RU2057492C1

RU2057492C1 - Metal ceramics dental prostheses

Info

Publication number: RU2057492C1
Application number: RU93053978A
Authority: RU
Inventors: А.М. Решетников; Л.В. Ляпин; Э.А. Артемьева; Н.И. Лапина; А.Б. Киселев
Original assignee: Решетников Александр Михайлович
Priority date: 1993-12-02
Filing date: 1993-12-02
Publication date: 1996-04-10

Abstract

FIELD: medicine. SUBSTANCE: crystal-to-amorphous (glass-like) phases ratio in dentine layer is to be within 1:3 - 1:5 by mass and within 1:1 to 1.5:1 by mass in the ground layer. The method involves subjecting metal coatings to multiple heating and cooling (5 thermocycles at least) in 20-930- 20 C temperature range without destroying integrity. Changes in the value of thermal expansion coefficient do not exceed 55•10^-7 C. EFFECT: enhanced accuracy of the process; high quality of the product. 5 dwg

Description

Изобретение относится к стоматологии, в частности к технике искусственных зубов (протезов), изготовление которых основано на материалах и технологии керамики (фарфора). The invention relates to dentistry, in particular to the technique of artificial teeth (prostheses), the manufacture of which is based on materials and technology of ceramics (porcelain).

Одной из основных проблем техники этих протезов является придание им эстетических параметров, свойственных естественным зубам конкретного пациента носителя протеза. One of the main problems of the technology of these prostheses is to give them the aesthetic parameters characteristic of the natural teeth of a particular patient wearing a prosthesis.

Известны искусственные зубы в виде фарфоровых коронок, закрепленных в челюсти на металлических штифтах, крампонах, мостах и т.д. Artificial teeth are known in the form of porcelain crowns fixed in the jaw on metal pins, krampons, bridges, etc.

Специальные сорта зубного фарфора представляют собой спеченную керамическую композицию из полевого шпата, кварца и каолина, т.е. качественно из окислов кремния, алюминия, щелочных и щелочноземельных металлов с добавлением красящих присадок. Недостатком этих протезов является, во-первых, их недостаточная механическая прочность, обусловленная способами спекания и закрепления на металлических подложках, и, во-вторых, слабая совместимость их по цвету с рядом стоящими естественными зубами пациента. Попытки подготовки цвета путем варьирования состава и количества красящих добавок к успеху приводят редко. При этом следует отметить, что в технике фарфоровых коронок никогда не обращалось внимания на зависимость оптического (эстетического) эффекта от соотношения фаз в гетерофазной системе, всегда присущей керамическим материалам, состоящим из кристаллической и стекловидной (аморфной) фаз. Аналогичная структура присуща и естественному зубу. Special varieties of dental porcelain are a sintered ceramic composition of feldspar, quartz and kaolin, i.e. qualitatively from oxides of silicon, aluminum, alkali and alkaline earth metals with the addition of coloring additives. The disadvantage of these prostheses is, firstly, their lack of mechanical strength, due to the methods of sintering and fixing on metal substrates, and, secondly, their weak color compatibility with the adjacent natural teeth of the patient. Attempts to prepare color by varying the composition and amount of coloring additives rarely succeed. It should be noted that in the technique of porcelain crowns never paid attention to the dependence of the optical (aesthetic) effect on the phase ratio in the heterophase system, always inherent in ceramic materials consisting of crystalline and glassy (amorphous) phases. A similar structure is inherent in a natural tooth.

Известны металлокерамические протезы, состоящие из металлической коронки, и, по крайней мере, двух слоев оксидной керамики основного полупрозрачного дентинового и расположенного между ним и коронкой грунтового. Ceramic-metal prostheses are known, consisting of a metal crown, and at least two layers of oxide ceramics of the main translucent dentin and the soil crown located between it and.

Металлическая коронка выполняется из сплавов на основе кобальта (никеля) и хрома, серебра, золота, платины, палладия. The metal crown is made of alloys based on cobalt (nickel) and chromium, silver, gold, platinum, palladium.

