專利名稱：鈀鈷基合金及包括其的牙科制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種新穎的鈀鈷基合金。在制造鑄金屬牙科制品或者修復(fù)體時，可 以使用該合金，并且該合金尤其可以用于合金烤瓷(金屬烤瓷(PFM))修復(fù)體。
背景技術(shù)：
在下面所作的討論中，將涉及特定結(jié)構(gòu)和/或者方法。然而，不應(yīng)當(dāng)將下面的描述 理解為承認(rèn)這些結(jié)構(gòu)和/或者方法構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。顯然，申請人有權(quán)說明這些結(jié)構(gòu)和/或 者方法不足以稱為現(xiàn)有技術(shù)。從二十世紀(jì)五十年代后期開始，牙冠、牙橋等等是由包括鑄金屬基底的復(fù)合物制 成的，其中以在金屬與烤瓷之間存在結(jié)合力的方式制造烤瓷貼面，以使該復(fù)合物比單獨(dú)組 成部分強(qiáng)固。當(dāng)形成這種復(fù)合物時，有幾個方面的問題要解決。美觀是要考慮的一個方面。使用這種復(fù)合物的主要原因是要再現(xiàn)天然牙的正常自 然色彩。健康天然牙的釉質(zhì)層的半透明性相當(dāng)好，因此，要使烤瓷同等半透明。釉質(zhì)的半透 明性使得可以看到健康牙本質(zhì)的顏色。正常情況下，牙本質(zhì)的顏色具有微黃色調(diào)。對于可 以有效用作復(fù)合物的烤瓷/合金組合物，該合金上必須存在氧化層，從而與烤瓷形成結(jié)合 力。盡管高金合金使烤瓷具有適當(dāng)微黃背景完全是為了美觀，但是該合金元素可能形成深 灰色，從而使氧化色層(colored oxide layer)變暗，這可能遮擋該下層微黃背景色。此外， 合金元素量越多，所形成的氧化色層就越降低或者削弱該合金的下層金色。機(jī)械性能是要考慮的另一個方面。美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會/美國牙科協(xié)會 (“ANSI” / “ADA”)技術(shù)規(guī)范#38和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(“ISO”)標(biāo)準(zhǔn)IS09693要求該合金 有至少250兆帕斯卡(“MPa”)的屈服強(qiáng)度。為了在金基合金中達(dá)到這種強(qiáng)度，必須添加大 量合金元素，結(jié)果是顏色更接近灰色的合金。人們認(rèn)為，因?yàn)楹辖鹬С锌敬?，所以需要提?非常大的強(qiáng)度，該合金支承烤瓷的強(qiáng)度低，特別是拉力小，并且延度為0。該金屬的任何稍 許變形都可能導(dǎo)致烤瓷層破裂。根據(jù)對開發(fā)該標(biāo)準(zhǔn)時成功使用的合金進(jìn)行測試，可以設(shè)置 上面提到的標(biāo)準(zhǔn)中的最小值。后來，該最小值要求受到質(zhì)疑，因?yàn)槌晒κ褂昧说陀谠撟钚≈?的合金。此外，已經(jīng)證明，對單個牙冠的最小值要求應(yīng)當(dāng)?shù)陀趯τ扇齻€或者更多個單位牙橋 (unit bridge)構(gòu)成的牙冠的最小值要求。德國基爾大學(xué)(University ofKiel)的未發(fā)表作品指出，30公斤至35公斤的力使 患者感覺疼痛，而在一種情況下，75公斤的力導(dǎo)致牙齒斷裂。物理性能是要考慮的另一個方面。盡管上面提到的標(biāo)準(zhǔn)沒有要求最小或者最大熱 膨脹系數(shù)(“CTE”)，但是這些標(biāo)準(zhǔn)要求對烤瓷和合金規(guī)定CTE值。這是因?yàn)?，普遍原理?烤瓷和金屬的該系數(shù)應(yīng)當(dāng)“匹配”，以確保這二者相容。該原理沒有考慮，在冷卻期間，而非
