專利名稱：鋁-青銅牙科合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于制造牙齒修補物的非貴金屬合金。具體來說，本發(fā)明涉及應(yīng)用少量鋅以改良銅-鋁合金。
不容置疑含高份量金的各種合金是鑄造牙齒修補物的理想金屬材料，這是由于它們具有其它材料所無法比擬的各種特性。但是由于近年來金價的高漲，人們致力于減少用金量，從而可減輕著普羅大眾修補牙齒的負(fù)擔(dān)。減少合金中的含金量并非解決問題的滿意方法，這是由于如果將含金量降低至可能進(jìn)行鑄造的一個百分量，則合金所需的各種特性就會失去。比較各種非貴金屬價格，金價至少是其十倍。因此，研制完全由非貴金屬制成的合金材料已引起了廣泛的注意。
至少早在1922年〔參見Hepburn之“牙科治金術(shù)評述”(“NotesonDentalMetallurgy”)〕，牙齒修補技工已探索采用鋁-青銅合金來取代金。然而口腔中的氧化和電化氣氛常導(dǎo)致這種取代的失敗〔參見Thomson等人，50，J.ProstheticDentistry，654(1983年11月)〕。尤其在先有技術(shù)的高銅合金鑄造中，其鑄造物頂部的邊緣鑲嵌還不能令人滿意。
在所需條件之下金能在口腔中顯示其性能，可認(rèn)為主要是基于金的化學(xué)和物理性能，而同時許多顧客歷來所偏愛的是黃金的色澤。人們已努力使牙科用合金具有近似黃金的色澤。在這方面也許最成功的是使用銅合金，這是由于可通過將銅與其他金屬適當(dāng)?shù)鼗煊枚玫筋愃泣S金的色澤。但是現(xiàn)有的配制的銅合金有兩個缺點。首先其可鑄性不如含金量高的合金那樣好，含金合金的可鑄性十分好，而現(xiàn)在市售的銅合金的可鑄性并不能令人滿意。為了改進(jìn)可鑄性，已嘗試將各種組分與銅結(jié)合，但這種結(jié)合效果還未完全成功。
其次牙科修補用的銅合金的另一個缺點是其腐蝕性。長久以來已知所需的銅色澤可因氧化或腐蝕作用而變成綠色。尤其是在人體口腔環(huán)境中可因腐蝕而逐漸使鑄造物溶解。
對牙科合金的有關(guān)法規(guī)的制訂發(fā)展得很快。作為其機械性能的比較標(biāo)準(zhǔn)是對于牙科用金合金鑄造物，第Ⅲ類(硬質(zhì))的ANSI/ADA規(guī)范第5條。與臨床要求相關(guān)的另一機械性能是磨光性〔參見Moon等人之“TheBurnishabilityofDentalCastingAlloys，J.Prosthet.Dent.36∶404-8(1976年10月)〕。
可以將現(xiàn)有市售的各種牙科用合金的抗腐蝕性作一個比較。例如有一種含銅量高的稱為“Sybraloy”(Kerr-Sybron)合金，它是經(jīng)美國牙科協(xié)會(AmericanDentalAssociation)準(zhǔn)用的汞合金，它與貴金屬合金比較，雖然臨床上可使用，但其抗腐蝕性相當(dāng)?shù)?。在市面上有一種含金量較低的第Ⅲ類鑄造合金，例如一種稱為“Minigold”(Williams-Ivoclar)的金合金，作為含金合金其抗腐蝕性還較低?，F(xiàn)在需要的是一種含銅合金，而其抗腐蝕性要比已知的含銅合金(如Sybraloy)為高，并接近貴金屬合金(如Minigold)。
此外，各種牙科用合金需具有可鑄性以便制得修補物，而且在口腔中無毒性。對于毒性的測定，可通過瓊脂擴散細(xì)胞毒性試驗來保證生化反應(yīng)的可接受性。
現(xiàn)在需要一種牙科用合金，它具有類似金的物理、化學(xué)性能和金的色澤，而且其價格要比高價的黃金低。
因而所需的合金的性能應(yīng)包括1.機械性2.生物性
3.可鑄性4.抗腐蝕性5.金色澤6.價格低本發(fā)明涉及一種非貴金屬合金，它在牙齒修補方面適合用作金的替換物。該合金含有銅、鋁、鐵、鎳、鋅和錳。本發(fā)明合金與現(xiàn)有的銅基合金的主要分別是其中含有鋅，而其他的合金并不含有鋅成分。鋅成分可改進(jìn)合金的可鑄性、磨光性和生物相容性，此外含低鋅量也可改進(jìn)合金的抗腐蝕性。
本發(fā)明合金呈金黃色，是一種非貴金屬第Ⅲ類鑄造合金，可應(yīng)用于制造牙冠、牙橋、嵌體和鑲嵌體。應(yīng)用這種合金制造鑄造物并不需要特別技術(shù)。其加工較簡便并可打磨得很光亮。
