生产陶瓷成形体的方法和由该方法生产的成形体的制作方法

专利名称：生产陶瓷成形体的方法和由该方法生产的成形体的制作方法
生产陶瓷成形体的方法和由该方法生产的成形体
本发明涉及一种生产陶乾成形体的方法。此外本发明还涉及由该方法 生产的成形体。
陶瓷成形体完全或至少大部分由陶瓷材料制成。陶瓷成形体是由所谓 生坯开始，通过热处理而生产的。在生坯的各个粒子之间仅有很小的粘合。 通过高温下处理，即，通过烧结生坯组分才能获得高强度的陶瓷体。
陶瓷产品需要有明确的时间和适当的气氛以用于烧结。若这些条件不 遵守，则增加内应力，导致工件上的缺陷或不适当的性能。对氧化铝的典
型烧结温度是，例如，1600~ 1800°C，对块滑石约为1300°C,对氧化铝瓷 约为1250。C而对氮化硅约为1700°C。
烧结过程中的高温导致粒子的比自由表面积(扩散法，熔体形成，相转 变)降低并由此导致结构密实，伴随着体积縮小。体积的缩小称作"收缩" 并表明从生坯到烧成的成形体组分的尺寸百分比降低。不同材料的收缩可 有很大的变化。因此，通常，模制件用的未-烧成生坯必须成形到比要求的 最终制品的尺寸大些，因为组分的体积减少作为陶瓷体技术的特性在方法 顺序中几乎所有材料都会发生。因此陶瓷成形体的现存生产方法其主要问 题在于收缩，它使生产困难，尤其是对于密实的成形体，并增加废品。
由 J.Gtinster , S.Engler , J.G.Heinrich ， F.Schwertfeger 在 Glass Sci.Techno1.78(2005), 18-22中公布的出版物"A novel route for the production of ultra pure Si02 crucibls"，描述了一种通过用C02激光照射表面而从蚶埚 形的成形体Si02生坯制备坩埚的方法。由这种方法制备的坩埚在其内部因 为激光处理具有已熔化的石英层并之后再次固化。
本发明基于提供一种简单且精确的制备陶瓷成形体的方法的目的，尤 其是具有平而不规则的结构，它能可靠地处理并且是坚固的。
该目的通过按权利要求1的方法可以实现。本发明基于以下发现，即 若生产包括下列步骤，则可用简单的方式和高精确度生产陶资成形体
- 生产或提供具有结构化表面区的生坯，
- 至少照射结构化表面区，以使生坯在包括结构化表面区的体积区的区域
内固化，但是在远离表面的体积区内不固化或仅有较低程度的固化，
- 将包括结构化表面区的固化体积区与未固化或仅有较低程度固化的生 坯部分分离，并任选
- 抛光以这种方法获得的固化体积区即抛光陶资成形体。
因此，按照本发明的方法，生坯没有完全固化成密实的成形体，而是 由其外部轮廓限定一个区(这里称"结构化表面区")，其通过能量的引入使 在表面向下至预定深度进行固化(这里称固化后的"固化体积区")。借助于
足够高能量密度的照射使温度梯度在生坯中建立。没有或尚未足够固化的 生坯区域在照射后可易于与固化的结构分离。所产生的成形体的照射的外 表面轮廓基本上相当于生坯的外表面轮廓。因此，这很大程度上是由生坯 的形状或成形确定的。所生产的成形体的相反外表面的轮廓(其未经直接照 射)由固化体积区的边界得出并因此由所选择的照射参数得到(还可在本文 的下面看到)。
发明的结果，生坯的结构化表面区的密实不会导致一般意义的收缩。 因为生坯仅在外部加热并因此仅在相对薄的近表面区进行扩散和融化工 序，最终导致密实，照射过的生坯在其轮廓上保持稳定。
所述收缩(其总是与密实相关)伴随着生坯沿垂直于成形体表面垂直的 收缩，致使外部密实的体积区在生坯稳定轮廓的未密实的芯上进行收缩。 几何上的变形(诸如在陶瓷生坯的常规烧结情况下 一再发生的)难以预测因 而不必考虑。这一点使以下设计成为可能，即将未烧结的生坯紧固在待建 立的陶瓷成形体的最终轮廓上，且具有平且不规则的结构。
