DE19751807A1 - Titan-Keramik-Körper zum Einsatz in der Dentaltechnik und Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen Titan und einem keramischen Werkstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen als Zahnersatz einsetzbaren Titan- Keramik-Körper und ein Verfahren zur Herstellung eines Haft­ verbundes zwischen Titan und einem keramischen Werkstoff.

Für die Versorgung von Patienten mit Zahnersatz und Zahnkronen wird in der Zahnmedizin und Dentaltechnik sowohl Edelmetall als auch Keramik eingesetzt. Soweit es sich dabei um Zahnkronen handelt, wird auf einen beschliffenen Zahnstumpf eine aus Edelmetall, wie Gold, Silberlegierungen und Platin, oder eine aus Keramik hergestellte Krone aufgepaßt und zur Unterfütterung mit Spezialzement eingepaßt bzw. mit dem Zahnstumpf verbunden. Die Zahnkrone wird dabei nach Herstellung eines Abdruckes auf die Erfordernisse des Gebisses des Patienten abgestimmt. Der Einsatz von Edelmetall für solche Überkronungen von Zähnen im menschlichen Gebiß ist sehr teuer und die Haltbarkeit von Überkronungen aus Edelmetall ist auch begrenzt. Der Einsatz von Keramik zur Überkronung ermöglicht den äußeren Eindruck eines natürlichen Gebisses zu erhalten, aber grundsätzlich haftet auch dieser Art von Zahnersatz der Mangel der bedingten Haltbarkeit an.

Als ein dem Edelmetall, wie Gold, Silber oder Platin gleich­ wertiges Metall hat sich Titan in den vergangenen Jahrzehnten als Werkstoff in der allgemeinmedizinischen, wie auch in der zahnmedizinischen Implantologie und Chirurgie bewährt. Titan ist hinsichtlich seiner Biokompatibilität, Atoxizität und Anti­ allergenität sogar allen anderen Metallen, wie auch den Edelmetallen, weit überlegen. Es kann daher für den klinischen Einsatz sehr empfohlen werden. Es könnte in Zukunft sogar eine kostengünstige Alternative zum Edelmetall darstellen. Die anfänglichen Schwierigkeiten der Verarbeitung von Titan für den zahntechnischen Einsatz sind mittlerweile fast vollständig überwunden worden (Titanguß, Einbettmasse, alpha-case). Dagegen stößt die keramische Verblendung von Titan auf große Schwierig­ keiten, da die Herstellung eines Haftverbundes zwischen Titan und Keramik entweder ungenügend ist oder für den Einsatz in der Dentaltechnik zu vertretbaren Kosten technisch nicht reali­ sierbar ist. So zeigten 3 Jahre nach Eingliederung der keramisch verblendeten Titanrestaurationen 41% der Restau­ rationen Schäden an der keramischen Verblendung auf. Die Verbundfestigkeit des Titan-Keramik-Systems hat bei weitem noch nicht das Niveau des etablierten Edelmetall-Keramik-Verbundes erreicht. Ein klinischer Einsatz von keramisch verblendeten Titanrestaurationen kann zur Zeit daher nur eingeschränkt empfohlen werden.

Ursächlich verantwortlich für den mangelhaften Haftverbund zwischen Titan und Keramik, d. h. für das Versagen des Titan- Keramik-Verbundes ist die hohe Sauerstoffaufnahme des Titans während des keramischen Brandes. Die hohe Sauerstoffaufnahme des Titans führt zur Ausbildung von Titanoxidschichten, in denen es zum Bruch des Titan-Keramik-Verbundes kommt.

Nach dem Erkennen der Ursache für das Versagen des Titan- Keramik-Verbundes sind Versuche unternommen worden, die hohe Sauerstoffaufnahme des Titans während des keramischen Brandes zu verringern. Sie wurden mittels Silizium-Ionenimplantation und Siliziumnitrid-Plasma Immersions Implantation und Depo­ sition erfolgreich durchgeführt. Diese Verfahren sind aber über reine, der Forschung dienende Laborversuche nicht hinaus ge­ kommen und ihre Anwendung ist in zahntechnischen Laboratorien wirtschaftlich nicht vertretbar.

Das Ziel der Erfindung ist es, für den Einsatz eines Titan- Keramik-Körpers als Zahnersatz in der Dentaltechnik mit Hilfe der vorhandenen konventionellen Technik in zahntechnischen Laboratorien, unter wirtschaftlich vertretbarem Aufwand, die Herstellung eines langzeitstabilen Haftverbundes zwischen Titan und Keramik zu realisieren.