Керамические слои выполняются на основе окислов Al, Si, K, Na, Zr, Sn, Ca, B и красящих добавок (присадок) окислов титана, никеля, кобальта, редкоземельных металлов и т.д. Слои наносятся на коронку и спекаются последовательно, причем каждый последующий при более низкой температуре, чем предыдущий и с таким подбором материалов слоев, чтобы коэффициенты линейного расширения их равномерно снижались от металла до внешнего слоя. После окончательного спекания все слои оказываются в сжатом состоянии, что и обеспечивает высокую прочность протеза. Недостатком многослойных керамических зубов является трудность обеспечения стабильных значений прочности сцепления между слоями, растрескивание и отслаивание их от металла. Это происходит вследствие полиморфизма у соединений, входящих в состав исходных керамических масс, степени завершенности физико-химических процессов, протекающих как при варке керамических масс на подготовительном этапе, так и при спекании покрытий на металлической коронке. Это приводит в конечном итоге к нестабильности (разбросу от партии к партии и даже внутри партии) таких характеристик покрытий, как термическое расширение, адгезионная способность и т.д. Другим недостатком технических решений является нестабильность оптических характеристик зуба, определяющих эстетическое восприятие искусственного зуба от рядом стоящего естественного. Ceramic layers are made on the basis of oxides of Al, Si, K, Na, Zr, Sn, Ca, B and coloring additives (additives) of oxides of titanium, nickel, cobalt, rare earth metals, etc. The layers are applied to the crown and sintered sequentially, with each subsequent one at a lower temperature than the previous one and with such a choice of layer materials so that their linear expansion coefficients uniformly decrease from the metal to the outer layer. After the final sintering, all layers are in a compressed state, which ensures high strength of the prosthesis. The disadvantage of multilayer ceramic teeth is the difficulty of ensuring stable values of adhesion between the layers, cracking and peeling them from the metal. This is due to polymorphism in the compounds that make up the initial ceramic masses, the degree of completeness of the physicochemical processes that occur during the cooking of ceramic masses at the preparatory stage, and during sintering of coatings on a metal crown. This ultimately leads to the instability (scatter from batch to batch and even within the batch) of coating characteristics such as thermal expansion, adhesion, etc. Another disadvantage of technical solutions is the instability of the optical characteristics of the tooth, which determine the aesthetic perception of an artificial tooth from a nearby natural one.

Приведенная информация о содержании компонентов касается исключительно исходного сырья, но не синтезированного конечного продукта, в котором кристаллическая и стекловидная фазы могут быть в различных состояниях и соотношениях в зависимости от способа изготовления. The information on the content of the components relates exclusively to the feedstock, but not to the synthesized final product, in which the crystalline and glassy phases can be in different states and ratios depending on the manufacturing method.

В многослойном керамическом покрытии на зубном протезе косметический эффект достигается за счет оптических свойств грунта и дентина. Грунт при своей минимальной толщине 0,2-0,4 мм должен полностью исключить просвечиваемость окисленного металла и диффузно отражать падающее на него излучение, частично поглощая его. Дентин должен быть полупрозрачным, т.е. часть излучения должна поглотиться в дентине, часть пройти через него до грунта и, частично отразившись от него, вернуться назад, а частично отражаться от поверхности дентина. Введение в грунт и дентин красителей также способствует получению нужного цвета покрытия. Именно комплексное выполнение этих условий позволяет получать желаемый косметический эффект. In a multilayer ceramic coating on a denture, the cosmetic effect is achieved due to the optical properties of the soil and dentin. Soil with its minimum thickness of 0.2-0.4 mm should completely eliminate the translucency of the oxidized metal and diffusely reflect the radiation incident on it, partially absorbing it. Dentin should be translucent, i.e. part of the radiation must be absorbed in the dentin, part through it to the ground and, partially reflected from it, return back, and partially reflected from the surface of the dentin. The introduction of dyes into the soil and dentin also contributes to the desired coating color. It is the complex fulfillment of these conditions that allows you to get the desired cosmetic effect.

Целью изобретения является повышение стабильности свойств покрытий металлокерамического протеза с одновременным повышением эстетического (косметического) эффекта протеза у пациента. The aim of the invention is to increase the stability of the properties of coatings of a ceramic-metal prosthesis with a simultaneous increase in the aesthetic (cosmetic) effect of the prosthesis in a patient.

Поставленная цель достигается за счет выполнения дентинового и грунтового слоев заведомо гетерофазными, но в разной степени. Конкретно это выражается в том, что в синтезированном покрытии соотношение между кристаллической и стекловидной фазами в дентиновом слое составляет 17-25 мас. а в грунтовом 49-60 мас. This goal is achieved due to the implementation of the dentin and soil layers are obviously heterophasic, but to different degrees. Specifically, this is expressed in the fact that in the synthesized coating the ratio between the crystalline and glassy phases in the dentin layer is 17-25 wt. and in the ground 49-60 wt.

