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Dokumentenidentifikation DE202005020348U1 13.04.2006
Titel Edle Dentallegierung
Anmelder The Argen Corporation, San Diego, Calif., US
Vertreter Maikowski & Ninnemann, Pat.-Anw., 10707 Berlin
DE-Aktenzeichen 202005020348
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 13.04.2006
Registration date 09.03.2006
Application date from patent application 27.12.2005
IPC-Hauptklasse A61K 6/04(2006.01)A, F, I, 20051227, B, H, DE

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Dentallegierung auf Eisen-, Kobalt- und/oder Nickelbasis, die wenigstens 25 % Gold und/oder Elemente der Platingruppe enthält, wobei Ruthenium den Hauptanteil dieser Edelmetalle bildet.

Allgemeiner Stand der Technik

Dentallegierungen, die in der Porzellan-Metall-Verschmelzungstechnik verwendet werden, lassen sich in verschiedene Gruppen unterteilen: auf Goldbasis, auf Palladiumbasis, auf Kobaltbasis und auf Nickelbasis. Die Kosten der Legierung richten sich nach den Rohstoffpreisen der Legierungsbestandteile. Beispielsweise betrugen mit Stand vom Dezember 2004 die Kosten der Hauptbestandteile solcher Legierungen: Gold – $442 je Troy-Unze; Palladium – $183 je Troy-Unze; Kobalt – $1 je Troy-Unze; und Nickel – $0,3 je Troy-Unze. Der ökonomische Vorteil der Nichtedelmetalle Kobalt und Nickel ist offensichtlich, aber die funktionalen Eigenschaften der Nichtedelmetalllegierungen halten einem Vergleich mit den funktionalen Eigenschaften der Dentalprodukte auf Gold- oder Palladiumbasis nicht stand. Generell sind die Nichtedelmetalllegierungen schwieriger zu gießen, zu schleifen und an Porzellan anzuhaften.

Es sind zahlreiche Versuche angestellt worden, um die funktionalen Eigenschaften von Kobalt- und Nickellegierungen durch die Beigabe von Gold und von Metallen der Platingruppe zu verbessern (zu den Metallen der Platingruppe gehören Platin, Palladium, Rhodium, Iridium, Osmium und Ruthenium).

Als Beispiele für US-Patente, die solche Dentallegierungen beschreiben, seien folgende genannt:

In jedem Fall wird eine gewisse Verbesserung bei den funktionalen Eigenschaften der Nichtedelmetalllegierung durch die Beigabe von Gold und der Metalle der Platingruppe erreicht. Diese Erfindung ergänzt die Bemühungen um eine Verbesserung der Legierungen auf Nichtedelmetallbasis durch die wohlüberlegte Verwendung von Rutheniumbeigaben in größeren Mengen, als sie in früheren Legierungen verwendet wurden.

Kurzdarstellung der Erfindung

Es wird erfindungsgemäß eine Dentallegierung bereitgestellt, die 15 bis 30 Gewichts-% Chrom und wenigstens 25 Gewichts-% Metall, das aus der Gruppe bestehend aus Ruthenium, Platin, Palladium, Iridium, Osmium, Rhodium und Gold ausgewählt ist, enthält, unter dem Vorbehalt, dass der Hauptanteil dieser Gruppe oder mehr als 15 Gewichts-%, je nachdem, was mehr ist, Ruthenium ist. Der überwiegende restliche Teil besteht aus Kobalt, Nickel und/oder Eisen.

In einer alternativen Ausgestaltung wird eine Dentallegierung bereitgestellt, die 5 bis 10 Gewichts-% Chrom, 10 bis 15 Gewichts-% Gallium und wenigstens 25 Gewichts-% Metall, das aus der Gruppe bestehend aus Ruthenium, Platin, Palladium, Iridium, Osmium, Rhodium und Gold ausgewählt ist, enthält . Dabei sind 25 bis 35 Gewichts-% dieser Gruppe Ruthenium. Die Gewichtsprozente beziehen sich durchgehend auf die Gesamtlegierung, d.h. der Anteil von Ruthenium liegt bei dieser Ausgestaltung bei mindestens 25 Gewichts-%. Der überwiegende restliche Teil besteht aus Eisen und/oder Kobalt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Als eine edle Dentallegierung gilt eine mit wenigstens 25 % Edelmetallgehalt, wobei zu den Edelmetallen Ruthenium, Platin, Palladium, Iridium, Osmium, Rhodium und Gold gehören. Die Legierung der vorliegenden Erfindung ist eine edle, doch sie wird als eine Legierung auf Kobalt-, Nickel- und/oder Eisenbasis angesehen, da ein großer Anteil dieser Nichtedelmetalle in der Legierung vorhanden ist. Die Legierung enthält mehr als 15 % Ruthenium (alle Prozentangaben im vorliegenden Text sind Gewichtsprozentangaben).

