假体元件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及制备包含玻璃陶瓷体的假体元件的方法。所述方法包括以下步骤：a)提供包含非晶态玻璃相并包括待制备的玻璃陶瓷体的组分的基体，和b)将能量转移到基体以引发在限定区域中所述基体的材料的初始相转换成至少一种晶体相。根据本发明，用具有至少500nm的波长的激光束通过激光照射所述区域将能量转移到基体的限定区域中。
【专利说明】假体元件
[0001]本发明涉及制备包括玻璃陶瓷体的假体元件(prosthetic element)的方法,涉及可通过该方法获得的假体元件，以及所述假体元件用于牙科修复的用途。
[0002]玻璃陶瓷材料包含非晶(玻璃)相和嵌在非晶相中的一种或多种晶体(陶瓷)相。由于非晶相和晶体相的存在，玻璃陶瓷与玻璃和陶瓷共享许多性能。它们被用于各种不同的【技术领域】，例如，炉灶面(cooktop)、炊具和烤盘，作为磁盘的基材，如数字投影仪高性能反射器或假体元件。
[0003]在修复牙医学领域中对玻璃陶瓷特别感兴趣，因为对假体元件有高的要求，其在功能性和外观方面表现出与天然牙齿的那些相当的优秀的特性。
[0004]现在越来越多地通过计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD / CAM)技术制造用于牙科修复(如冠、桥、基牙、高嵌体和镶嵌体)的假体元件。所述制造方法包括两个决定性阶段:修复体的计算机辅助设计和其计算机辅助碾磨。在研磨阶段，由牙科材料块加工出修复体。
[0005]针对通过CAD / CAM方法制备假体元件，至关重要的是元件所基于的材料不仅具有吸引人的光学性能还具有高的强度和化学稳定性。所述材料也应当允许被以简单的方式加工成期望的形状，而不过度磨损工具。 [0006]例如，在DE-A-19750794中提出了制备成型的玻璃陶瓷牙科产品的方法，其包括加工相应的坯的步骤。更具体地，DE-A-19750794涉及二硅酸锂玻璃陶瓷，并且针对产品的高化学稳定性、高半透明性和良好的机械性能。但是由于二硅酸锂玻璃陶瓷晶体相赋予的高强度和韧性，已经表明应用该方法导致在整理过程中增加的工具磨损和所制备的修复体的边缘强度不足，尤其是当其厚度下降在仅几百微米的范围内时。
[0007]US-B-7452836涉及提供具有亚稳态偏硅酸锂(Li2S13)作为主要的晶体相的玻璃陶瓷的方法。该偏硅酸锂玻璃陶瓷具有机械性能，使其容易被加工成甚至复杂的牙科修复体的形状，而不过度磨损工具。可以通过进一步热处理将其转换为具有非常好的机械性能和半透明性的二硅酸锂玻璃陶瓷。
[0008]虽然US-B-7452836允许获得具有对于前面(3_单元桥)的多个缺失牙的修复体是足够的弯曲强度的材料，但其强度对于后面的桥或大型修复体仍是不足的。
[0009]根据US-B-7452836的方法的另一缺点在于晶体遍布整个体积生长而没有任何空间秩序导致同质材料构成的事实。这与天然牙齿不同且具有关于牙科修复体的美学和机械性能的重要意义，如以下所示:
天然牙齿由被较少矿化、更有弹性和重要的硬组织牙本质支撑的硬、惰性和无细胞牙釉质构成。因为其异常高的矿物含量，牙釉质是不能在不断裂的情况下承受咀嚼的力量的脆性组织，除非其具有更有弹性的牙本质的支撑。
[0010]牙釉质和牙本质不仅在其机械和热性能，即其抗压强度、弹性模量和热膨胀系数方面不同，而且其外表也不同。牙本质是黄色的，而牙釉质是半透明的并且颜色从淡黄色到灰白色变化。在天然牙齿中，牙釉质的厚度在最大约2.5mm至其分数(fract1n)变化。该变化影响牙齿的外观，因为通过较薄的牙釉质区域可以看到下面的牙本质，而对于较厚的其逐渐消失。
[0011]总之，天然牙齿由此具有不同于US-B-7452836的玻璃陶瓷中的不均匀的结构并且由此关于美学外观和机械稳定性可以不被US-B-7452836中公开的材料完美地模仿。
[0012]针对模仿天然牙齿中的颜色梯度的材料，WO 2010/010082公开了包含第一组分和第二个组分的形式稳定的材料，所述第二组分具有与第一组分不同的着色且被布置在第一组分中，使得所述组分之间的界面代表空间曲面。然而，作为长石陶瓷，根据WO2010/010082的材料对于指标，如多个前和后单位桥，并没有表现适合的机械性能。