На фиг. 1 изображена структура естественного зуба; на фиг. 2 фазовый состав зубного фарфора; на фиг. 3 структура дентинового слоя в многослойном протезе; на фиг. 4 наблюдающаяся структура дентинового слоя; на фиг. 5 то же, грунтового слоев. In FIG. 1 shows the structure of a natural tooth; in FIG. 2 phase composition of dental porcelain; in FIG. 3 structure of the dentin layer in a multilayer prosthesis; in FIG. 4 observed structure of the dentin layer; in FIG. 5 the same, soil layers.

На фигурах естественного зуба (фиг. 1) и протезов (фиг. 3-5) отчетливо проявляется гетерофазность структур: для естественных зубов отдельные кристаллики гидроаппатита в костной ткани, для искусственного зуба кристаллики тугоплавких окислов в стеклофазе. Из фиг. 4 и 5 видно, что структуры дентинового и грунтового слоев различны: в дентине содержание кристалликов примерно в два три раза меньше, чем в грунте. А это означает, что дентиновый слой более прозрачен, чем грунтовый (содержащий больше центров рассеивания света). Это означает также, что дентиновый слой, содержащий меньшее количество твердых кристалликов в стеклофазе, менее прочен, чем грунт, в котором твердых компонентов больше. In the figures of a natural tooth (Fig. 1) and prostheses (Fig. 3-5), the heterophase of structures is clearly manifested: for natural teeth, separate crystals of hydroappatite in bone tissue, for an artificial tooth, crystals of refractory oxides in the glass phase. From FIG. Figures 4 and 5 show that the structures of the dentin and soil layers are different: in dentin, the crystal content is approximately two to three times less than in the soil. This means that the dentin layer is more transparent than the soil layer (containing more centers of light scattering). It also means that the dentin layer, which contains less solid crystals in the glass phase, is less durable than soil, in which there are more solid components.

Таким образом, оптические и прочностные характеристики слоев протеза различаются синхронно даже при одинаковом качественном химическом составе компонента в обоих слоях. Количественные значения химического состава (различие в количестве компонента в обоих слоях) могут несколько корректироваться с целью обеспечения соотношения коэффициентов термического расширения, необходимого для технологии обжигов. Коррекцию цвета можно обеспечивать и традиционным путем добавок красящих веществ. Однако главным условием для любых составов являются физические явления преломления, рассеяния и поглощения света в гетерофазной среде. Thus, the optical and strength characteristics of the prosthetic layers differ synchronously even with the same qualitative chemical composition of the component in both layers. Quantitative values of the chemical composition (difference in the amount of component in both layers) can be slightly adjusted in order to ensure the ratio of thermal expansion coefficients required for firing technology. Color correction can be provided in the traditional way by the addition of dyes. However, the main condition for any compositions is the physical phenomena of refraction, scattering, and absorption of light in a heterophase medium.

В общем случае оптические эффекты в гетерофазной среде обуславливаются следующими факторами:
размером кристалликов, которые, как видно из фиг. 4-5, находятся на уровне 0,4-10 мкм, т.е. сравнимы с длинами волн видимого света;
коэффициентом преломления материалов кристаллофазы, значения которого, естественно, больше коэффициента преломления стеклофазы, для которой он составляет около 1,5;
количеством кристалликов в слое;
наличием компонентов красителей в объеме.In general, optical effects in a heterophase medium are determined by the following factors:
crystal size, which, as can be seen from FIG. 4-5 are at a level of 0.4-10 microns, i.e. comparable to the wavelengths of visible light;
the refractive index of the materials of the crystalline phase, the values of which, naturally, are greater than the refractive index of the glass phase, for which it is about 1.5;
the number of crystals in the layer;
the presence of dye components in volume.

Поскольку набор допустимых химических соединений для стоматологических применений ограничен (по причинам биологической совместимости, КТР и т.д.), то основная возможность управления оптическими параметрами, т.е. эстетическим (косметическим) эффектом является управление числом и размерами кристаллов, что можно делать как путем выбора исходных компонентов, так и известными средствами изготовления керамики. Since the set of acceptable chemical compounds for dental applications is limited (for reasons of biological compatibility, KTP, etc.), the main possibility of controlling optical parameters, i.e. an aesthetic (cosmetic) effect is the control of the number and size of crystals, which can be done both by selecting the starting components and by known means of manufacturing ceramics.

Понятно, что должен существовать определенный интервал допустимого количества кристалликов в слое: при малом их количестве дентин будет иметь оптические параметры стекла, т.е. прозрачен, что допустимо для резцового слоя, но не дентина. При очень же большом количестве кристалликов в слое дентина, он будет непрозрачен, как непрозрачны грунт или многие типы керамик, т.е. опять-таки будет потерян эстетический эффект, свойственный естественным зубам. It is clear that there must be a certain interval of the permissible number of crystals in the layer: for a small number of them, dentin will have optical parameters of glass, i.e. transparent, which is acceptable for the incisor layer, but not dentin. With a very large number of crystals in the dentin layer, it will be opaque, like soil or many types of ceramics are opaque, i.e. again, the aesthetic effect characteristic of natural teeth will be lost.