對于含有鋅、銅、鋁、鐵、鎳和錳的合金，就各個組分的生物相容性、物理性能等的效應(yīng)逐一定量說明是很困難的。因而本發(fā)明是以這樣一種形式表征，即將不同份量的鋅加入到其中的銅、鋁、鐵、鎳和錳組分為固定的合金中。雖然非變化組分為固定，但并不意味著本發(fā)明將其他組分的變化排除于本發(fā)明構(gòu)思之外。也就是說雖然本發(fā)明是以鋅含量的變化來表征，但相當(dāng)?shù)母鞣N合金也應(yīng)包括于本發(fā)明范圍之中。
通過以上說明，本發(fā)明提出一種牙科用合金，其中含7.0-9.0鋁，0-5.5%鐵，3.0-5.5%鎳，0-2.5%錳，及剩余量的銅。加入到合金中的鋅量是可變的，至少為1%并且不超過合金重量的8%。由先有技術(shù)中已知，制造一種其中一種組分是可變的而另外五種組分為固定的六組分合金是難于實施的。因此，各實施例中的非鋅組分盡量固定，但為便于實施，可建議固定組分也可稍微變動。
在各優(yōu)選實施例中，鋁含量占合金重量的7.0-9.0%，鎳含量為3.0-5.5%，鋅含量為1.5-3.5%。鐵和錳組分對合金的效應(yīng)并不起決定性作用，但最好的鐵加入量占組合物重量至多為5.0%，錳加入量至多為2.5%。而剩余量為銅。
本發(fā)明的各種合金的配制可滿足對于牙科用金合金鑄造物，第Ⅲ類(硬質(zhì))的ANSI/ADA規(guī)范第5條的機械性能的要求。合金的延伸率是一重要的性質(zhì)，并且延伸率隨鋅含量增加而提高。硬度是另一重要性能。按照ANSI/ADA規(guī)范第5條，硬度應(yīng)為120-150(維氏硬度)。本發(fā)明合金的硬度為140(維氏硬度)。
可將硬度與延伸率結(jié)合起來以測定其磨光性。一般說來，非貴金屬合金的初鑲嵌性(initialfit)比金基合金為差，另外重要的一點是金代用物應(yīng)具磨光性。磨光性指數(shù)是將硬度值除以延伸率百分?jǐn)?shù)而得。加入合金中的鋅可大大地提高合金的磨光性。
通過瓊脂擴散細(xì)胞毒性細(xì)胞培養(yǎng)試驗，可說明本發(fā)明各合金配方是無毒性的。并且通過兔子肌肉植入試驗表明，其效應(yīng)與常規(guī)的應(yīng)用于口腔中的牙科修補材料所產(chǎn)生效應(yīng)相似。
本發(fā)明合金的可鑄性比其他已知的銅基合金為好。若配方中的含鋅量為5%或少于5%，其抗腐蝕性也較高。
下列表1表明本發(fā)明合金與現(xiàn)有市售的較常用的兩種牙科用銅基質(zhì)合金。其中一種對比用合金稱為MS〔在巴西制造，在美國由MonarchMetalCorp.經(jīng)銷，而由PreatCorporation(191West25thAve.SanMateo，CA94403)分銷〕。另外一種稱為Trindium(由TrindiumCorporationofAmerica，P.O.Box95，Sanquoit，NewYork13456制造)。
表1組分新合金中含量%MS中含量%Trindium中含量%Al7.0-9.07.829.02Cu余量81.9089.60Fe0.0-5.04.04微量Mn0.0-2.51.56微量Ni3.0-5.54.311.30Si-0.12微量Zn1.0-8.0微量微量按照本發(fā)明所制得的具體合金的實例如表2所示。除鋅之外的組分基本相同，而隨著由實例1至實例3中鋅含量的增加，其他組分含量則減少。
表2CuAlFeMnNiZn實例180.27.704.111.424.681.80實例279.37.893.941.474.393.04實例377.57.413.661.544.165.75合金機械性能如屈服強度、延伸率和硬度如附

圖1所示。由圖1可看出，當(dāng)鋅含量增加時，硬度也升高。同時可看出，即使合金中不含鋅，也可滿足規(guī)范第5條最低限要求，但當(dāng)含鋅量約1%可改進(jìn)合金的其他性能。當(dāng)鋅含量大于約8%時，硬度則超過規(guī)范第5條最高限要求，故將合金中含鋅量高限定于8%。
另外，當(dāng)合金配方中含鋅量為1-8%時，延伸率高過20%，而對照的各種市售銅基合金的延伸率約為12%。合金的延伸率和硬度使其磨光性達(dá)最佳值。對于表2中各實例的合金的磨光性指數(shù)來說，實例1合金為3.23，實例2合金為3.59而實例3合金為3.93。三個實例合金與含金合金比較皆令人滿意。