[0013]此外，在US-B-5939211中公开了由包括至少一个高耐磨性层、至少一个高弯曲强度层和至少一个较低硬度和强度层的坯制造结构化假体的方法。在碾磨修复体过程中，以使得具有高强度的层构成增强结构的方式进行材料去除。
[0014]在根据US-B-5939211和WO 2010/010082的材料中，物理上不同的组分层的存在，
和由此不同组分之间的界面通常都对牙科修复体的整体稳定性有负面影响。并且，根据这些公开的方法是相对费力的。
[0015]考虑到本【技术领域】现状的缺陷，将非常期望提供制备包含玻璃陶瓷体的假体元件的方法，其允许以简单且有效的方式将性能精确调整到实际需要。
[0016]特别是对于获得具有高美学和优越的机械性能的牙科修复体，制备包含玻璃陶瓷体的假体元件将是期望的，其不同的机械和光学性能可以被精确调整在同一体的不同区域，而没有关于体内区域 的位置的任何限制。
[0017]由此，本发明的目的为提供制备包含玻璃陶瓷体的假体元件的简单而有效的方法，其性能可以以非常精确地方式调整。
[0018]具体地，该方法将允许晶体相的类型和比例被精确地调整在体内的限定区域中，而不受该体的特定区域的局部限制，由此允许模仿天然对应物一例如牙齿的结构。
[0019]更具体地，该方法将允许制备包含不同晶体相的区域的假体元件。将进一步允许制备包含以渐进的方式从一个区域变化到另一个区域的不同晶体相区域的假体元件。
[0020]根据独立权利要求的主题实现该目的。在从属权利要求中给出了选择的优选实施方案。以下给出进一步的细节。
[0021]根据第一方面，本发明涉及制备包含玻璃陶瓷体的假体元件的方法，所述方法包括以下步骤:
a)提供包含非晶玻璃相并包含待制备的所述玻璃陶瓷体的组分的基体，和
b)将能量转移到该基体。
[0022]通过转移能量，引发在限定区域中所述基体的材料的初始相转换成至少一种晶体相。
[0023]根据本发明，用具有至少500nm的波长的激光束通过激光照射所述区域将能量转移到所述基体的限定区域。
[0024]由于使用激光束，本发明允许以集中的方式将能量转移到基体。已经发现，通过使用具有上面规定的波长的激光，可以有效地在激光照射区域中引发初始相转换成至少一种晶体相。换句话说，可以在基体的限定区域中精确地引发相转换而不影响其中转换不应发生的其他区域。最终，这允许实现包含具有模仿天然牙齿结构的结构的玻璃陶瓷体的假体元件。[0025]术语“限定区域”被广泛地解释并且包括受各自实际边界限制的任何区域，所述边界分别将限定区域的材料与基体或玻璃陶瓷体的其余材料隔开。通常，术语“限定区域”可以被理解为三维区域，其体积分别小于基体或玻璃陶瓷体的体积。
[0026]由此，限定区域的材料至少部分被基体或玻璃陶瓷体的其余材料包围，所述其余材料没有根据本发明转换或以不同于限定区域的方式转换。
[0027]本方法包括其中初始相为非晶相的实施方案以及其中初始相为不同于将通过转换获得的晶体相的晶体相的实施方案。
[0028]根据一个优选实施方案，初始相是非晶态的。更优选地，基体是由至少约完全的非晶玻璃材料，即玻璃基质中没有嵌入任何微晶的玻璃材料，制成的。
[0029]如果转换步骤涉及非晶相转换成晶体相，则该方法通常包括结晶步骤之前的成核步骤。
[0030]不希望受理论限制，假定初始相转换成至少一种晶体相是由吸收能量导致的在激光照射区域中加热基体的结果。根据一个优选实施方案，由此在所述区域中通过激光照射加热基体。如果在激光照射过程中基体位于基材上，则假定部分激光传递并且全部被下面的基材反射。该反射光可导致材料的额外加热，其进一步促进结晶。然而，也可以想象所述转换至少部分是由激光束的光能量引发的，其导致激发基体的玻璃基质中的原子和分子。
[0031]已经发现,可以通过使用具有至少600nm ,更优选至少700nm,最优选至少800nm的波长的激光束实现特别有效的结晶。
[0032]为了加快转换过程，可以准直两个或更多个激光束来增加基体吸收的有效能量。
[0033]也可以考虑通过叠加应用两个或更多个激光束进行激光照射。以该方式，能量可以被精确地捆绑在两个或更多个激光束的交点中。
[0034]在这方面，要强调的是本发明的方法并不局限于所述体的局部表面区域，而是允许在遍及基体的特定区域中，且特别是在远离表面的该体的内部，选择和控制形成晶体相。例如，这与针对在所述体的表面区域中形成梯度的US 2008/0213727不同。
[0035]如下面将讨论的，该方法除了激光照射之外还可以包括预加热基体。通常，由此在激光照射之前预加热所述基体至第一温度。由此，可以减少加热时间和在玻璃基质内形成不期望的应力的风险。
