DE3540323A1

DE3540323A1 - Nickel-based casting material for the production of cast dental prostheses

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Publication number: DE3540323A1
Application number: DE19853540323
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Prof Dr Ing Hohmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-11-11
Filing date: 1985-11-11
Publication date: 1987-05-14

Abstract

Published without abstract.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Nickelbasisgußwerkstoff zur Herstellung von gegossenem Zahnersatz mit verbesserten Eigen schaften.The present invention relates to a nickel-based casting material for the production of cast dentures with improved properties create.

In der Zahnheilkunde werden hochkorrosionsfeste metallische Guß werkstoffe benötigt. Diese Gußwerkstoffe dürfen, soweit sie in direkten Kontakt mit Zahnhartsubstanzen treten, eine bestimmte Härte nicht überschreiten. Andererseits muß die Legierung eine Mindestfestigkeit haben, um den Beanspruchungen durch Kaukräfte gewachsen zu sein.In dentistry, highly corrosion-resistant metallic castings are used materials needed. These casting materials may, insofar as they are in direct contact with dental hard tissue, a certain Do not exceed hardness. On the other hand, the alloy must Have minimum strength to withstand the stresses of chewing forces to have grown.

Aus ästhetischen Gründen werden in zunehmendem Maße die sicht baren Flächen solchen Zahnersatzes nach Art einer Emaillierung keramisch verblendet. Das temperaturabhängige Wärmedehnungsver halten beider Werkstoffe ist grundsätzlich unterschiedlich, so daß der metallkeramische Verbund immer unter Eigenspannungen steht. Um diesen Eigenspannungszustand zu minimieren, müssen nicht nur die Wärmeausdehnungskoeffizienten aneinander ange glichen werden, sondern die Legierung sollte auch im unteren Temperaturbereich möglichst leicht plastisch verformbar sein, um Eigenspannungsspitzen abbauen zu können.For aesthetic reasons, visibility is increasing surfaces of such dentures in the manner of an enamelling ceramic veneered. The temperature-dependent thermal expansion ver hold both materials is fundamentally different, so that the metal-ceramic composite is always under residual stress stands. To minimize this residual stress condition, not just the thermal expansion coefficients be compared, but the alloy should also be in the lower Temperature range should be plastically deformable as easily as possible, to be able to reduce residual stress peaks.

Darüberhinaus muß die Legierung Bestandteile enthalten, die eine Benetzung durch die flüssige Glasphase der Keramik erlauben, ohne daß die der Benetzung dienenden Oxide die Glasphase der Keramik übersättigen.In addition, the alloy must contain components that a Allow wetting through the liquid glass phase of the ceramic without that the wetting oxides serve the glass phase of the ceramic oversaturate.

Die günstigsten Voraussetzungen für derartigen Zahnersatz bieten spezielle hochgoldhaltige Dentalgußwerkstoffe. Bei diesen Werk stoffen hat sich der Festigkeitsbereich von 220 bis 280 HV 10 bewährt. Die mittleren Wärmeausdehnungskoeffizienten dieser Werkstoffe liegen bei a _20-500°C 14,0 µm/m · K bzw. α _20-600 14,0 µm/m · K. Hierauf wurden die Werte der handelsüblichen Ver blendkeramiken abgestimmt.The best conditions for such dentures are offered by special high gold-containing dental casting materials. The strength range of 220 to 280 HV 10 has proven itself for these materials. The mean thermal expansion coefficients of these materials are a _{20-500 ° C} 14.0 µm / m · K or α _20-600 14.0 µm / m · K. The values of the commercially available veneering ceramics were adjusted to this.

