise Gießen und Zusammenfügen der Abschnitte, oder sie können in Form von mehreren Einheiten hergestellt werden, die dann miteinander verbunden werden müssen. Dies wird normalerweise dadurch erreicht, daß man die Einzelteile oder die Abschnitte zusammenlötet. Ob die Konstruktion nun aus einer Goldlegierung oder einer Nichtedelmetallegierung besteht, wird in den meisten Fällen ein Lot aus einer Goldlegierung verwendet, um diese Abschnitte oder Einheiten der Metallstrukturen zu verbinden. Die Anwendung eines Lots aus einer Goldlegierung bei Strukturen aus einer Nichtedelmetallegierung ist unerwünscht, da als Folge der galvanischen Bedingungen an der Kontaktstelle der beiden verschiedenartigen Metalle die Neigung für das Auftreten einer Korrosion an der Grenzfläche besteht. Herkömmliche Nichtedelmetallote sind normalerweise als Dentallot nicht geeignet, da sie häufig toxische Materialien oder Bestandteile enthalten, die dazu neigen, das Porzellan zu verfärben, wie Kupfer, Kobalt und Eisen. Da die Hauptverwendung des Lotes darin besteht, die Struktureinheiten, die als Kronen, Brücken etc. verwendet werden sollen und daher mit Porzellan oder Kunststoff beschichtet oder bedeckt werden, zu verbinden, ist die Anwesenheit von fleckenbildenden Bestandteilen in dem Dentallot äußerst unerwünscht. Es besteht daher ein Bedürfnis für ein Dentallot aus einer Nichtedelmetallegierung, das frei ist von toxischen und fleckenbildenden Bestandteilen und dennoch geeignete Schmelzeigenschaften und eine angemessene Festigkeit und einen angemessenen Widerstand gegen den Bruch und die Verformung der Lötstelle besitzt.

Es wurde nunmehr eine Lotzubereitung aus einer Nichtedelmetalllegierung gefunden, die den herkömmlichen Loten aus Goldlegierungen und Nxchtedelmetallegierungen überlegen ist. Das erfindungsgemäße Lot ist im wesentlichen frei von toxischen und »flekkenbildenden Materialien, besitzt einen Schmelzbereich, der in idealer Weise für die häufig angewandten niedrigschmelzenden

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Gußlegierungen geeignet ist, kann unter Anwendung der vorhandenen Einrichtungen der Dentallaboratorien verwendet werden, besitzt überlegene physikalische Eigenschaften und ergibt weiterhin eine Lotverbindung mit überlegener Zugfestigkeit. Das erfindungsgemäße Lot kann dazu verwendet werden, .Dentalkonstruktionseinheiten aus entweder Nichtedelmetallegierungen oder Edelmetallegierungen miteinander zu verbinden, hat jedoch, wenn es dazu verwendet wird, Dentalkonstruktionen aus Nichtedelmetalllegierungen miteinander zu verbinden, den besonderen Vorteil, daß es korrosionsbeständig ist.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Dentallot, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es einen Schmelzbereich von etwa 982 bis 1066⁰C (1800 bis 1950⁰F) aufweist, aus einer Legierung aus etwa 69 bis 75 Gew.-% Nickel, etwa 14.bis 19,9 Gew.-% Chrom, etwa 4,9 bis 5,5 Gew.-% Silicium und etwa 2,5 bis 6 Gew.-% Bor besteht und bei der Verwendung zum Löten von Nichtedelmetallegierungen . eine Zugfestigkeit der Lötverbindung bzw. der Lötstelle von mindestens 4921 kg/cm² (70000 psi) ergibt. Die erfindungsgemäße Dentallot-Legierung enthält Nickel, Chrom, Silicium und Bor. Diese Elemente sind in der Zubereitung in folgenden Mengen enthalten: etwa 69 bis 75 Gew.-% Nickel, etwa 14 bis etwa 19,9 Gew.-% Chrom, etwa 4 bis etwa 5,5 Gew.-% Silicium und etwa .2,5 bis etwa 6 Gew.-% Bor. Das Lot kann insbesondere mit Hinsicht auf die Korrosionsbeständigkext durch die Zugabe von Molybdän erheblich verbessert werden. Somit kann das obige Lot durch Zugabe von Molybdän in einer Menge von 0 bis etwa 6 Gew.-% modifiziert werden. Neben den tatsächlichen Mengen ist das Chrom/Nickel-Verhältnis kritisch, damit die gewünschte Schmelztemperatur und die Fließeigenschaften oder die Fluidität während des Lötens erreicht werden. Wünschenswerterweise liegt das Verhältnis in dem Bereich von 0,18 zu 0,27.