[0036]优选地，上述第一温度，即(预_)加热温度，位于约30(TC-约750°C，更优选约4000C -约750°C，甚至更优选约600°C -约750°C的范围内和最优选为约660°C。
[0037]可以通过将其放到加热的环境(如加热炉)中来加热所述基体。或者或此外，可以将基体放在加热的支撑板上。
[0038]如果周围空间中的温度分布不均匀，则正如例如当将基体放在加热的支撑板上时一样，可以在基体中建立温度梯度。随着其中温度梯度建立通过激光照射基体，可以在基体的内部，更具体地，在其中实现了结晶所要求的温度的区域中，获得非常选择性的结晶。
[0039]根据基体的组成，或多或少的激光能量可能被基体的材料吸收。为了保障吸收的激光能量足以引发结晶，基体和，因此，玻璃陶瓷体包含至少一种能够增加激光能量的吸收的离子(以下称为“吸收增加离子”)。例如，玻璃陶瓷体包含选自Nd3+、Fe2+、Fe3+、V2+、V3+、V4+、V5+、C02+、Cr4+、Cr6+和Mn2+及其混合的吸收增加离子。通过吸收增加离子的存在，增加了材料的激光能量吸收，甚至在激光照射时间相对短的情况下也允许相转换。[0040]已经发现，连续波(cw)激光器，更具体的连续波(cw)高功率二极管激光器，是特别适用于本发明的方法的，因为连续照射样品能够缓慢加热，其促进晶体生成并帮助避免玻璃基质内的热冲击以及应力。
[0041]具体地，使用连续波(cw)激光器允许温和加热基体内的限定区域以及最终的局部松弛，由此允许避免可能导致应变不兼容因而导致在体内形成裂纹的局部熔融或升华。这与例如，脉冲激光，特别是具有低于500nm的波长的脉冲激光束是不同的，如将通过下面的对比实施例的方式所示。
[0042]已经进一步发现，具有范围为600 ff/cm2-700 ff/cm2的通量(fluence)的激光是特别适用于本发明的方法的。
[0043]也可以考虑其他激光器，如飞秒激光器、皮秒激光器、纳秒激光器、CO2-激光器或Nd = YAG激光器。
[0044]如果在以CAD / CAM方法制造假体的背景下使用本发明的方法，则可以在加工材料块之前或之后进行用于引发相转换的激光照射。
[0045]正如前面提到的，本发明还涉及包含玻璃陶瓷体的假体元件的用于牙科修复的用途。
[0046]鉴于其用于牙科修复的用途，玻璃陶瓷体优选包含二硅酸锂相和铝硅酸锂相作为两种主要的晶体相,如下所示。
[0047]可以通过使用包含基于组合物的总重量的65-72wt_%的S12,至少8wt_%的Li2O和至少8wt-%的Al2O3的组合物获得该玻璃陶瓷体。
[0048]各自玻璃组合物已经显示允许通过本发明的方法形成各种各样不同的晶体相。
[0049]根据特别优选的实施方案，所述组合物包含至少10.lwt-%的Li20。进一步优选其包含至少10.lwt-%的Al2O3O
[0050]优选地,所述组合物包含至多15wt_%的Li2O和/或至多15wt_%的A1203。
[0051]根据一个特别优选的实施方案，Li2OiAl2O3的比例为至少1:1，优选约3:2。
[0052]通常，所述组合物进一步包含0_2wt_%的K2O, l-4wt-%的Na2O和0-1.5wt_%的CeO20
[0053]根据待获得的最终玻璃陶瓷体，在所述玻璃组合物中可以使用不同的结晶剂。通常，所述组合物包含基于组合物的总重量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的玻璃组合物特别优选用来实现相对高含量的二硅酸锂晶体相。
[0054]在表1中给出了基体的玻璃组合物的示例性实施方案:
【权利要求】
1.制备包含玻璃陶瓷体的假体元件的方法，所述方法包括以下步骤: a)提供包含非晶态玻璃相和包含所述待制备的玻璃陶瓷体的组分的基体，和 b)将能量转移到所述基体以引发所述基体的材料的初始相在限定区域中转换成至少一种晶体相， 其中用具有至少500nm的波长的激光束，通过激光照射所述区域使能量转移到所述基体的限定区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述激光束具有至少600nm,更优选至少700nm,最优选至少800nm的波长。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中通过激光照射在所述区域中加热所述基体。