假體元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及制備包含玻璃陶瓷體的假體元件的方法。所述方法包括以下步驟：a)提供包含非晶態(tài)玻璃相并包括待制備的玻璃陶瓷體的組分的基體，和b)將能量轉(zhuǎn)移到基體以引發(fā)在限定區(qū)域中所述基體的材料的初始相轉(zhuǎn)換成至少一種晶體相。根據(jù)本發(fā)明，用具有至少500nm的波長的激光束通過激光照射所述區(qū)域?qū)⒛芰哭D(zhuǎn)移到基體的限定區(qū)域中。
【專利說明】假體元件
[0001]本發(fā)明涉及制備包括玻璃陶瓷體的假體元件(prosthetic element)的方法,涉及可通過該方法獲得的假體元件，以及所述假體元件用于牙科修復(fù)的用途。
[0002]玻璃陶瓷材料包含非晶(玻璃)相和嵌在非晶相中的一種或多種晶體(陶瓷)相。由于非晶相和晶體相的存在，玻璃陶瓷與玻璃和陶瓷共享許多性能。它們被用于各種不同的【技術(shù)領(lǐng)域】，例如，爐灶面(cooktop)、炊具和烤盤，作為磁盤的基材，如數(shù)字投影儀高性能反射器或假體元件。
[0003]在修復(fù)牙醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中對玻璃陶瓷特別感興趣，因為對假體元件有高的要求，其在功能性和外觀方面表現(xiàn)出與天然牙齒的那些相當?shù)膬?yōu)秀的特性。
[0004]現(xiàn)在越來越多地通過計算機輔助設(shè)計/計算機輔助制造(CAD / CAM)技術(shù)制造用于牙科修復(fù)(如冠、橋、基牙、高嵌體和鑲嵌體)的假體元件。所述制造方法包括兩個決定性階段:修復(fù)體的計算機輔助設(shè)計和其計算機輔助碾磨。在研磨階段，由牙科材料塊加工出修復(fù)體。
[0005]針對通過CAD / CAM方法制備假體元件，至關(guān)重要的是元件所基于的材料不僅具有吸引人的光學(xué)性能還具有高的強度和化學(xué)穩(wěn)定性。所述材料也應(yīng)當允許被以簡單的方式加工成期望的形狀，而不過度磨損工具。 [0006]例如，在DE-A-19750794中提出了制備成型的玻璃陶瓷牙科產(chǎn)品的方法，其包括加工相應(yīng)的坯的步驟。更具體地，DE-A-19750794涉及二硅酸鋰玻璃陶瓷，并且針對產(chǎn)品的高化學(xué)穩(wěn)定性、高半透明性和良好的機械性能。但是由于二硅酸鋰玻璃陶瓷晶體相賦予的高強度和韌性，已經(jīng)表明應(yīng)用該方法導(dǎo)致在整理過程中增加的工具磨損和所制備的修復(fù)體的邊緣強度不足，尤其是當其厚度下降在僅幾百微米的范圍內(nèi)時。
[0007]US-B-7452836涉及提供具有亞穩(wěn)態(tài)偏硅酸鋰(Li2S13)作為主要的晶體相的玻璃陶瓷的方法。該偏硅酸鋰玻璃陶瓷具有機械性能，使其容易被加工成甚至復(fù)雜的牙科修復(fù)體的形狀，而不過度磨損工具?？梢酝ㄟ^進一步熱處理將其轉(zhuǎn)換為具有非常好的機械性能和半透明性的二硅酸鋰玻璃陶瓷。
[0008]雖然US-B-7452836允許獲得具有對于前面(3_單元橋)的多個缺失牙的修復(fù)體是足夠的彎曲強度的材料，但其強度對于后面的橋或大型修復(fù)體仍是不足的。
[0009]根據(jù)US-B-7452836的方法的另一缺點在于晶體遍布整個體積生長而沒有任何空間秩序?qū)е峦|(zhì)材料構(gòu)成的事實。這與天然牙齒不同且具有關(guān)于牙科修復(fù)體的美學(xué)和機械性能的重要意義，如以下所示:
天然牙齒由被較少礦化、更有彈性和重要的硬組織牙本質(zhì)支撐的硬、惰性和無細胞牙釉質(zhì)構(gòu)成。因為其異常高的礦物含量，牙釉質(zhì)是不能在不斷裂的情況下承受咀嚼的力量的脆性組織，除非其具有更有彈性的牙本質(zhì)的支撐。
[0010]牙釉質(zhì)和牙本質(zhì)不僅在其機械和熱性能，即其抗壓強度、彈性模量和熱膨脹系數(shù)方面不同，而且其外表也不同。牙本質(zhì)是黃色的，而牙釉質(zhì)是半透明的并且顏色從淡黃色到灰白色變化。在天然牙齒中，牙釉質(zhì)的厚度在最大約2.5mm至其分數(shù)(fract1n)變化。該變化影響牙齒的外觀，因為通過較薄的牙釉質(zhì)區(qū)域可以看到下面的牙本質(zhì)，而對于較厚的其逐漸消失。