Edelmetallfreie Alternativen müssen diese Verhältnisse möglichst weitgehend erfüllen. Dieses erscheint zur Zeit nur mit Werk stoffen auf Nickelbasis möglich. Da die Härteprüfung nach Vickers lediglich den plastischen Verformungsanteil berücksichtigt, verlangt der Übergang zu Werkstoffen mit etwa doppelt so hohem Elastizitätsmodul Werkstoffe mit geringerer Vickershärte und zwar mit Werten um 200 HV 10. Wegen der höheren Warmfestigkeit der Nickelwerkstoffe wären für den Abbau von Eigenspannungs spitzen eher noch geringere Festigkeitswerte erstrebenswert.Precious metal-free alternatives have to do this largely meet. At the moment this only appears with a work materials based on nickel possible. Since the Vickers hardness test only the plastic deformation component is taken into account, demands the transition to materials with about twice as high Modulus of elasticity materials with lower Vickers hardness and with values around 200 HV 10. Because of the higher heat resistance of the nickel materials would be for the reduction of residual stress tends to strive even lower strength values.

Unter den edelmetallfreien Alternativwerkstoffen, die einer seits in diesem Festigkeitsbereich liegen, andererseits ein Höchstmaß an Korrosionsfestigkeit haben und dennoch keramisch verblendbar sind, nehmen Werkstoffe vom Typ NiCr22Mo9Nb bzw. S-NiCr21Mo9Nb eine Spitzenstellung ein. Diese Werkstoffe wur den außerhalb der Zahnheilkunde als Knet- bzw. zugehörige Schweiß zusatzwerkstoffe entwickelt und praktisch ohne Anderung der Zu sammensetzung übernommen und in der Zahnheilkunde als Gußwerk stoff eingesetzt, obwohl ihnen wesentliche Eigenschaften von Gußwerkstoffen und eine spezielle Anpassung an Verblendkeramiken fehlen. In vielen Fällen wird denn auch gewalztes oder gezogenes Halbzeug als Stangenabschnitt in der Zahnheilkunde angeboten.Among the precious metal-free alternative materials that one partly in this strength range, on the other hand Have the highest level of corrosion resistance and yet ceramic can be veneered, use NiCr22Mo9Nb or S-NiCr21Mo9Nb a top position. These materials were outside of dentistry as kneading or associated sweat filler materials developed and practically without changing the Zu composition adopted and in dentistry as a casting used material, although they have essential properties of Cast materials and a special adaptation to veneering ceramics absence. In many cases it is rolled or drawn Semi-finished products are offered as a rod section in dentistry.

Werkstoffe dieses Typs liegen zwar durchweg im richtigen Festig keitsbereich, mit den meisten übrigen Eigenschaften jedoch außer halb des Optimums. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten liegen um 0,4-0,5 µm/m · K zu tief und damit am Rande der Toleranz. Das Schmelzintervall ist größer als erwünscht mit der Folge unnötig großer Kristallseigerungen insbesondere in Bezug auf Molybdän. Die Korrosionsfestigkeit bleibt damit im Gußzustand deutlich hinter der des Knetwerkstoffs gleicher Zusammensetzung zurück. Diese Werkstoffe besitzen zwar keine für die Benetzung durch die Keramik hinderlichen Bestandteile aber auch keine die der Benetzung besonders förderlich sind.Materials of this type are always in the right strength range, but with most of the other properties except half of the optimum. The coefficients of thermal expansion are around 0.4-0.5 µm / m · K too deep and therefore on the edge of tolerance. The Melting interval is longer than desired, so the result is unnecessary large crystal segregation, especially with regard to molybdenum. The corrosion resistance remains clear in the as-cast state behind that of the kneading material of the same composition. These materials have none for wetting the ceramic obstructive components but also none of the Wetting are particularly beneficial.

Hier bringt nun der erfindungsgemäße Werkstoff in allen Punkten eine Verbesserung.
Begründung zu Anspruch 2:Here, the material according to the invention brings an improvement in all points.
Reason for claim 2:

Es wurde gefunden, daß ein teilweises Ersetzen von Molybdän durch Wolfram nicht nur eine erwünschte Einengung des Schmelz intervalls bringt, sondern auch ein feineres Korn und eine insgesamt gleichmäßigere Verteilung der sulfidbindenden Ele mente Wolfram und Molybdän. Während sich Molybdän nach wie vor im Randbereich der Dendriten anreichert, besetzt Wolfram den Dendritenkern.
Begründung zu Anspruch 3:It was found that a partial replacement of molybdenum with tungsten not only brings about a desired narrowing of the melting interval, but also a finer grain and an overall more uniform distribution of the sulfide-binding elements tungsten and molybdenum. While molybdenum continues to accumulate in the edge area of the dendrites, tungsten occupies the dendrite core.
Reason for claim 3:

Es wurde gefunden, daß der Einfluß geringer Kupferzusätze, die bei austenitischen Stählen und Nickelknetwerkstoffen bekannter maßen den passiven Bereich zu niedrigeren Potentialen ausweiten, auch bei Dentalgußwerkstoffen genutzt werden kann, sofern ein Teil des Molybdäns durch Wolfram ersetzt wurde. Ansonsten wirkt Kupfer durch Verschlechterung der Zunderfestigkeit nachteilig auf die keramische Verblendbarkeit.
Begründung zu Anspruch 4:It has been found that the influence of small copper additives, which are known to expand the passive range to lower potentials in austenitic steels and nickel wrought materials, can also be used in dental casting materials if part of the molybdenum has been replaced by tungsten. Otherwise, copper has a detrimental effect on the ceramic veneer by deteriorating the scale resistance.
Reason for claim 4:

Es wurde gefunden, daß die Menge des Niobs recht genau auf den Gehalt an Metalloiden nämlich Silizium und als Verunreinigung eingeschlepptem Kohlenstoff abgestimmt sein muß. Ein Maximum an Korrosionsfestigkeit wird erreicht, wenn alle Metalloide durch Niob gebunden werden. Ein Niobüberschuß jedoch führt zur Bildung von versprödend wirkenden Niob-Chrom-Phasen.
Begründung zu Anspruch 5:It was found that the amount of niobium had to be matched very precisely to the content of metalloids, namely silicon and carbon introduced as an impurity. Maximum corrosion resistance is achieved when all metalloids are bound by niobium. However, an excess of niobium leads to the formation of embrittling niobium-chromium phases.
Reason for claim 5:

Es wurde gefunden, daß durch einen erhöhten Gehalt an Silizium und Mangan, insbesondere wenn sie etwa im Verhältnis 2 : 1 ein gesetzt werden, die Fließfähigkeit der Schmelze verbessert und der Wärmeausdehnungskoeffizient angehoben werden kann. Die zu lässige Menge von Silizium und damit indirekt auch von Mangan wird jedoch durch die gleichzeitige Verfestigung durch Silizid bildung begrenzt. Eine optimale Festigkeitsvorgabe liegt bei 200 HV10.
Gemeinsame Begründung zu Ansprüchen 1 bis 5:It has been found that an increased content of silicon and manganese, especially when they are used in a ratio of about 2: 1, improves the flowability of the melt and increases the coefficient of thermal expansion. The permissible amount of silicon and thus indirectly also of manganese is limited by the simultaneous solidification through silicide formation. An optimal strength requirement is 200 HV10.
Common grounds for claims 1 to 5:

Der Werkstofftyp NiCr22Mo9Nb enthält üblicherweise Eisen nur als Verunreinigung in dem Maße, wie es über Vorlegierungen eingeschleppt wird. Ein gezielter Einsatz größerer Mengen von Eisen verbessert deutlich die Benetzung durch die Verblend keramik.The NiCr22Mo9Nb material type usually only contains iron as an impurity to the extent that it is about master alloys is introduced. A targeted use of larger quantities of Iron significantly improves wetting through the veneer ceramic.