Das Lot kann Spurenmengen anderer Metalle, die man normalerweise in den gewünschten Metallen findet, als auch geringe Mengen von Nichtmetallen, wie Kohlenstoff, enthalten. Jedoch werden außer

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den oben genannten Elementen keine anderen Elemente als wesentlich für das Lot bzw. die Lotzubereitung angesehen.

Die erfindungsgemäße Lotlegierung besitzt eine Schmelztemperatur im Bereich von etwa 982 bis etwa 1066⁰C (1800 bis 1950⁰F) _r eine gute Korrosionsbeständigkeit, eine gute Oxidationsbeständigkeit, eine Zugfestigkeit in gegossenem Zustand (diametrale Zugfestigkeit) von mindestens 2461 kg/cm² (35000 psi) und eine Rockwell-Härte C im Bereich von 50 bis 58. Als Lot für Nichtedelmetallegierungen ergibt es eine Zugfestigkeit an der Lötstelle von mindestens 4921 kg/cm² (70000 psi).

Die Lotlegierung kann für Nichtedelmetall-Gußlegierungen, insbesondere Nickel-Chrom-Legierungen, verwendet werden. Obwohl Dentalkonstruktionen aus Nichtedelmetallen zum Zahnersatz verwendet wurden, waren Dentallote aus Nichtedelmetallen nicht ohne weiteres zugänglich, so daß häufig und notwendigerweise Lote aus Goldlegierungen verwendet wurden, um Teile und Einheiten der Dentalkonstruktionen miteinander zu verbinden. Erfindungsgemäß ist es nun möglich, Dentalkonstruktionen aus Nichtedelmetallen mit Nichtmedelmetalloten zu verlöten. Dies ist von Vorteil, da man eine Dentalkonstruktion erhält, die als Ergebnis der sich durch die Anwesenheit verschiedenartiger Metalllegierungen ergebenden galvanischen Bedingungen eine überlegene Korrosxonsbeständxgkeit aufweist. Weiterhin ist die Festigkeit der Lötstellen bzw. der Lötverbindungen den mit Gold gelöteten wesentlich überlegen, was sich aus dem folgenden ergibt.

Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Lote sind besonders geeignet zur Anwendung der Materialien zusammen mit den häufig angewandten niedrigschmelzenden Legierungen. Der Schmelzbereich von etwa 982 bis 1066⁰C (1800 bis 1950⁰F) liegt wesentlich unterhalb des Schmelzbereichs der Gußlegierungen, die für mit Dentalporzellanen zu bedeckende Strukturmaterialien am besten geeignet sind, so daß das Lot normalerweise für solche Gußlegierungen verwendet werden kann, ohne daß die Legierung beeinträchtigt wird.