3在加熱期間，二者之間產(chǎn)生應(yīng)力，并且烤瓷和金屬的冷卻速度顯著不同。顯而易見，合金的固線必須充分高于烤瓷的燒成溫度，以使該合金甚至在燒成該 烤瓷期間也不發(fā)生部分熔化?；瘜W(xué)性質(zhì)是要考慮的另一個方面。烤瓷不直接與金屬發(fā)生結(jié)合，相反，在烤瓷與金 屬氧化層之間發(fā)生結(jié)合。常規(guī)PFM過程是將鑄合金加熱到適當(dāng)溫度，以在該合金的表面上 產(chǎn)生金屬氧化層。如果這種氧化物不與該合金結(jié)合，則利用與該烤瓷的粘附力，它可以被輕 而易舉地去除。這種結(jié)合力中的某個結(jié)合力僅是機(jī)械力，但是主要結(jié)合還是因?yàn)榻饘傺趸?物與烤瓷互溶作用產(chǎn)生的，反之亦然。如果該氧化物與該烤瓷不相容，則不結(jié)合，和/或者 反之亦然。當(dāng)燒制烤瓷時，小顆粒和較大顆粒表面被熔融(熔化)，并且該液體烤瓷和金屬 氧化物層因?yàn)橐后w或者固體的擴(kuò)散而產(chǎn)生熔解作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了組成物、材料和技術(shù)，該組成物、材料和技術(shù)可以選擇性地解決與傳 統(tǒng)技術(shù)相關(guān)的一個或者多個上述缺陷。本發(fā)明的一個方面提供了一種合金，利用正常熔化工藝、澆鑄成棒以及軋制成要 求的厚度，或者利用1998年9月1日公布的、授予hgersoll等人的、名稱為!Process Of Making Metal Castings的第5，799，386號美國專利披露的原子化和壓縮方法，可以制造該 合金，在此引用該美國專利的全部內(nèi)容供參考。本發(fā)明的另一個方面提供了一種合金，該合金的固線(solidus)足夠高，以致在 正?？敬蔁善陂g，不發(fā)生熔融。本發(fā)明的另一個方面提供了一種合金，該合金的CTE在已被證明與烤瓷相容的范 圍內(nèi)。本發(fā)明的另一個方面是提供一種合金，利用正常牙科程序可以輕而易舉地澆鑄該 合金，并且利用正常牙科實(shí)驗(yàn)室程序，可以重新澆鑄該合金。本發(fā)明的另一個方面提供一種澆鑄合金單元，該澆鑄合金單元可以被研磨、拋光 到非常光澤。本發(fā)明的另一個方面提供了一種合金，該合金的輕微氧化色不影響烤瓷層的表觀 顏色，并且在燒成該烤瓷期間，該氧化物不增多。本發(fā)明的另一個方面提供了一種合金，當(dāng)被加熱到烤瓷燒成溫度時，形成與該烤 瓷結(jié)合的連續(xù)堅(jiān)韌薄氧化物。本發(fā)明的另一個方面提供了一種合金，該合金的強(qiáng)度可以承受的負(fù)荷超過使患者 感覺疼痛的負(fù)荷。根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例形成的合金是鈀鈷二元合金，其中鈀約為20至約90重量 百分比，而鈷為約10至約80重量百分比。該熱膨脹系數(shù)(CTE)為約14.0至約15.3?？?以對該鈀/鈷基合金添加從約0重量百分比到約20重量百分比的如下金屬鋁、硼、鉻、鎵、 鋰、錸、釕、硅、鉭、鈦、鎢或者它們的組合。本發(fā)明的另一個方面是提供一種合金，該合金包括約27至約30重量百分比的Pd、 約55至約58重量百分比的Co、約8至約11重量百分比的Cr、約2. 5至約4重量百分比的 W、約1至約2. 5重量百分比的Ga、以及小于約1重量百分比的Al、Si、B、Li或者它們的組口 O本發(fā)明的另一個方面是提供一種牙科制品或者修復(fù)體，該牙科制品或者修復(fù)體包 括被熔融為牙科合金的牙科烤瓷組成物，該合金包括約20至約90重量百分比的Pd、約10 至約80重量百分比的Co以及約0至約20重量百分比的鋁、硼、鉻、鎵、鋰、錸、釕、硅、鉭、鈦、 鎢或者它們的組合。