如附圖1所示，當(dāng)合金配方中鋅含量在高限8%以下時，屈服強度仍維持良好的穩(wěn)定。將含鋅量保持在1至8%，那么合金的機械性能和其他性質(zhì)皆可最佳化。
與上述機械性能相關(guān)的是合金的可鑄性?？梢哉f明本發(fā)明的各種合金按下述方法配制皆具很高的可鑄性，所述方法如Mitchell和Kemper之“應(yīng)用細(xì)徑篩孔測試Ni-Cr合金之可鑄性”(“CastabilityofNi-CrAlloysUsingaFine-GaugeMeshTest”)〔肯塔基大學(xué)，牙科修復(fù)學(xué)系(Dept.ofRestorativeDentistry，UniversityofKentucKy)1984年3月〕。應(yīng)用了ASTM50號的15毫米×15毫米篩孔鑄型織物。在恒定的塑模溫度下鑄造型模，并且固定感應(yīng)鑄造機調(diào)定。對各實例1、2和3配方分別測定其型模裝填百分?jǐn)?shù)，并且與前述MS和Trindium合金進(jìn)行對照。各合金的平均裝填百分?jǐn)?shù)為實例180.0%，實例293.2%，實例371.5%，而MS和Trindium皆低于80%，此外也將46%金合金進(jìn)行了對比測定。優(yōu)選含鋅量為2.5-4.5%以得到可鑄性，但鋅含量最高達(dá)8%也可令人滿意。
此外也可看出，當(dāng)鋅含量為5%或5%以下時，抗腐蝕性也可提高，據(jù)推測是由于在鑄造物上形成一鈍化層。但是，當(dāng)含鋅量超過約7%時，一般可導(dǎo)致腐蝕的發(fā)生。
因此，優(yōu)選的合金組成含鋅量為1.8-5.75%，以得到合金的最佳效果。按我們盡可能精密的測定，合金中的含鋅量最好是2.5-3.0%。
由于已知銅可選擇性地由含金量低的合金(如含40%金，7.5%銅)中溶解，因此對本發(fā)明合金進(jìn)行了生物試驗。經(jīng)過瓊脂擴散細(xì)胞毒性試驗，可以看出本發(fā)明合金是無細(xì)胞毒性的，這點和其他含銅合金是不同的。比較不含鋅的合金來說，含鋅合金使其在所需的應(yīng)用中更為安全。
對于本發(fā)明合金所進(jìn)行的另一生物試驗是兔肌植入試驗。在免背肌中植入試驗合金，再將合金取出，并測定其效應(yīng)?？砂l(fā)現(xiàn)無總的病理反應(yīng)，但各試樣有輕度的病理組織反應(yīng)。沒有發(fā)現(xiàn)壞死情況，雖有輕度毒性但不至于有損于在口腔中作為鑄造合金的用途。由此可見，本發(fā)明合金用作牙齒修補物對人體健康是無害的。
通過20病例臨床試驗，在軟組織與按本發(fā)明的修補物相接觸條件下，并無變色，腐蝕或其他不良變化。病人并無熱過敏反應(yīng)或感覺不正常味道。
按照上述合金組成范圍，可看出本發(fā)明的各種優(yōu)點，而對本專業(yè)技術(shù)人員來說，在本發(fā)明范圍內(nèi)，可做出相應(yīng)的變動。
權(quán)利要求
1.一種非貴金屬的鋁青銅牙科用合金，其中含有銅為主要成分及較少量的鋁，其改進(jìn)在于包括加入了1-8%(重量)的鋅。
2.按權(quán)利要求1的牙科用合金，其中所含的鋅量為1.8-5.75%。
3.按權(quán)利要求1的牙科用合金，其中所含鋅量為2.5-3.0%。
4.一種牙科用合金，其中含有7.0-9.0%鋁，3.0-5.5%鎳，最多5.0%鐵，最多2.5%錳，1.8-5.75%鋅及剩余量的銅。
5.應(yīng)用銅基合金制造牙齒修補物的方法，其改進(jìn)包括在修補物鑄造前，通過將1-8%鋅加入到合金中，從而提高可鑄性，磨光性和抗腐蝕性。
6.按權(quán)利要求5的方法，其中所含的鋅量為1.8-5.75%。
全文摘要
一種新的鋁-青銅牙科用合金及修補方法，其中通過加入1-8％鋅而改進(jìn)了合金的可鑄性和磨光性。
文檔編號C22C9/01GK1030016SQ8810373
公開日1989年1月4日 申請日期1988年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1987年6月19日
發(fā)明者朱利奧·貝內(nèi)蒂, 文森特·貝內(nèi)蒂 申請人:阿爾巴登特有限公司