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Die erfindungsgemäßen Lote besitzen in der Nähe der oberen Grenze von 1066⁰C (1950⁰F) des Schmelzbereiches gute Fließeigenschaften. Dadurch breitet sich das Lot leicht und schnell über die sauberen Metalloberflächen aus, dringt in kleine öffnungen ein und erreicht die Kontaktstellen unter Einwirkung der Kapillarkräfte. Das Material zeigt eine gute Haftung, was sich durch die Bildung eines dauerhaften, ununterbrochenen Films zeigt. Weiterhin kann man das Löten unter Verwendung der in Dentallaboratorien üblichen Gas/Sauerstoff- oder Gas/Luft-Brenner erreichen, ohne daß es erforderlich ist, übermäßig hohe Temperaturen und übermäßig"lange Zeiten anzuwenden. Die Anwendung übermäßig hoher Temperaturen kann dazu führen, daß die zu lötende Dentalkonstruktion schmilzt, während bei übermäßig hohen Temperaturen und langen Zeiten eine Gasabsorption erfolgen kann, die der Festigkeit der gelöteten Verbindung abträglich ist. Die mit dem erfindungsgemäßen Lot zu lötenden Nichtedelmetall-Gußlegierungen schließen Nickel-Chrom-Legierungen, Nickel-Kobalt-Legierungen und Nickel-Chrom-Kobalt-Legierungen ein. Die Zusammensetzung solcher Gußlegierungen findet sich in den Standardwerken, wie Skinner and Phillips "The Science of Dental Materials", W.B. Saunders Company, Philadelphia und London, 1967, und "Dental Science Handbook", veröffentlicht von der American Dental Association und dem National Institute of Dental Research. Das Lot ist besonders geeignet zum Verbinden von Strukturteilen aus neuen Nickel-Chrom-Silicium-Gußlegierurigen, die Gegenstand der deutschen Patentanmeldung P 24 32 014.7 sind.

Die Zugfestigkeit der Lötverbindungen oder Lötstellen der mit dem erfindungsgemäßen Lot zusammengelöteten Dentalstruktureinheiten aus Nichtedelmetallegierungen sind wesentlich überlegen der Zugfestigkeit der Lötverbindungen von Dentalstruktureinheiten, die mit einem Lot aus einer Goldlegierung verlötet sind. Es können Lötstellen oder Lötverbindungen gebildet werden, die im Vergleich zu den mit einem Lot aus einer Goldlegierung erhaltenen mehr als die doppelte Zugfestigkeit besitzen. Somit können Lötstellen oder Lötverbindungen hergestellt werden, die Zugfestigkeiten von mehr als 4921 kg/cm² (70000 psi) besitzen. Mit einem Lot aus einer GoId-

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legierung gelötete ähnliche Lötverbindungen oder Lötstellen besitzen im allgemeinen Zugfestigkeiten im Bereich von 2461 kg/ cm² (35000 psi) .

Die Lotlegierung kann dadurch hergestellt werden, daß man die Bestandteile in ein geeignetes Gefäß, beispielsweise einen aus Aluminiumoxid erschmolzenen Tiegel einbringt, und die Bestandteile unter geeignetem Durchmischen schmilzt. Die Legierung kann in geschmolzenem Zustand zur Bildung von Barren in Formen gegossen werden.

Das zur Anwendung in Dentallaboratorien geeignete Lot kann durch hergestellt werden, daß man die Barren mit Argon- oder Stickstoffgas unter hohem Druck zu Pulver zerstäubt und das Material in der Hitze bei etwa 760 bis 954°C (1400 bis 1750⁰F) strangpreßt, so daß man ein Dentallot in Form eines dünnen Drahtes erhält. Die dünnen Lotdrähte können auch unter Anwendung des in der Zahntechnik üblichen Wachsausschmelzverfahrens hergestellt werden. Die gegossenen Lotdrähte besitzen im allgemeinen einen Durchmesser von 0,79 bis 1,59 mm (1/32 bis 1/16 inch) und eine Länge von 101,6 mm (4 inches) und können ohne . weiteres dazu verwendet werden, Zahnprothesen zusammenzulöten.

Das erfindungsgemäße Lot kann dazu verwendet werden, Teile einer Dentalstruktur aus einer Gußlegierung zu verbinden, ähnlich wie es normalerweise in einem Dentallaboratorium der Fall ist. Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Lotes ist es jedoch nicht notwendig, Flußmittel zu verwenden. Beim Zusammenlöten der Einzelteile einer Dentalstruktur werden die Oberflächen der miteinander zu verbindenden Struktureinheiten der Zahnprothese, die zuvor entweder in einer Hülle oder, wenn sie die Form eines Drahtes haben, in einer Einspannvorrichtung ader mit Hilfe der Hand in geeigneter Weise angeordnet sind, an der gewünschten Verbindungsstelle in der reduzierenden Zone der Gas/Sauerstoffoder der Gas/Luft-Flamme auf die Löttemperatur erhitzt. Dann wird das Lot aufgetragen, währenddem man die Flamme auf dem Objekt beläßt. Nachdem das Lot zum Fließen gekommen ist, zieht