根據(jù)又一個方面，本發(fā)明提供了一種包括基組成的合金，該基組成包括鈀和鈷，用 比例表示的鈀和鈷的數(shù)量為約10 80至約80 10，該合金進(jìn)一步包括從金、鉬、鉻、鉬、 鎢、鐵、鋁、硅、錳、鎵、鉭、鈦、釕、錸以及它們的組合中選擇的、約0至30重量百分比的添加 劑，其中在25至500°C，該合金的熱膨脹系數(shù)為約14.0至約15.5。根據(jù)附加方面，本發(fā)明提供了上述一種或者多種與陶瓷或者玻璃陶瓷材料組合的 合金，該陶瓷或者玻璃陶瓷材料可以選擇包括烤瓷。根據(jù)又一個方面，可以選擇性地利用氧化層使(各)合金與陶瓷或者玻璃陶瓷材 料結(jié)合在一起。根據(jù)又一個方面，例如諸如牙冠或者牙橋的修復(fù)體的牙科制品可以包括本 發(fā)明的合金和/或者組合物。經(jīng)過仔細(xì)研究下面的詳細(xì)描述和所附實(shí)施例，本發(fā)明的這些以及其他方面顯而易 見，在此列舉的實(shí)施例用于說明本發(fā)明，而決不限制本發(fā)明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個方面形成的牙科制品的原理圖。圖2是圖1所示制品的一部分的放大剖視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的(各種)合金呈現(xiàn)的幾種性能使得它適于金屬烤瓷(PFM)應(yīng)用。有了使 烤瓷與氧化鑄合金基底結(jié)合的氧化物涂層，該合金的顏色是灰色的。該合金具有鑄修補(bǔ)體 (cast prosthesis)和支承烤瓷的機(jī)械性能，并且可以輕而易舉地被拋光到光亮光澤。該合 金基于鈀鈷二元系的一部分，其中為了獲得介于約14. 0至15. 3之間的熱膨脹系數(shù)(CTE)， 鈀為約20至約90重量百分比(wt%)，而鈷為約10至80wt%。為了改善其物理性能、化學(xué) 性質(zhì)、機(jī)械性能和操縱性能，可以將至多約20wt%的如下金屬添加到Pd/Co基合金中鋁、 硼、鉻、鎵、鋰、錸、釕、硅、鉭、鈦、鎢或者它們的組合。本發(fā)明的合金可以具有足夠高的固線， 以致在燒制正?？敬善陂g不發(fā)生熔化，并且其系數(shù)(CTE)在呈現(xiàn)與烤瓷相容的范圍內(nèi)。正常牙科程序(dental procedures)可以輕而易舉地澆鑄本發(fā)明的合金，并且利 用正常牙科實(shí)驗(yàn)室程序(normal dental laboratory procedures)，可以重新澆鑄它。鑄合 金單元可以被研磨和拋光到非常光亮。該合金具有輕微氧化色，它不影響烤瓷層的表觀顏 色，并且在燒成該烤瓷期間，該氧化物不增多。當(dāng)被加熱到烤瓷燒成溫度時，形成連續(xù)堅(jiān)韌 薄氧化物，它與烤瓷產(chǎn)生結(jié)合力。該合金的強(qiáng)度可以承受的負(fù)荷超過使患者感覺疼痛的負(fù) 荷。 盡管采用了鈀鈷基，但是本發(fā)明的合金仍可以滿足美學(xué)要求。即，該合金系再現(xiàn)天 然牙的正常自然色彩。健康天然牙的釉質(zhì)層為較半透明的，而烤瓷可被制造成具有類似的 半透明。釉質(zhì)的半透明性使得可以看到健康牙本質(zhì)的顏色。正常情況下，牙本質(zhì)的顏色具