"生坯"(或也是粉末压块、毛坯或生坯压块)的含义应理解成由(开始 是疏散的或预-密实的)粉状材料产生的模制件。粉状材料的各个粒子在生坯 的生产过程中被密实并成为一种对随后处理具有足够强度的粘合形式。合 适的成形方法通常选自经济方法并包括已知方法，如干压法、湿压法、等 静压制、挤出法、注射成形、粉浆浇铸、薄膜铸塑、泥浆沉积、生坯的研
磨和3D印刷。
"抛光"在本发明情况下指的是从之前获得的固化体积区分离掉凸出 的材料。因此，例如，在平照射的情况下，固化体积区会大于在成形体上 要产生的平而不规则结构。之后凸出的材料通过例如激光切割被分离掉。 在体积区固化过程中，即，尤其是在烧结过程中，根据纯度、粒径、
堆积密度和烧成气氛，所述方法是非常复杂的并且按不同方式进行。在本 文中借助于固体反应的高纯烧结体的氧化物陶瓷产品需要比含长石的组合 物(例如具有高比例熔融相的瓷料)高得多的烧结温度。当待处理的生坯包含 金属或玻璃时，在热处理过程中当温度达到其熔点时它们熔化。另一方面 或另外还有，金属与气氛(例如与氧)和/或生坯的其它组分在高温下进行反 应并且以这种方式转化成陶瓷材料。在冷却后，且如需要，再次固化现存
所要求的陶瓷的融化组分。在这里"固化"或"烧结"当然涉及本发明情 况，除非在个别情况下另有定义，这些术语包括在照射过程中和随后再冷 却过程中所发生的材料中的所有上述方法，也就是说，特别是还有金属成 分的炫化和再固化和/或氧化。
烧结用能量是，例如，由激光引入材料中的。在对所使用的激光束具 有高吸收系数的材料的情况下，所述激光能量完全被吸收，从生坯的处理 的表面开始，到可与激光波长相比的深度范围。例如，在C02激光束(波长
10.6pm)下生坯的Si02表面吸收深度约l(Him。原则上，在适当选择激光下 只有靠近表面的薄区直接由激光束的吸收进行加热。从表面开始，热量通 过热传导在生坯中扩散。在这里建立的温度梯度基本上取决于疏松的、预 密实的或已密实的材料的热性能、辐射强度或辐照度、照射角度以及处理 的持续时间。在本文中，除照射功率外，射束的直径决定所达到的最大表 面温度。根据射束的直径，通过照射角可得到有效照射的面积。 无切槽简单结构的成形体优选借助于所述的方法建立。 在按本发明方法的有利的实施方案中， 一组预定的三维几何数据，特 别是一组预定的结构化表面区的三维几何数据用于(a)生产生坯和(b)控制照 射。
作为生产生坯的实施例的上述成形方法包括其中阴模(如在压制或浇铸 的情况下)用于生产生坯的方法，还包括其中通过涂敷材料成形(如用3D印 刷或沉积)或通过去除材料成形而生产生坯的方法。然而，成形方法可以基 于预定的三维几何数据而进行，不管是使用阴模还是不用阴模自由地生产 生坯。若使用阴模，就生坯的生产而言优选基于预定的三维几何数据而生 产；因此用这种阴模生产的生坯是使用预定的三维几何数据生产的。另一 方面，预定的三维几何数据也可以通过涂敷或去除材料而直接用于生产生 坯。
现已发现使用生产生坯用的预定三维几何数据(具有结构化表面区)不 仅仅简化了其生产本身，而且另外可再次使用已用于生坯生产的几何数据 并以最佳方式控制随后至少对结构化表面区的照射。以这种方法有可能大 大地或者甚至完全省去昂贵的调节，否则为了控制照射对生坯的影响和烧 结操作这是必要的。假若预定的几何数据包括生坯(或者至少其结构化表面 区)的轮廓数据，则单独基于这些几何数据、已知的系统参数，诸如照射功 率和聚焦、以及生坯的材料性能，如吸收和热传导性，就能控制照射。