[0011]總之，天然牙齒由此具有不同于US-B-7452836的玻璃陶瓷中的不均勻的結(jié)構(gòu)并且由此關(guān)于美學(xué)外觀和機械穩(wěn)定性可以不被US-B-7452836中公開的材料完美地模仿。
[0012]針對模仿天然牙齒中的顏色梯度的材料，WO 2010/010082公開了包含第一組分和第二個組分的形式穩(wěn)定的材料，所述第二組分具有與第一組分不同的著色且被布置在第一組分中，使得所述組分之間的界面代表空間曲面。然而，作為長石陶瓷，根據(jù)WO2010/010082的材料對于指標，如多個前和后單位橋，并沒有表現(xiàn)適合的機械性能。
[0013]此外，在US-B-5939211中公開了由包括至少一個高耐磨性層、至少一個高彎曲強度層和至少一個較低硬度和強度層的坯制造結(jié)構(gòu)化假體的方法。在碾磨修復(fù)體過程中，以使得具有高強度的層構(gòu)成增強結(jié)構(gòu)的方式進行材料去除。
[0014]在根據(jù)US-B-5939211和WO 2010/010082的材料中，物理上不同的組分層的存在，
和由此不同組分之間的界面通常都對牙科修復(fù)體的整體穩(wěn)定性有負面影響。并且，根據(jù)這些公開的方法是相對費力的。
[0015]考慮到本【技術(shù)領(lǐng)域】現(xiàn)狀的缺陷，將非常期望提供制備包含玻璃陶瓷體的假體元件的方法，其允許以簡單且有效的方式將性能精確調(diào)整到實際需要。
[0016]特別是對于獲得具有高美學(xué)和優(yōu)越的機械性能的牙科修復(fù)體，制備包含玻璃陶瓷體的假體元件將是期望的，其不同的機械和光學(xué)性能可以被精確調(diào)整在同一體的不同區(qū)域，而沒有關(guān)于體內(nèi)區(qū)域 的位置的任何限制。
[0017]由此，本發(fā)明的目的為提供制備包含玻璃陶瓷體的假體元件的簡單而有效的方法，其性能可以以非常精確地方式調(diào)整。
[0018]具體地，該方法將允許晶體相的類型和比例被精確地調(diào)整在體內(nèi)的限定區(qū)域中，而不受該體的特定區(qū)域的局部限制，由此允許模仿天然對應(yīng)物一例如牙齒的結(jié)構(gòu)。
[0019]更具體地，該方法將允許制備包含不同晶體相的區(qū)域的假體元件。將進一步允許制備包含以漸進的方式從一個區(qū)域變化到另一個區(qū)域的不同晶體相區(qū)域的假體元件。
[0020]根據(jù)獨立權(quán)利要求的主題實現(xiàn)該目的。在從屬權(quán)利要求中給出了選擇的優(yōu)選實施方案。以下給出進一步的細節(jié)。
[0021]根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及制備包含玻璃陶瓷體的假體元件的方法，所述方法包括以下步驟:
a)提供包含非晶玻璃相并包含待制備的所述玻璃陶瓷體的組分的基體，和
b)將能量轉(zhuǎn)移到該基體。
[0022]通過轉(zhuǎn)移能量，引發(fā)在限定區(qū)域中所述基體的材料的初始相轉(zhuǎn)換成至少一種晶體相。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，用具有至少500nm的波長的激光束通過激光照射所述區(qū)域?qū)⒛芰哭D(zhuǎn)移到所述基體的限定區(qū)域。
[0024]由于使用激光束，本發(fā)明允許以集中的方式將能量轉(zhuǎn)移到基體。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過使用具有上面規(guī)定的波長的激光，可以有效地在激光照射區(qū)域中引發(fā)初始相轉(zhuǎn)換成至少一種晶體相。換句話說，可以在基體的限定區(qū)域中精確地引發(fā)相轉(zhuǎn)換而不影響其中轉(zhuǎn)換不應(yīng)發(fā)生的其他區(qū)域。最終，這允許實現(xiàn)包含具有模仿天然牙齒結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的玻璃陶瓷體的假體元件。[0025]術(shù)語“限定區(qū)域”被廣泛地解釋并且包括受各自實際邊界限制的任何區(qū)域，所述邊界分別將限定區(qū)域的材料與基體或玻璃陶瓷體的其余材料隔開。通常，術(shù)語“限定區(qū)域”可以被理解為三維區(qū)域，其體積分別小于基體或玻璃陶瓷體的體積。