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中使用至少一种连续波激光器，特别地至少一种连续波高功率二极管激光器进行激光照射。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中通过叠加应用两个或更多个激光束进行所述激光照射。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述初始相是非晶态的。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述基体由非晶态玻璃材料制成。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中此外加热所述基体。
9.根据权利要求8所述的方法，其中在激光照射之前将所述基体加热至第一温度，所述第一温度优选位于约30(TC -约750°C，更优选约40(TC -约750°C，甚至更优选约6000C -约750°C的范围内和最优选为约660°C。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述玻璃陶瓷体包含基于所述组合物的总重量65-72wt-%的S12,至少8wt-%的Li2O和至少8wt_%的A1203。
11.根据权利要求ι-?ο中任一项所述的方法，其中所述玻璃陶瓷体包含至少一种吸收增强离子，优选选自 Nd3+、Fe2+、Fe3+、V2+、V3+、V4+、V5+、Co2+、Cr4+、Cr6+ 和 Mn2+ 及其混合。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其中对所述基体的第一区域进行第一转换步骤以在所述第一区域中引发晶体相A的形成和对不同于所述第一区域的所述基体的第二区域进行第二转换步骤以在所述第二区域中引发晶体相B的形成。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述晶体相A不同于所述晶体相B。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中所述晶体相A的比例在所述第一区域中高于在所述第二区域中而所述晶体相B的比例在所述第二区域中高于在所述第一区域中。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一种晶体相包含至少一种选自偏硅酸锂(Li2Si03)、二硅酸锂(Li2Si2O5X铝硅酸锂(LiAlSi206、LiAlS14' LiAlSi3O8'LiAlSi4O10)和 Li3PO4 的组分。
16.根据权利要求12-15中任一项所述的方法，其中所述晶体相A包含二硅酸锂作为主要晶体相而所述晶体相B包含铝硅酸锂作为主要晶体相。
17.根据权利要求12-16中任一项所述的方法，其中所述第一区域中的所述晶体相A的比例以渐进的方式变成所述第二区域中的所述晶体相B。
18.根据权利要求12-17中任一项所述的方法，所述假体元件为包含玻璃陶瓷体的牙科假体元件，该玻璃陶瓷体具有与天然牙齿的各个区域相对应的牙釉质区域和牙本质区域，其中在所述牙釉质区域中形成包含所述晶体相A的所述第一区域和在所述牙本质区域中形成包含所述晶体相B的所述第二区域。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括以下进一步步骤:通过激光照射熔融所述基体或所述玻璃陶瓷体的最外表面，随后凝固所述熔融的材料，由此提供所述假体元件的光泽。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括以下步骤:将所述基体或所述玻璃陶瓷体切割成最终假体元件的期望的形状，通过激光照射进行所述切割。
21.可通过前述权利要求中任一项所述的方法获得的假体元件。
22.根据权利要求2 1将假体元件用于牙科修复的用途。
【文档编号】C03C10/12GK104039729SQ201380005424
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年1月21日 优先权日:2012年1月20日
【发明者】A.科恩加, C.阿佩特, I.德兹亚多维伊 申请人:斯特劳曼控股公司