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man die Flamme sofort weg und erhält nach dem Abkühlen die zusammengelötete Verbindungsstelle. Die Lötstelle oder die Lötverbindung besitzt eine Zugfestigkeit, die wesentlich
größer ist als diejenige einer Lötstelle oder einer Lotverbindung, die mit Goldlot oder mit den derzeit zur Verfügung stehenden Nichtedelmetalloten gebildet wurde.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Man bereitet ein Lot, indem man einen aus Aluminiumoxid erschmolzenen Tiegel mit 4,4 Gew.-Teilen Borpulver, 4,86 Gew.-Teilen teilchenförmigen! Silicium, 18,8 Gew.-Teilen Chrom in Plattenform und 72,0 Gew.-Teilen Nickel-Granalien beschickt und den Tiegel in einer Argonatmosphäre auf eine Temperatur von etwa 1600⁰C erhitzt, so daß man eine.;Schmelze erhält, die man zur Bildung von Barren in Formen gießt. Man läßt die Schmelze sich dann auf etwa 500⁰C abkühlen, wonach man die feste Legierung entnimmt. Die in dieser Weise bereitete Legierung besitzt
ausweislich der Analyse die folgende Zusammensetzung:

Ni	72,05	Gew.-
Cr	18,60	Gew.-
Si	4,69	Gew,-
B	3,72	Gew.-
C	0,03	Gew.-

(Die Analysenwerte verdeutlichen die Anwesenheit von Verunreinigungen, wie Kohlenstoff, und die während des Schmelzens durch Verdampfen aufgetretenen Veränderungen).

Aus dieser Legierung gießt man Teststäbe, die die folgenden mechanischen Eigenschaften besitzen:

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Zugfestigkeit bei diametralem. Druck (diametrale Zugfestigkeit)

Druckfestigkeit

Bruchmodul bei Dreipunktbelastung Härte

prozentuale Dehnung

Schmelzbereich

2914 kg/cm² (41447 psi)

15743 kg/cm² (223935 psi) 7957 kg/cm² (113183 psi)

50,5 R_c
0,2 %
982 bis 1066⁰C (1800 - 1950⁰F)

Man zerstäubt Teile der Legierung unter hohem Druck mit Argongas zu einem Pulver und bereitet durch Strangpressen in der Hitze bei einer Temperatur von etwa 760 bis 954°C (1400 bis 1750⁰F) ein Dentallot in Form eines dünnen Drahtes.

Man verwendet das Lot zum Verlöten von Teilen von Dentalstrukturen, die aus einer Legierung bestehen, die in der oben erwähnten Patentanmeldung P 24 32 014.7 beschrieben sind. Wenn das Lot dazu verwendet wird, eine Legierung der folgenden Zusammensetzung zusammenzulöten:

Ni	71,3	Gew.-%
Cr	19,1	Gew.-%
Si	4,1	Gew.-%
Mo	4,1	Gew.-%
B	1,4	Gew.-%,

so zeigt die Lötverbindung bzw. die Lötstelle eine Zugfestigkeit von 5140 kg/cm² (73118 psi).

Beispiel 2

Unter Anwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise bereitet man eine als Lot geeignete Legierung, die bei der Analyse folgende- Zusammensetzung zeigt:

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—. Q _

Ni	71,4	Gew.-%
Cr	14,2	Gew.-%
Si	4,4	Gew.-%
B	5,2	Gew.-%
Mo	4,8	Gew.-%
C	0,03	Gew.-%

Das Lot wird dazu verwendet, eine Dentalstruktur der Zusammensetzung zusammenzulöten, die ähnlich der in Beispiel 1 beschriebenen ist.