Die Aufgabe der Erfindung bestand folglich darin, einen in der Dentaltechnik einsetzbaren Titan-Keramik-Körper mit einem lang­ zeitstabilen Haftverbund und ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen Titan und Keramik zu entwickeln, mit dem die Sauerstoffaufnahme des Titans während des keramischen Brandes blockiert wird, um damit die Voraussetzungen für einen stabilen Titan-Keramik-Haftverbund durch Ausbildung einer Haftbrücke auf der Oberfläche des Titans zur anschließenden keramischen Verblendung des Titankörpers herbeizuführen.

Die Aufgabe, eine als Zahnersatz einsetzbare, keramisch ver­ blendete Titanrestauration zu entwickeln, wurde dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß eine Oberfläche eines Titangußkörper mit einer aus Titannitrid, Titanborid oder Titancarbid bestehenden Haftbrücke versehen ist, auf der die Keramikverbindung aufge­ bracht und in einem Brennvorgang mit dem Titangußkörper ver­ bunden worden ist. Die Haftbrücke weist eine geringe Schicht­ dicke auf und erstreckt sich auf maximal 10 µm.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht die Haft­ brücke aus in die Oktaederlücken des Kristallgitters des Titan­ gußkörpers einlagerten Fremdatomen aus Kohlenstoff, Bor oder Stickstoff.

Die Aufgabe, die Sauerstoffaufnahme des Titans während des keramischen Brandes zu verringern, um einen stabilen Titan- Keramik-Verbund zu entwickeln, wurde erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei dem nichtoxidische Keramiken als Strahl­ mittel zur Oberflächenmodifikation von Titan in sauerstoff­ freier Atmosphäre eingesetzt wird, dann eine Keramisierung der Titanoberfläche durch ein Brennen in sauerstofffreier Atmosphäre unter Anwesenheit von Bor, Kohlenstoff oder Stick­ stoff vorgenommen wird und in Folge unter Einsatz von herkömm­ lichen Bondern, modifizierten oxidischen, nichtoxidischen oder oxidreduzierten Keramiken der Bonderbrand zwischen dem Titan und den oxidischen Keramiken, als der Grundmasse der keramischen Verblendung, durchgeführt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Titankörper nach alpha-case Entfernung,

Fig. 2 die Oberfläche des in Fig. 1 dargestellten Titan­ körpers nach Aufrauhung der Titanoberfläche durch ein nichtoxidisches Strahlmittel, z. B. Silizium­ carbid in einer Stickstoff-Atmosphäre,

Fig. 3 die Oberfläche des in Fig. 1 dargestellten Titan­ körpers nach Vorbehandlung der Oberfläche und an­ schließender Wärmebehandlung unter N₂-Atmosphäre zur Keramisierung der Oberfläche des Titan­ körpers,

Fig. 4 den in Fig. 1 gezeigten Titankörper nach aufge­ brachtem Bonderbrand aus einem modifizierten oxidischen Bonder.

Nach Herstellung eines Titangußkörpers (1) nach den bekannten Verfahren wird dieser Rohling unter Stickstoffatmosphäre mit Siliziumcarbid (nicht dargestellt) mechanisch bestrahlt, um mögliche Reste der ebenfalls nicht dargestellten alpha-case Schicht zu entfernen, eine mechanische Haftung der später auf­ zubrennenden Keramiken zu ermöglichen und erste Belegung der Titanoberfläche mit Kohlenstoff- und Stickstoffatomen zu er­ zielen.

Anschließend wird durch eine Wärmebehandlung bei hohen Temperaturen, Brennen in Stickstoffatmosphäre, des so vorbe­ handelten, d. h. mit Siliziumcarbid mechanisch bestrahlten Titangußkörpers (1) die Belegung der Oberflächen (2) des Titan­ gußkörpers (1) mit Stickstoffatomen optimiert. Der im Titan physikalisch gelöste Stickstoff und Kohlenstoff reagiert mit dem Titan, indem dieser in Titannitrid und Titancarbid umgewandelt wird und sich eine nichtoxidische keramische Schutzschicht ausbildet.

Hiernach wird ein Bonderbrand durchgeführt, wobei ein modifizierter oxidischer Bonder eingesetzt wird. Der Hauptbe­ standteil des Bonders, SiO₂ ist dabei zu 30% durch ZrO₂ersetzt. Die Sintertemperatur des Bonderbrandes (840°C) liegt dabei deutlich über der des folgenden Grundmassenbrandes (740°C), der ebenso wie die weitere Verarbeitung nach dem Stand der Technik durchgeführt wird.