[0026]由此，限定區(qū)域的材料至少部分被基體或玻璃陶瓷體的其余材料包圍，所述其余材料沒有根據(jù)本發(fā)明轉(zhuǎn)換或以不同于限定區(qū)域的方式轉(zhuǎn)換。
[0027]本方法包括其中初始相為非晶相的實施方案以及其中初始相為不同于將通過轉(zhuǎn)換獲得的晶體相的晶體相的實施方案。
[0028]根據(jù)一個優(yōu)選實施方案，初始相是非晶態(tài)的。更優(yōu)選地，基體是由至少約完全的非晶玻璃材料，即玻璃基質(zhì)中沒有嵌入任何微晶的玻璃材料，制成的。
[0029]如果轉(zhuǎn)換步驟涉及非晶相轉(zhuǎn)換成晶體相，則該方法通常包括結(jié)晶步驟之前的成核步驟。
[0030]不希望受理論限制，假定初始相轉(zhuǎn)換成至少一種晶體相是由吸收能量導(dǎo)致的在激光照射區(qū)域中加熱基體的結(jié)果。根據(jù)一個優(yōu)選實施方案，由此在所述區(qū)域中通過激光照射加熱基體。如果在激光照射過程中基體位于基材上，則假定部分激光傳遞并且全部被下面的基材反射。該反射光可導(dǎo)致材料的額外加熱，其進一步促進結(jié)晶。然而，也可以想象所述轉(zhuǎn)換至少部分是由激光束的光能量引發(fā)的，其導(dǎo)致激發(fā)基體的玻璃基質(zhì)中的原子和分子。
[0031]已經(jīng)發(fā)現(xiàn),可以通過使用具有至少600nm ,更優(yōu)選至少700nm,最優(yōu)選至少800nm的波長的激光束實現(xiàn)特別有效的結(jié)晶。
[0032]為了加快轉(zhuǎn)換過程，可以準直兩個或更多個激光束來增加基體吸收的有效能量。
[0033]也可以考慮通過疊加應(yīng)用兩個或更多個激光束進行激光照射。以該方式，能量可以被精確地捆綁在兩個或更多個激光束的交點中。
[0034]在這方面，要強調(diào)的是本發(fā)明的方法并不局限于所述體的局部表面區(qū)域，而是允許在遍及基體的特定區(qū)域中，且特別是在遠離表面的該體的內(nèi)部，選擇和控制形成晶體相。例如，這與針對在所述體的表面區(qū)域中形成梯度的US 2008/0213727不同。
[0035]如下面將討論的，該方法除了激光照射之外還可以包括預(yù)加熱基體。通常，由此在激光照射之前預(yù)加熱所述基體至第一溫度。由此，可以減少加熱時間和在玻璃基質(zhì)內(nèi)形成不期望的應(yīng)力的風險。
[0036]優(yōu)選地，上述第一溫度，即(預(yù)_)加熱溫度，位于約30(TC-約750°C，更優(yōu)選約4000C -約750°C，甚至更優(yōu)選約600°C -約750°C的范圍內(nèi)和最優(yōu)選為約660°C。
[0037]可以通過將其放到加熱的環(huán)境(如加熱爐)中來加熱所述基體?；蛘呋虼送猓梢詫⒒w放在加熱的支撐板上。
[0038]如果周圍空間中的溫度分布不均勻，則正如例如當將基體放在加熱的支撐板上時一樣，可以在基體中建立溫度梯度。隨著其中溫度梯度建立通過激光照射基體，可以在基體的內(nèi)部，更具體地，在其中實現(xiàn)了結(jié)晶所要求的溫度的區(qū)域中，獲得非常選擇性的結(jié)晶。
[0039]根據(jù)基體的組成，或多或少的激光能量可能被基體的材料吸收。為了保障吸收的激光能量足以引發(fā)結(jié)晶，基體和，因此，玻璃陶瓷體包含至少一種能夠增加激光能量的吸收的離子(以下稱為“吸收增加離子”)。例如，玻璃陶瓷體包含選自Nd3+、Fe2+、Fe3+、V2+、V3+、V4+、V5+、C02+、Cr4+、Cr6+和Mn2+及其混合的吸收增加離子。通過吸收增加離子的存在，增加了材料的激光能量吸收，甚至在激光照射時間相對短的情況下也允許相轉(zhuǎn)換。[0040]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，連續(xù)波(cw)激光器，更具體的連續(xù)波(cw)高功率二極管激光器，是特別適用于本發(fā)明的方法的，因為連續(xù)照射樣品能夠緩慢加熱，其促進晶體生成并幫助避免玻璃基質(zhì)內(nèi)的熱沖擊以及應(yīng)力。