5有微黃色調(diào)。對于烤瓷合金組合物，必須存在氧化層，從而與烤瓷形成結(jié)合力。盡管高金合 金可以使烤瓷具有微黃背景，但是諸如鎳、鈷、鈀等的成本高得難以承受的其他金屬和合金 產(chǎn)生灰色背景。對于適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合，合金元素在鑄金屬表面上形成氧化物。這種深灰色到黑 色的氧化色層可能影響烤瓷貼層的表觀顏色。本發(fā)明的合金系可以包括從包括但并不局限 于包括鋁、硼、鉻和/或者硅的組中選擇的、為了調(diào)節(jié)氧化層的數(shù)量和顏色而添加的元素。該合金的機(jī)械性能符合ANSI/ADA技術(shù)規(guī)范#38和ISO標(biāo)準(zhǔn)IS09693，它們要求該 合金有至少約250MPa的屈服強(qiáng)度。為了達(dá)到這種強(qiáng)度，可以在合金配方中添加從包括但并 不局限于包括鉻、硅、鉭、鈦和/或者鎢的組中選擇的有效數(shù)量的合金元素。盡管上面提到的標(biāo)準(zhǔn)沒有要求熱膨脹系數(shù)(CTE)的最小值或者最大值，但是可以 調(diào)節(jié)包括烤瓷和合金的CTE值的物理性能。本發(fā)明的合金可以包括為了調(diào)節(jié)晶粒大小而添 加從包括但并不局限于包括鉻、鎵、鉭、鈦、鎢、錸和/或者釕的組中選擇的元素。為了在熔化和澆鑄期間調(diào)節(jié)氧化可以添加的元素包括但并不局限于包括鋁、硼、 鋰、硅。此外，可以考慮熱傳導(dǎo)率。當(dāng)從烤瓷鑄成溫度冷卻時，烤瓷和合金都發(fā)生收縮，并且 冷卻較快的合金收縮也較快，因此，張力施加到烤瓷至金屬結(jié)合力上。如果這種收縮差異非 常大，則當(dāng)該復(fù)合物達(dá)到室溫時，該烤瓷不再與合金結(jié)合。顯而易見，合金的固線必須充分 高于烤瓷的鑄成溫度，以使該合金甚至在燒成期間也不發(fā)生部分熔化。關(guān)于烤瓷與本發(fā)明的合金的結(jié)合，在烤瓷與金屬之間不發(fā)生結(jié)合，而在烤瓷與當(dāng) 該合金在鑄成該烤瓷之前和在鑄成該烤瓷期間被加熱時形成的金屬氧化層之間發(fā)生結(jié)合。 如果該氧化物不粘附在該合金上，則利用該烤瓷就可以輕而易舉地去除它。這種結(jié)合力中 的某個結(jié)合力僅是機(jī)械力，但是主要結(jié)合還是因?yàn)榻饘傺趸锱c烤瓷互溶作用產(chǎn)生的，反 之亦然。如果該氧化物不可溶于該烤瓷中，則不發(fā)生結(jié)合，和/或者反之亦然。圖1-2示出本發(fā)明特定方面的說明性實(shí)施例。在此，示出了包括根據(jù)本發(fā)明形成 的合金的復(fù)合物。具體地說，示出了諸如修復(fù)體的牙科制品10形式的復(fù)合物。如圖所示， 牙科制品10可以包括合金12，如上所述，根據(jù)本發(fā)明原理形成該合金12，并且該合金12和 與其結(jié)合的諸如烤瓷層14的第二材料組合在一起。如圖2最佳示出，合金12通過氧化層 16與第二材料或者烤瓷14結(jié)合，如在此所述。當(dāng)然，本發(fā)明并不局限于所示的實(shí)施例，并且 可以設(shè)想大量替換復(fù)合物和/或者牙科制品。下面的實(shí)施例用于說明問題。我們明白，該詳細(xì)描述僅為了說明問題，并且在不脫 離下面的權(quán)利要求書限定的本發(fā)明實(shí)質(zhì)范圍的情況下，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可以進(jìn)行 各種變型。實(shí)施例1至7 (熱膨脹系數(shù)(CTE))為了與當(dāng)代使用的烤瓷一起成功使用本發(fā)明的合金，CTE應(yīng)當(dāng)在約14. 0至約15. 3 的范圍內(nèi)。當(dāng)兩種金屬包括合金的基金屬時，預(yù)期這種合金的CTE在這兩種金屬的CTE之 間。已經(jīng)確定，這不一定必然適用于鈀鈷合金。鑒于鈀(Pd)的CTE為12. 5，而鈷(Co)的 CTE為11. 75，所以包括鈀/鈷(Pd/Co)合金的本發(fā)明合金具有較大的值，如下面的例子中 所述，其中所列的數(shù)量均以重量百分比為單位表 權(quán)利要求