采用计算机辅助方法进行生坯的生产方法是有利的，尤其是以迅速原
型法进行(Rapid-Prototyping)时，其中预定的三维几何数据直接用于生坯的 生产或用于生产生坯的阴模的生产。
此外同样有利的是将一组预定的三维数据也用于分离的方法步骤和/或 任选用于抛光的方法步骤。在基于预定的三维几何数据的分离情况下，例 如，所有的材料都可以向下降至极限值为目标的方式被除去，除此之外至 少存在所希望的固化体。另外在抛光的情况下，在生产的成形体实际轮廓 和希望的轮廓之间的均等也能基于预定的三维几何数据而实施并且可使用 由此发现的偏差进行抛光。
有利地提供另一个方法步骤，其中经受抛光的成形体表面区是这样照 射，要使成形体进一步固化。例如，如果在成形体相对于结构化表面的表 面在抛光后同样以相应于生坯结构化表面照射的方式在另外的步骤进行照 射，则可以得到特别高度均匀的成形体。
优选地是，要这样进行生坯的照射
(i) 将包括待生产的成形体体积的体积区始终保持在固化所需 的温度下直到固化发生，
或
(ii) 使处于包括待生产的成形体体积的体积区但在每种情况下 皆小于待生产的成形体的的体积单元相继保持在固化所需 要的温度下直到每种情况下皆发生固化为止。
在按照方案(i)的方法的优选变体方案中，生坯的照射是用平的射束， 例如散焦射束、和/或原射束(Rohstrahl)同时照射结构化表面区而进行的。在 大面积照射生坯的情况下，通过在生坯中的不固定温度分布可以实现表面 上的烧结。易于提供对此所需的高能量密度，例如，通过市售的激光体系。在此所需的激光功率常M^范围在100W-几个KW。方法方案(i)的特征是较 短的处理时间和有关射束控制的较少费用。
在按照方案(ii)的方法的优选变体方案中，生坯的照射是通过用射束连 续照射生坯结构化表面区各个部分段而进行。若使用激光束，通常需要低 于IOOW的激光功率。
优选的是，在上述方法的方案(ii)中照射是作为位置的函数加以控制的， 以使包括结构化表面区的固化体积区具有可变的厚度。对于上述意义的控 制，优选在照射过程中a)射束的保持时间或b)射束的扫描速度是变化的。 a)点是基于下述知识，例如，射束的保持时间在结构化表面区的特定部分段 的增加导致在这一部分段中的成形体厚度增加，因为那里导入的热较多， 因此也使固化体积区的深度增加。b)点考虑射束必须在生坯的整个结构化表 面区导向。射束掠过所述表面的速度称为扫描速度。扫描速度的提高导致 成形体的较低厚度，而扫描速度下降具有相反的效果。成形体厚度的连续 变化可借助于扫描速度的变化而实现。通常扫描速度包含相当于第一和第 二方向的两部分。假若生坯，例如，沿平行的轨迹照射，则扫描速度，例 如，可通过照射区沿X方向的轨迹所用的速度和Y方向上离相邻轨迹的间 距或相邻轨迹间的位移而给定。在X方向速度较高时，引入大量热量的条 件下在Y方向的轨迹间的距离短，因而能使固化体积区达到较深的深度。 此外扩散热前缘取决于材料的性能和在待照射其表面的部分段中的生坯轮 廓。
如果照射是激光照射，则完成本发明的方法特别有利。激光被广泛使 用并且易于使用。使用现代的激光易于获得足够的能量密度。其它能转移 能量以烧结生坯至足够程度的照射形式也是合适的。这里可以提到，例如， 一般地电磁辐射，此外还有非相干光，还有粒子束，如电子束。
的生坯部分的分离，是通过一种或多种下列措施进行机械分离掉；用溶 剂和/或分散剂处理生坯；在超声波浴中处理生坯。 此外优选地是生坯包含或由以下组成 (a)陶瓷粉，或
两种或多种不同的陶乾粉， 和任选
(b )金属粉和/或玻璃粉
和/或 (c)粘合剂。