[0041]具體地，使用連續(xù)波(cw)激光器允許溫和加熱基體內(nèi)的限定區(qū)域以及最終的局部松弛，由此允許避免可能導(dǎo)致應(yīng)變不兼容因而導(dǎo)致在體內(nèi)形成裂紋的局部熔融或升華。這與例如，脈沖激光，特別是具有低于500nm的波長的脈沖激光束是不同的，如將通過下面的對比實施例的方式所示。
[0042]已經(jīng)進一步發(fā)現(xiàn)，具有范圍為600 ff/cm2-700 ff/cm2的通量(fluence)的激光是特別適用于本發(fā)明的方法的。
[0043]也可以考慮其他激光器，如飛秒激光器、皮秒激光器、納秒激光器、CO2-激光器或Nd = YAG激光器。
[0044]如果在以CAD / CAM方法制造假體的背景下使用本發(fā)明的方法，則可以在加工材料塊之前或之后進行用于引發(fā)相轉(zhuǎn)換的激光照射。
[0045]正如前面提到的，本發(fā)明還涉及包含玻璃陶瓷體的假體元件的用于牙科修復(fù)的用途。
[0046]鑒于其用于牙科修復(fù)的用途，玻璃陶瓷體優(yōu)選包含二硅酸鋰相和鋁硅酸鋰相作為兩種主要的晶體相,如下所示。
[0047]可以通過使用包含基于組合物的總重量的65-72wt_%的S12,至少8wt_%的Li2O和至少8wt-%的Al2O3的組合物獲得該玻璃陶瓷體。
[0048]各自玻璃組合物已經(jīng)顯示允許通過本發(fā)明的方法形成各種各樣不同的晶體相。
[0049]根據(jù)特別優(yōu)選的實施方案，所述組合物包含至少10.lwt-%的Li20。進一步優(yōu)選其包含至少10.lwt-%的Al2O3O
[0050]優(yōu)選地,所述組合物包含至多15wt_%的Li2O和/或至多15wt_%的A1203。
[0051]根據(jù)一個特別優(yōu)選的實施方案，Li2OiAl2O3的比例為至少1:1，優(yōu)選約3:2。
[0052]通常，所述組合物進一步包含0_2wt_%的K2O, l-4wt-%的Na2O和0-1.5wt_%的CeO20
[0053]根據(jù)待獲得的最終玻璃陶瓷體，在所述玻璃組合物中可以使用不同的結(jié)晶劑。通常，所述組合物包含基于組合物的總重量ο-l.5wt-%的Ca0、0-1.0wt-%的Mg0、0_l.5wt_%的 B203、l_5wt_% 的 P205、0_3wt-% 的 CaF2、0_2.0wt-% 的 AlF3,0-1.0wt-% 的 Ag、0_5wt_% 的ZrO2和0-4wt-%的Ti02。缺乏Z12和T12的玻璃組合物特別優(yōu)選用來實現(xiàn)相對高含量的二硅酸鋰晶體相。
[0054]在表1中給出了基體的玻璃組合物的示例性實施方案:
【權(quán)利要求】
1.制備包含玻璃陶瓷體的假體元件的方法，所述方法包括以下步驟: a)提供包含非晶態(tài)玻璃相和包含所述待制備的玻璃陶瓷體的組分的基體，和 b)將能量轉(zhuǎn)移到所述基體以引發(fā)所述基體的材料的初始相在限定區(qū)域中轉(zhuǎn)換成至少一種晶體相， 其中用具有至少500nm的波長的激光束，通過激光照射所述區(qū)域使能量轉(zhuǎn)移到所述基體的限定區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述激光束具有至少600nm,更優(yōu)選至少700nm,最優(yōu)選至少800nm的波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中通過激光照射在所述區(qū)域中加熱所述基體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其中使用至少一種連續(xù)波激光器，特別地至少一種連續(xù)波高功率二極管激光器進行激光照射。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其中通過疊加應(yīng)用兩個或更多個激光束進行所述激光照射。