Die Wahl von Ruthenium hat sowohl metallurgische als auch ökonomische Nutzeffekte.

Betrachten wir den Preis von Gold und den Metallen der Platingruppe mit Stand vom Dezember 2004: Rhodium $1,320 je Troy-Unze Platin 844 Gold 442 Osmium 400 Palladium 183 Iridium 170 Ruthenium 67

Ruthenium ist das bei weitem preisgünstigste Element der Gruppe, so dass es von ökonomischem Nutzen ist, die Rutheniumbeimengungen anstelle von Gold und der anderen Elemente der Platingruppe zu maximieren. Der Hauptgrund für die geringen Kosten ist, dass Ruthenium ein Nebenprodukt der Herstellung der anderen Elemente der Platingruppe ist, aber in der Industrie nicht viele Verwendungszwecke hat.

Aus metallurgischer Sicht ist Ruthenium ein Ersatz für Molybdän, Wolfram und in gewissem Umfang Chrom in Legierungen sowohl auf Kobalt- als auch auf Nickelbasis und sogar Legierungen auf Eisenbasis, die sich überraschenderweise zur Verwendung in Zahnprothesen eignen. Ruthenium verleiht einer Legierung mehr Festigkeit, verringert die Wärmeausdehnung der Legierung (um besser zur Wärmeausdehnung von Dentalporzellanarten zu passen) und die Oxidationsrate der Legierung zu verringern.

Legierungen, die sich für die Durchführung dieser Erfindung eignen, enthalten wenigstens 25 % Metall, das aus der Gruppe bestehend aus Ruthenium, Platin, Palladium, Iridium, Osmium, Rhodium und Gold ausgewählt ist, unter dem Vorbehalt, dass der Hauptanteil dieser Gruppe oder mehr als 15 %, je nachdem, was mehr ist, Ruthenium ist; 15 bis 30 % Chrom; bis zu 15 % Gallium; bis zu 5 % Silizium; bis zu 1 % Bor; bis zu 5 % Metall, das aus der Gruppe bestehend aus Niob, Tantal und Rhenium ausgewählt ist; und den Rest aus Metall, das aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Kobalt und Nickel ausgewählt ist. Es können beispielsweise Gemische aus Kobalt, Nickel und Eisen verwendet werden, da sie aus metallurgischer Sicht als Äquivalente angesehen werden können, wenn der Rutheniumgehalt so hoch ist. Die Legierungen, die einen niedrigeren Chromanteil aufweisen, sind bevorzugt, weil sie sich leichter gießen lassen und beim Schmelzen weniger Schlacke bilden.

Die Legierung ist somit eine Eisen-Nickel- und/oder Kobalt-Chrom-Nichtedelmetalllegierung mit einer Hauptbeigabe von Ruthenium von mehr als 15 %, und vorzugsweise wenigstens 25 %. Wenn der Rutheniumgehalt der Legierung weniger als 25 % beträgt, so können andere Edelmetalle verwendet werden, um einen Gesamtanteil von wenigstens 25 % zu erreichen, unter dem Vorbehalt, dass das meiste des Edelmetalls Ruthenium ist. Die Menge an Edelmetall in der Legierung kann mehr als 25 % betragen (sofern das meiste des Edelmetalls Ruthenium ist), aber es liegt kein ökonomischer Vorteil in der Verwendung größerer Mengen teuren Materials.

Sowohl Ruthenium als auch Chrom schützen die Legierung vor Korrosion und Oxidation. Alle getesteten Eisenlegierungen bestanden die Korrosions- und Cytotoxizitätstests nach ISO. Dies ist überraschend, weil Eisen sich so leicht in einer sauren Umgebung auflöst.

Das Ruthenium veredelt augenscheinlich die Legierung, im Gegensatz zum Chrom, das ein Oxid bildet, um die Legierung vor schädlichen Reaktionen zu schützen.