1.一種合金，其包括包含約20重量％至約90重量％的鈀和約10重量％至80重量％的 鈷的基本組合物，該合金進(jìn)一步包括約0重量％至約20重量％的鋁、硼、鉻、鎵、鋰、錸、釕、 硅、鉭、鈦、鎢或它們的組合；其中，鉭存在于所述合金中，并且其中在25°C至500°C，所述合 金的熱膨脹系數(shù)為約14. 0至約15. 2。
2.如權(quán)利要求1所述的合金，其中鎢存在于所述合金中。
3.如權(quán)利要求1或2所述的合金，其中鉻存在于所述合金中。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的合金，其中硼存在于所述合金中。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的合金，其包括包含約30重量％至約43重量％的鈀 和約57重量％至約70重量％的鈷的基本組合物，該合金進(jìn)一步包括約0重量％至約10重 量％的添加劑；其中在25°C至500°C，所述合金的熱膨脹系數(shù)為約14. 0至約14. 7。
6.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的合金，其包括包含約33重量％至約47重量％的鈀 和約53重量％至約67重量％的鈷的基本組合物，該合金進(jìn)一步包括約2重量％至約20重 量％的鉻和約0重量％至約10重量％的添加劑；其中在25°C至500°C，所述合金的熱膨脹 系數(shù)為約14. 4至約14.6。
7.一種合金，其包括包含鈀和鈷的基本組合物，用比例表示的鈀和鈷的數(shù)量為約 10 80至約80 10，該合金進(jìn)一步包括從金、鉬、鉻、鉬、鎢、鐵、鋁、硅、錳、鎵、鉭、鈦、釕、 錸以及它們的組合中選擇的、約O重量％至約30重量％的添加劑，其中鉭存在于所述合金 中，并且其中在25°C至500°C，所述合金的熱膨脹系數(shù)為約14. 0至約15. 5。
8.如權(quán)利要求7所述的合金，其中鎢存在于所述合金中。
9.如權(quán)利要求7或8所述的合金，其中鉻存在于所述合金中。
10.如權(quán)利要求7-9中任一項(xiàng)所述的合金，其中硼存在于所述合金中。
11.如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的合金，其中所述合金的最低固相線溫度為約 1025 。
12.權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的合金用于制造牙科制品的用途，其中所述合金與陶 瓷或玻璃-陶瓷材料結(jié)合在一起。
13.如權(quán)利要求12所述的用途，其中所述陶瓷或玻璃-陶瓷材料包括烤瓷。
14.一種牙科制品，所述牙科制品包含結(jié)合至陶瓷或玻璃-陶瓷材料的權(quán)利要求1-11 中任一項(xiàng)所述的合金的組合。
15.如權(quán)利要求14所述的牙科制品，所述牙科制品包括牙冠或者牙橋。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種合金，其包括包含約20重量％至約90重量％的鈀和約10重量％至80重量％的鈷的基本組合物，該合金進(jìn)一步包括約0重量％至約20重量％的鋁、硼、鉻、鎵、鋰、錸、釕、硅、鉭、鈦、鎢或它們的組合；其中，鉭存在于所述合金中，并且其中在25℃至500℃，所述合金的熱膨脹系數(shù)為約14.0至約15.2。
文檔編號A61C13/00GK102061404SQ201010552579
公開日2011年5月18日 申請日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月15日
發(fā)明者喬治·泰壽士奇, 克萊德·英格索蘭, 卓迪布·達(dá)斯古普塔 申請人:依華公司