陶瓷粉，即粉状的陶瓷材料，是无机和非-金属的。通常陶瓷粉是由粗 组合物于室温下成形并且由于高温下的烧结操作而在待生产的成形体中展 现其典型的材料性能。陶瓷材料包括硅酸盐、氧化物或非氧化物陶瓷。
细陶瓷产品的主要部分实质上是硅酸盐。粘土和高岭土、长石和皂石 作为硅酸盐载体是这些多相材料的特征性主要组分。此外，组分如矾土和 锆石也用来获得特定的材料性能，例如，高强度。在烧结过程中，除了结 晶相以外形成高比例的玻璃相，玻璃相的主要组成是二氧化硅。硅酸盐陶 瓷的材料包括瓷、块滑石、堇青石和莫来石。
应理解氧化物陶瓷的含义是基本上包含单相和一种组分的金属氧化物 (>90重量％)的所有陶瓷材料。这种材料的玻璃相低或没有玻璃相。原料是 通过合成产生的并具有高纯度。在非常高的烧结温度下形成均匀的显微结 构，这是改进性能的原因。氧化物陶瓷的一些代表是氧化铝、氧化镁、氧 化锆、钛酸铝和二氧化钛。氧化物陶资可用于电子工业且经常作为结构陶 瓷，也就是说用于非电子用途。它提供对此合适的典型性能，如断裂韧性、 耐磨损和耐高温以及耐腐蚀性。
非氧化物陶乾包括以硼、碳、氮和硅的化合物为基础的陶乾材料。通 常，非氧化物陶瓷具有高比例的共价键。这使其能高温应用，和高耐腐蚀 性和耐磨损性一起，其保证高弹性模量并具有高强度和硬度。最重要的非 氧化物陶瓷是碳化硅、氮化硅、氮化铝、碳化硼和氮化硼。
金属成分作为金属粉在成形过程中加到生坯中或者以涂有金属的陶资 粒子形式存在。
陶瓷粉优选包含或由以下组分组成 一种或多种选自氧化硅、氧化铝 和氧化镁的无机组分。此外生坯优选含有具有增强作用且在照射结构化表
化锆优选作为增强无机化合物加入。此外生坯优选包含一种或更多种金属 或半-金属元素，尤其是选自铝、镁、钛、锆或硅。若使用几种金属元素， 优选其以合金或金属间相存在。所用陶瓷粉的粒子更优选是涂有金属外壳。 金属可在比陶瓷显著低的温度下熔化。它们用作粘合剂相。同时，在金属
氧化过程中体积的增大能进一 步提高组分的几何精确性。
按本发明的方法在预备生坯生产之前优选提供下列步骤
限定待生产的成形体的平而不规则的(表面)结构，其中限定的待生产的
寸精确性而再生产。在本情况下，具有尺寸精确性的再生产可以理解为当 生坯的结构化表面区的几何图形被预定后考虑到因烧结法所引起的(轻微) 收缩。(表面)结构的限定优选包括预定结构化表面区的三维几何数据。 优选的是，通过以下步骤生产具有结构化表面区的生坯
(a) 压制，尤其是干压法、湿压法、等静压制，
(b) 泥浆的浇铸，
(c) 生坯块的研磨， (d )从泥浆沉积或
(e)生坯的3D印刷(例如，来自Z^^司的印刷才几)。
制备。任选用于生坯生产的模型，尤其是通过方法a)和b)的模型，优选是 基于一组预定的三维几何数据用计算机辅助方法生产。生坯的直接生产， 尤其是通过方法c)、 d)和e),是基于一组预定的三维几何数据用计算机辅助 方法有利地实施的。
在压制的情况下(见上面的(a))，用于生坯生产的材料在阴模中压制成生 坯。在该压制生坯的情况下，参考计算机辅助并基于一组预定的三维几何 数据进行生产，这尤其还意指生产压制所用的阴模。同样也适用于浇铸泥 浆以生产生坯(见上面，(b))。
在研磨来自生坯块的生坯情况下(见上面，(c))，去除材料直到所要求的 形状。计算机辅助移除材料的方法和装置长时间以来已知。
生产生坯的方法是已知的，例如，通过来自泥浆的电泳沉积(见上面， (d))。这种通过施加材料成形生坯也可基于三维几何数据加以控制，例如通 过控制电泳电压和/或电流相应控制用于生坯生产的各个电极。