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法，其中所述初始相是非晶態(tài)的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的方法，其中所述基體由非晶態(tài)玻璃材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的方法，其中此外加熱所述基體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中在激光照射之前將所述基體加熱至第一溫度，所述第一溫度優(yōu)選位于約30(TC -約750°C，更優(yōu)選約40(TC -約750°C，甚至更優(yōu)選約6000C -約750°C的范圍內(nèi)和最優(yōu)選為約660°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的方法，其中所述玻璃陶瓷體包含基于所述組合物的總重量65-72wt-%的S12,至少8wt-%的Li2O和至少8wt_%的A1203。
11.根據(jù)權(quán)利要求ι-?ο中任一項所述的方法，其中所述玻璃陶瓷體包含至少一種吸收增強離子，優(yōu)選選自 Nd3+、Fe2+、Fe3+、V2+、V3+、V4+、V5+、Co2+、Cr4+、Cr6+ 和 Mn2+ 及其混合。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項所述的方法，其中對所述基體的第一區(qū)域進行第一轉(zhuǎn)換步驟以在所述第一區(qū)域中引發(fā)晶體相A的形成和對不同于所述第一區(qū)域的所述基體的第二區(qū)域進行第二轉(zhuǎn)換步驟以在所述第二區(qū)域中引發(fā)晶體相B的形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述晶體相A不同于所述晶體相B。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中所述晶體相A的比例在所述第一區(qū)域中高于在所述第二區(qū)域中而所述晶體相B的比例在所述第二區(qū)域中高于在所述第一區(qū)域中。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述至少一種晶體相包含至少一種選自偏硅酸鋰(Li2Si03)、二硅酸鋰(Li2Si2O5X鋁硅酸鋰(LiAlSi206、LiAlS14' LiAlSi3O8'LiAlSi4O10)和 Li3PO4 的組分。
16.根據(jù)權(quán)利要求12-15中任一項所述的方法，其中所述晶體相A包含二硅酸鋰作為主要晶體相而所述晶體相B包含鋁硅酸鋰作為主要晶體相。
17.根據(jù)權(quán)利要求12-16中任一項所述的方法，其中所述第一區(qū)域中的所述晶體相A的比例以漸進的方式變成所述第二區(qū)域中的所述晶體相B。
18.根據(jù)權(quán)利要求12-17中任一項所述的方法，所述假體元件為包含玻璃陶瓷體的牙科假體元件，該玻璃陶瓷體具有與天然牙齒的各個區(qū)域相對應(yīng)的牙釉質(zhì)區(qū)域和牙本質(zhì)區(qū)域，其中在所述牙釉質(zhì)區(qū)域中形成包含所述晶體相A的所述第一區(qū)域和在所述牙本質(zhì)區(qū)域中形成包含所述晶體相B的所述第二區(qū)域。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其包括以下進一步步驟:通過激光照射熔融所述基體或所述玻璃陶瓷體的最外表面，隨后凝固所述熔融的材料，由此提供所述假體元件的光澤。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其包括以下步驟:將所述基體或所述玻璃陶瓷體切割成最終假體元件的期望的形狀，通過激光照射進行所述切割。
21.可通過前述權(quán)利要求中任一項所述的方法獲得的假體元件。
22.根據(jù)權(quán)利要求2 1將假體元件用于牙科修復(fù)的用途。
【文檔編號】C03C10/12GK104039729SQ201380005424
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月20日
【發(fā)明者】A.科恩加, C.阿佩特, I.德茲亞多維伊 申請人:斯特勞曼控股公司