Eine Anhebung der Wärmeausdehnungskoeffizienten konnte durch Abstimmung der Gehalte von Fe+Cu+Si+Mn auf die Gehalte von Cr+Mo+W+Nb erreicht werden. Eine zahlenmäßige Erfassung der Verhältnisse ist nicht möglich, weil einerseits die Wirkung der genannten Elemente unterschiedlich und wie speziell im Falle des Eisens die Zusammenhänge nicht linear sind.
Begründung zu Anspruch 6:The coefficients of thermal expansion could be increased by matching the contents of Fe + Cu + Si + Mn with the contents of Cr + Mo + W + Nb. A numerical recording of the relationships is not possible because, on the one hand, the effects of the elements mentioned differ and, like in the case of iron, the relationships are not linear.
Reason for claim 6:

Die Verwendung der Elemente Aluminium, Zinn, Vanadium, Titan, Kobalt, Cer und Lanthan ist in Nickelgußwerkstoffen für zahn ärztliche Zwecke bekannt und üblich. Ihre zusätzliche Verwendung berührt die Wirkung der in den Ansprüchen 1 bis 5 genannten Maß nahmen grundsätzlich nicht. So werden beispielsweise Aluminium als Desoxidationsmittel und Cer/Lanthan zum Entschwefeln einge setzt. Aluminium, Zinn und Titan können zur Erhöhung der Korro sionsfestigkeit dienen, obwohl sie andere Eigenschaften meist nachteilig beeinflussen. Vanadium wird eine kornfeinende Wirkung zugesprochen, andererseits fördert es die Verzunderung. Kobalt wiederum kann bei Einsatz von Schrott ohne erkennbare Nachteile in größerer Menge Nickel substituieren.The use of the elements aluminum, tin, vanadium, titanium, Cobalt, cerium and lanthanum is used in nickel cast materials for teeth medical purposes known and common. Your additional use touches the effect of the measure mentioned in claims 1 to 5 basically didn't take. For example, aluminum used as a deoxidizer and cerium / lanthanum for desulfurization puts. Aluminum, tin and titanium can be used to increase the corrosion tensile strength serve, although they usually have other properties adversely affect. Vanadium becomes a grain-refining effect awarded, on the other hand it promotes scaling. cobalt in turn, when using scrap, there are no discernible disadvantages Substitute nickel in large quantities.

Eine Legierung mit optimalen Eigenschaften im Sinne der Vorgaben erhält man z.B. mit 21% Cr, 5% Mo, 4% W, 3,5% Nb, 3,5% Fe, 1,5% Cu, 0,8% Si, 0,4% Mn, Rest Ni, sowie Al, Sn, V, Ti, Ce, La je kleiner 0,2% und C kleiner 0,1%.An alloy with optimal properties in terms of the specifications is obtained, for example, with 21% Cr, 5% Mo, 4% W, 3.5% Nb, 3.5% Fe, 1.5% Cu, 0.8% Si, 0 , 4% Mn, rest Ni, and Al, Sn, V, Ti, Ce, La each less than 0.2% and C less than 0.1%.

Claims

1. Nickel-based casting material for the production of cast Dentures, consisting of 55-70% Ni, 18-24% Cr, 4-10% Mo, 2-8% W, 1-6% Nb, 1-8% Fe, 0.2-2.5% Cu, 0.5-1.5% Si, 0.2-1% Mn.

2. Nickel-based casting material according to claim 1 characterized in that total molybdenum and tungsten content 6 to 12% and the ratio of tungsten to molybdenum 1: 3 to 2: 3.

3. Nickel-based casting material according to claim 1 and / or 2 characterized in that the alloy contains 0.5 to 2.5% copper.

4. Nickel-based casting material according to one of the preceding claims, characterized in that the niobium content is about four times as high of silicon and carbon.

5. Nickel-based casting material according to one of the preceding claims, characterized in that the total manganese and silicon content Is 1 to 2.5% and the ratio of manganese for silicon is 1: 3 to 2: 3.

6. Nickel-based casting material according to claim 1 characterized in that the alloy additionally 0.1-3% Al and / or 0.1-3% Sn and / or 0.1-3% V and / or 0.1-5% Ti and / or 1-10% Co and / or contains 0.1-3% Ce and / or 0.1-3% La.

7. Nickel-based casting material according to one of claims 1 to 5 characterized in that he 55-65% Ni, 20-23% Cr, 4-7% Mo, 3-5% W, 2.5-4% Nb, 3-5% Fe, 1-2% Cu, 0.7-1.2% Si, Contains 0.3-0.8% Mn.