Diese Legierung kann durch die Beigabe von bis zu etwa 10 % Gallium, bis zu etwa 5 % Silizium oder bis zu etwa 1 % Bor (oder geeignete Kombinationen dieser Elemente) so modifiziert werden, dass die Gusseigenschaften der Legierung verbessert werden. Gallium beispielsweise senkt die Schmelztemperatur der Legierung so, dass sie mittels einer Erdgas- oder Propan-Sauerstoff-Flamme, wie sie üblicherweise in Dentallabors verwendet wird, geschmolzen werden kann.

Der Legierung können bis zu etwa 5 % Niob, Tantal und/oder Rhenium beigegeben werden, um die Korngröße zu verringern. Gussstücke mit feinerem Korn lassen sich leichter auf eine glatte Oberfläche schleifen, die sich für Beschichtungen mit dentalkeramischen Materialien eignen. Interessanterweise lassen sich Eisenlegierungen leichter schleifen und glätten als ähnliche Legierungen mit Kobalt.

Ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Legierung mit Ruthenium als einziges Edelmetall enthält 40 % Kobalt, 25 % Chrom, 25 % Ruthenium und 10 % Gallium. Diese Legierung lässt sich problemlos mit der gängigen Ausrüstung und den gängigen Materialien, wie man sie in Dentallabors verwendet, gießen und verarbeiten.

Die physikalischen Eigenschaften dieser beispielhaften Legierung sind: Reißfestigkeit: 115.000 psi Praktische Fließgrenze (0,2 % Versatz): 85.000 psi Bruchdehnung: 5 % Elastizitätsmodul: 30.000.000 psi Vickers-Härte: 440

Die Wärmeausdehnung der Legierung wurde mit 13,9 × 10–6°C bei 600°C ermittelt. Verschiedene beliebte Dentalporzellanarten lassen sich erfolgreich an die Legierung bonden, und sowohl Einzelkronen als auch Brückenarbeiten lassen sich ohne Weiteres ohne besondere Handhabungsanforderungen, die über die in Dentallabors üblichen Verfahrensweisen hinausgehen, herstellen.

Diese Legierung wurde erfolgreich in einer Pilotproduktionscharge von 15 Pfund unter Verwendung standardmäßiger Gießverfahrenstechniken für Kobaltlegierungen verarbeitet. Mit biologischen Tests wurde festgestellt, dass die Legierung nicht cytotoxisch ist.

Der Rutheniumgehalt von etwa 25 Gewichts-% machte die Beigabe von Molybdän oder Wolfram überflüssig.

Die Galliumbeigabe verringerte den Schmelzbereich so, dass die Legierung unter Verwendung einer Gas-Sauerstoff-Flamme gegossen werden konnte. Alternativ können auch geringe Silizium- oder Borbeigaben die Gießfähigkeit der Legierung verbessern. Wenn die Legierung durch Induktionserwärmung gegossen werden soll, so kann der Schmelzbereich höher sein, so dass nicht so viel Gallium benötigt wird.

Trotz des hohen Härtewertes konnte die Legierung mit herkömmlichen Schleifmitteln, wie sie in Dentallabors verwendet werden, geschliffen werden. Die Legierung eignet sich besonders zur Verwendung mit neueren CAD/CAM-Anwendungen, wo kein Gießen erforderlich ist. Ein Block der Legierung wird in die endgültige Prothesenform geschliffen.

Zu weiteren beispielhaften Zusammensetzungen, die in der Durchführung dieser Erfindung hergestellt wurden, gehören:

  • a) 40 % Kobalt; 25 % Chrom; 25 % Ruthenium; 10 Gallium.
  • b) 50 % Eisen; 15 % Chrom; 25 % Ruthenium; 10 Gallium.
  • c) 15–25 % Chrom; 25 % Ruthenium; 5–10 % Gallium; und der Rest Eisen.

Es kann auch eine sinterfähige edle Legierung hergestellt werden, die Folgendes enthält: wenigstens 25 % Edelmetall, einschließlich 25 bis 30 % Ruthenium, 5 bis 10 % Chrom; 10 bis 15 % Gallium; und der Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Nickel und Kobalt, bevorzugt überwiegend oder ausschließlich Eisen, und bevorzugt ohne Nickel. Eine solche Legierung kann auch als ein Gussstück oder als ein Rohling zur spanabhebenden Herstellung einer Dentalprothese verwendet werden.