Beispiel 3

In ähnlicher Weise zu der in Beispiel 1 beschriebenen, bereitet
man Lote der Zusammensetzungen A, B und C und untersucht ihre
physikalischen Eigenschaften. Die Zusammensetzungen und die physikalischen Eigenschaften sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt. Die Mengen der verwendeten Elemente sind in der Tabelle als "ursprüngliche Zusammensetzung" angegeben, während die Zusammensetzung der Legierung, die sich aufgrund der Analyse ergibt, als "endgültige Legierungszusammensetzung¹¹ angegeben ist.

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Tabelle I

Chemische Zusam- ursprüngliche endgültige Leinensetzung

Zusammensetzung gierungszusammensetzung

75,09 % 14,09 % 4,06 % 5,14 % 0,07 % ursprüngliche endgültige Le- ursprüngliche endgültige Le-Zusarmiensetzung gierungszusam- Zusammensetzung gierungszusam-

	Ni	74,8 %
	Cr	15,6 %
	B	4,3 %
	Si	5,2 %
609832/0	C diametrale Zug festigkeit, kg/cm² (psi)	2953 (42000)
CO -4	Druckfestigkeit kg/cm² (psi)	_
	Bruchmodul bei Dreipunktbela stung, kg/cm² (psi)	7171 (102000)
	Härte (R )	52
	Schmelzpunkt, ⁰C (⁰P)	982 - 1066 (1

73,4 %

17,2 %

4,2 %

5,2 %

mensetzung

74,07 %

15,68 %

3,59 %

5,09 %

0,04 %

(47680)
13005 (185000)

(124550)
57,8

75,0 %

15,7 %

4,3 %

4,8 %

mensetzung

71,04 %

18,47 %

6,0 %

4,34 %

0,03 %

(36860)

(93540)
54,8

- 1066 (1800 - 1950) 982 - 1066 (1800 -

CJ) CD

Alle Lote zeigen ausgezeichnete Löteigenschaften. Wenn man das Lot der Zusammensetzung A zum Verbinden von Struktureinheiten verwendet, die aus der in Beispiel 1 beschriebenen Legierung bestehen, und die Zugfestigkeit der Lötverbindung bzw. der Lötstelle bestimmt, so ergibt sich ein Wert von 6116 kg/cm² (87000 psi).

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Claims

Patentansprüche

1..Dentallot, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schmelzbereich von etwa 982 bis 1066⁰C aufweist, aus einer Legierung aus etwa 69 bis 75 Gew.-% Nickel, etwa 14 bis 19,9 Gew.-% Chrom, etwa 4,0 bis 5,5 Gew.-% Silicium und etwa 2,5 bis 6 Gew.-% Bor besteht.und bei der Verwendung zum Löten von Nichtedelmetallegierungen eine Zugfestigkeit der Lötstelle bzw. der Lötverbindung von mindestens 4921 kg/cm² ergibt.

2. Dentallot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Legierung besteht, die zusätzlich 0 bis etwa 6 Gew.-% Molybdän enthält.

3. Verfahren zum Verbinden von Einheiten von Zahnprothesen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberflächen der zu verbindenden Struktureinheiten der Zahnprothese an der Stelle der gewünschten Verbindung in der reduzierenden Zone einer Flamme." erhitzt, auf die erhitzten Metalloberflächen ein Dentallot aus einer Legierung aufbringt, die im wesentlichen aus etwa 69 bis 75 Gew.-% Nickel, etwa 14 bis 19,9 Gew.-% Chrom, etwa 4 bis 5,5 Gew.-% Silicium, etwa 2,5 bis '6 Gew.-% Bor und 0 bis etwa 6 Gew.-% Molybdän besteht, die Flamme solang auf dem Werkstück beläßt, bis das Lot zu fließen beginnt und anschließend das nicht-geschmolzene Lot und die Flamme entfernt und das Werkstück abkühlen läßt, so daß man eine Lötverbindung bzw. eine Lötstelle mit einer Zugfestigkeit von mindestens 4921 kg/cm² erhält.

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