In der zahnärztlichen Behandlung eines Patienten zur Versorgung mit Zahnersatz wird der oder die zu überbrückenden Zähne im Mund des Patienten beschliffen. Dann wird von allen Zähnen des Oberkiefers, wie auch von denen des Unterkiefers ein Abdruck als Negativ-Modell genommen. Dieser Abdruck wird mit Gips gefüllt und so ein Gipsmodell als Positiv-Modell vom Ober- und Unterkiefer des Patienten erstellt. Diese Modelle werden im Artiklator fixiert, in dem der Oberkiefer und Unterkiefer in die Beziehung, wie sie im Mund des Patienten bestehen, gebracht wird. Die Zähne im Gipsmodell, die den beschliffenen Zähnen im Mund des Patienten entsprechen, werden herausgesägt, so daß sie vom Modell abgenommen aber auch wieder eingesetzt werden können. Auf diese Gipsstümpfe wird ein Wachsmodell modelliert, das der späteren einzugliedernden Titanrestauration entspricht. Gußkanäle aus Wachs werden an das Wachsmodell angefügt und das Modell mit Einbettmasse umgossen. Nach dem Erhärten der Ein­ bettmasse wird das Wachs ausgeschmolzen und in die zurück­ bleibenden Hohlräume wird, mit speziellen Titangußanlagen, Titan gegossen. Nach Abkühlung wird der Titangußkörper (1) entnommen und die Gußkanäle werden abgetrennt. Anschließend wird die obere Reaktionsschicht des Titangußkörpers (alpha-case) entfernt und anschließend unter Stickstoffatmosphäre mit Siliziumcarbid mechanisch bestrahlt. Hierauf folgt das Brennen des Titangußkörpers (1) in einer Stickstoffatmosphäre und dann erfolgt der Bonderbrand gefolgt von dem Grundmassen-, Dentin-, Korrektur- und Glanzbrand. Nach einer abschließenden Politur und Probeeingliederung am Gipsmodell erfolgt die Eingliederung der keramisch verblendeten Titanrestauration am Patienten durch den Zahnarzt.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ist kostengünstig in einem vorhandenen dentaltechnischen Labor realisierbar und einfach zu handhaben. Die Titanrestauration verfügt über eine hohe Qualität. Eine Versagensrate der Titanrestauration ist bei einer guten Ausführung im zahntechnischen Labor ausgeschlossen.

Claims (9)

1. Zahnersatz, bestehend aus einer keramisch verblendeten Titanrestauration, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ober­ fläche (2) eines Titangußkörpers (1) mit einer aus Titan­ nitrid, Titanborid oder Titancarbid bestehenden Haft­ brücke (3) versehen ist, auf der die Keramikverblendung (4) aufgebracht und durch einen Brennvorgang mit dem Titangußkörper (1) verbunden worden ist.

2. Zahnersatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftbrücke (3) eine geringe Schichtdicke von unter 10 µm aufweist.

3. Zahnersatz nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftbrücke aus in die Oktaederlücken des Kri­ stallgitters des Titangußkörpers (1) einlagerten Fremd­ atomen aus Kohlenstoff, Bor oder Stickstoff besteht.

4. Verfahren zur Herstellung eines langzeitstabilen Titan- Keramik-Haftverbundes, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit einer alpha-case Entfernung der Ober­ fläche (2) des Titangußkörpers (1) eine Einlagerung von Fremdatomen in das Kristallgitter des Titans mit einer definierten Schichtdicke der Oberfläche (2) des Titan­ gußkörpers (1) dieser in einer Schutzgas-Atmosphäre mechanisch bestrahlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Bestrahlung durch einen Einsatz von nichtoxidischem Strahlmittel wie Siliziumcarbid, -nitrid, Borcarbid, -nitrid, Titancarbid, -borid in Stickstoff- oder Argon-Atmosphäre vorgenommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem nichtoxidischen Strahlmittel zur besseren Ab­ sättigung der Oberfläche (2) des Titangußkörpers (1) mit Fremdatomen die Füllstoffe Kohlenstoff, Bor und Bornitrid zugesetzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Aufrauhung der Oberfläche (2) des Titanguß­ körpers (1) und alpha-case Entfernung dieser in einer N₂- Atmosphäre zur Fixierung der durch die mechanische Be­ strahlung des Titangußkörpers (1) in die Oktaederlücken des Kristallgitters eingelagerten Fremdatome zwecks Sperrung der Kristallgitterwege für eine Sauerstoffauf­ nahme vor einem später erfolgenden Brennvorganges zur Herstellung des Titan-Keramik-Verbundes gebrannt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Einlagerung von Fremdatomen in das Kristallgitter des Titangußkörpers (1) bis zu einer Sättigung der Ober­ fläche (2) desselben dieser mit Kohlenstoff, Bor oder hexagonales Bornitrid belegt wird und anschließend in einer Inertgas-Atmosphäre gebrannt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Herstellung einer Haftbrücke auf der Ober­ fläche (2) des Titangußkörpers (1), die zur Verhinderung des Sauerstoffaufnahme während des Bonderbrandes dient, unter Einsatz von oxidischen, modifizierten oxidischen, nichtoxidischen oder oxidreduzierten Keramiken ein Bonderbrand der Grundmasse der keramischen Verblendung vorgenommen wird.