Durch Verringern des Chromanteils unter 10 %, und bevorzugt auf etwa 7 %, kann die Bildung von Oberflächenoxiden oder Schlacke, die das Sintern behindern würden, vermieden werden. Größere Mengen leicht oxidierbarer Metalle mit stabilen hoch-schmelzenden Oxiden, wie beispielsweise Aluminium, sollten ebenfalls vermieden werden.

Bis zu 5 % Silizium und/oder bis zu 1 % Bor können anstelle eines Teils des Galliums verwendet werden, um den Schmelzpunkt der Legierung zu senken. Rutheniummengen von mehr als 30 % können ebenfalls geeignet sein, wenn genügend Gallium oder andere Metalle beigegeben werden, um einen akzeptablen Schmelzpunkt beizubehalten.

Die Legierung kann des Weiteren bis zu 5 % Metall enthalten, das aus der Gruppe bestehend aus Niob, Tantal und Rhenium ausgewählt ist, um die Korngröße zu verringern.

Eine geeignete Legierung ohne Nickel kann mehr als 15 Ruthenium, 15 bis 30 % Chrom und den Rest aus Metall, das aus der Gruppe bestehend aus Kobalt und Eisen ausgewählt ist, enthalten und im Wesentlichen frei von Aluminium sein.


Anspruch[de]
  1. Dentallegierung auf Kobalt-, Eisen- und/oder Nickel-Chrom-Basis, die Folgendes enthält:

    wenigstens 25 % Metall, das aus der Gruppe bestehend aus Ruthenium, Platin, Palladium, Iridium, Osmium, Rhodium und Gold ausgewählt ist, wobei der Hauptanteil des Metalls in dieser Gruppe Ruthenium ist;

    15 bis 30 % Chrom; und

    den Hauptanteil des Rests aus Metall, das aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Nickel und Kobalt ausgewählt ist.
  2. Dentallegierung nach Anspruch 1, die des Weiteren bis zu 15 % Gallium, bis zu 5 % Silizium und/oder bis zu 1 % Bor enthält.
  3. Dentallegierung nach den Ansprüchen 1 und 2, die des Weiteren bis zu 5 % eines Metalls enthält, das aus der Gruppe bestehend aus Niob, Tantal und Rhenium ausgewählt ist.
  4. Dentallegierung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Hauptanteil des Rests aus der Gruppe bestehend aus Eisen und Kobalt ausgewählt ist.
  5. Dentallegierung nach Anspruch 4, wobei der Hauptanteil des Rests überwiegend Eisen ist.
  6. Dentallegierung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Anteil von Ruthenium an der Dentallegierung mindestens 15% beträgt.
  7. Dentalprothese, die eine Legierung nach einem der vorangehenden Ansprüche enthält.
  8. Gussrohling zur spanabhebenden Herstellung einer Dentalprothese, die eine Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 enthält.
  9. Dentallegierung auf Kobalt- und/oder Eisen-Chrom-Basis, die Folgendes enthält:

    wenigstens 25 % Metall, das aus der Gruppe bestehend aus Ruthenium, Platin, Palladium, Iridium, Osmium, Rhodium und Gold ausgewählt ist, wobei 25 bis 35 % des Metalls dieser Gruppe Ruthenium ist;

    5 bis 10 % Chrom;

    10 bis 15 % Gallium; und

    den Hauptanteil des Rests aus Metall, das aus der Gruppe bestehend aus Eisen und Kobalt ausgewählt ist.
  10. Dentallegierung nach Anspruch 9, wobei der Hauptanteil des Rests überwiegend Eisen ist.
  11. Dentallegierung nach den Ansprüchen 9 und 10, die des Weiteren bis zu 5 % Silizium und/oder bis zu 1 Bor enthält.
  12. Dentallegierung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, die des Weiteren bis zu 5 % eines Metalls enthält, das aus der Gruppe bestehend aus Niob, Tantal und Rhenium ausgewählt ist.
  13. Dentalprothese, die eine Legierung nach einem der Ansprüche 9 bis 12 enthält.
  14. Gussrohling zur spanabhebenden Herstellung einer Dentalprothese, die eine Legierung nach einem der Ansprüche 9 bis 12 enthält.
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