Проведенными исследованиями установлено, что верхним пределом содержания кристаллофазы в дентине является 25 мас. нижним 17 мас. т.е. соотношение между кристаллическими и аморфной (стекловидной) фазами может колебаться в пределах от 1: 3 до 1:5. Что же касается грунтового слоя, предназначенного главным образом для скрепления дентинового слоя с металлом подложки (при использовании неблагородных металлов, например, сплавов на основе кобальта и хрома, необходим еще один слой из окислов этих металлов), то с эстетической точки зрения грунт должен нести еще одну функцию исключать просвечиваемость металла через этот слой, сохранив его минимальную толщину. Количество кристаллов в грунте для этого должно быть заведомо большим, чем в дентиновом слое. Однако, нельзя допустить и слишком высокую долю кристаллов в грунте, ибо тогда значительно изменится его коэффициент термического расширения и ухудшится адгезия грунтового слоя к металлу. Проведенными исследованиями показано, что приемлемый для практики диапазон содержания кристаллофазы в грунте составляет от минимального 48-50 мас. до максимального 60 мас. т.е. соотношение между кристаллическими и аморфной (стекловидной) фазами должно лежать в пределах от 1:1 до 1,5:1. Примеры структуры дентинового и грунтового слоев, удовлетворяющих вышеназванным соотношениям, показаны на микрофотографиях фиг. 4, 5 соответственно. Согласно проведенным оценкам, количество кристаллических фаз в них составляет 18% в дентиновом и 53% в грунтовом слоях. Studies have established that the upper limit of the crystallophase content in dentin is 25 wt. lower 17 wt. those. the ratio between crystalline and amorphous (glassy) phases can range from 1: 3 to 1: 5. As for the soil layer, intended mainly for bonding the dentin layer to the substrate metal (when using base metals, for example, alloys based on cobalt and chromium, another layer of oxides of these metals is necessary), then from an aesthetic point of view, the soil should also bear one function to exclude the translucency of the metal through this layer, while maintaining its minimum thickness. The number of crystals in the soil for this should be obviously larger than in the dentin layer. However, one cannot allow too high a fraction of crystals in the soil, because then its thermal expansion coefficient will significantly change and the adhesion of the soil layer to the metal will deteriorate. Studies have shown that a range of crystallophase content in soil that is acceptable for practice is from a minimum of 48-50 wt. up to a maximum of 60 wt. those. the ratio between crystalline and amorphous (glassy) phases should be in the range from 1: 1 to 1.5: 1. Examples of the structure of the dentin and soil layers satisfying the above ratios are shown in microphotographs of FIG. 4, 5, respectively. According to estimates, the number of crystalline phases in them is 18% in the dentin and 53% in the soil layer.

Спеченные на металле керамические покрытия выдерживают многократные нагревы и охлаждения в интервале температуре 20-(900-950)-20^оС, которым обычно подвергаются металлокерамические протезы при нанесении на них всех керамических слоев: грунта, дентина, резцового слоя и глазури. После 5-кратного термоциклирования в диапазоне 20-930-20^оС керамические покрытия не теряют своей целостности, а изменения коэффициента термического расширения не превышают 5·10^-7 1/^оС. Предложенные протезы обладают высокой технологичностью, достаточно легко воспроизводимы, а по некоторым параметрам (напр. пиропластичность) керамических масс они превосходят требования международного стандарта.Ceramic-sintered metal coatings withstand repeated heating and cooling in the temperature range of 20- (900-950) -20 ^о С, which are usually subjected to cermet prostheses when all ceramic layers: soil, dentin, incisor layer and glaze are applied to them. After 5-fold thermal cycling in the range of 20-930-20 ^о С, ceramic coatings do not lose their integrity, and the thermal expansion coefficient changes do not exceed 5 · 10 ^-7 1 / ^о С. The proposed prostheses are highly adaptable, easily reproducible, and Some parameters (e.g. pyroplasticity) of ceramic masses exceed the requirements of the international standard.

Claims

METAL-CERAMIC DENTAL PROSTHESIS, consisting of a metal crown and at least two layers of oxide ceramics of the translucent main dentin and placed between them and the soil crown, characterized in that the ratio between crystalline and amorphous phases is: in the dentine layer from 1 5 to 1 3 wt. and in the soil layer from 1 1 to 1.5 1 wt.