3D印刷(见上面，(e))， 一种包含于快速原型法(rapid-prototyping)中的方 法，可以通过例如以层状形式的涂敷而生产生坯，当沉积时，不限于从里 面向外涂敷。为了生产生坯进行3D印刷或类似方法的装置可从市场上买到。
本发明的另一方面涉及可藉助于上述本发明方法生产的成形体。按照 本发明的成形体不同于常规成形体，因为由于生产方法使其密度从其结构
化表面向其下侧(Unterseite)降低。换句话说，照射时靠近表面的结构化表面 区部分的温度越高引起的密实越大，并因此使这些部分的材料固化也越大。 因此成形体上侧(经过照射的侧面)的密度高于远离的下侧面的密度。
由于在生坯靠近表面的区对辐照的吸收，其表面加热至特别高的程度， 因此通过热活化的烧结步骤使其变得最为密实。然而生坯的深置层密实得 较差，其结果，取决于处理的持续时间，在生坯中建立密度梯度，致使靠 近表面的区域是高度密实而远离表面的那些区域几乎不密实或没有密实。 密度与材料的强度直接成正比。
由于陶瓷生坯的烧结进程基本上取决于扩散和可能的熔融工序，在粉 状材料的温度和密实程度之间存在一种指数关系。这一特性有利于在生坯 靠近表面的区中产生高度密实的薄固体层。密实的近表面区在此还可称作 固化体积区。
按照本发明的陶瓷成形体通常具有几十个微米-几个毫米的厚度，优 选厚度的范围在约0.2-2mm。成形体的厚度取决于激光处理过程中在生坯 表面内产生的温度分布、材料的性能以及照射的持续时间。成形体具有限 定的平而不规则的结构。表面结构具有凸出和凹坑，其从几何平均的平面 凸出(该平面假想地穿过平面结构)或进入该平面。换句话说，所述平而不规 则的结构呈现三维轮廓区的形状。
按照本发明的成形体(作为按照本发明方法的结果)优选是牙科产品，尤 其是牙冠、牙桥、牙嵌体(Inlay)或高嵌体(Onlay)。由于生产方法，牙科产品 具有的密度从平而不规则的结构表面到该结构下侧降低。应用时，牙科产 品通常在其下侧填有合适的填料，在待处理的牙齿和牙科产品之间产生连 接。具有平而不规则结构的成形体牙科产品具有超过密实成形体的优点， 将该牙科产品装配于待处理的牙齿上是简单的。此外，用按照本发明的方 法可以高精确地生产三维牙齿表面，因为生坯在照射过程中收缩低并且易 于预测。因此对通过热处理产生的成形体再加工以校正形状不是必要的或 为简化的。
本发明的另一方面在于提供从具有结构化表面区的生坯生产陶乾成形 体用的装置，包括照射结构化表面区用的照射单元，以便生坯在包括结构
化表面区的体积区的区域内固化，但在远离表面的体积区内不固化或仅有 较低程度的固化。
此外本发明提供用于生产陶瓷成形体的系统，包括
-生产单元，用于生产具有结构化表面区的生坯，尤其是用于计算机辅 助生产生坯，该生产基于一组预定的三维几何数据，优选基于结构化表面 区的 一组预定的三维几何数据，
-照射用的照射单元，尤其是计算机辅助照射用的照射单元，其基于结 构化表面区的一组预定的三维几何数据，以使生坯在包括结构化表面区的 体积区的区域内固化，但在远离表面的体积区内不固化或仅有较低程度的 固化，和
-处理单元，用于从未固化或仅有低程度固化的部分分离包括结构化表 面区的固化体积区，以及任选用于抛光(Putzen)用这种方法获得的固化体积区。
按照本发明的系统，以及如按照本发明的装置，适合于实施或用于按 照本发明的方法中。按照本发明的系统和按照本发明的装置的优选实施方 案相应于按照本发明方法的优选实施方案，用于实施优选方法步骤的必要 手段陈述于下。
本发明将在下文借助于示范性实施方案和附图更加详细地予以说明。 附图表明


图1 以按照本发明方法的第一变体的图示说明；
图2和3 如图1，但在照射过程中变换激光的导向；
图4 一种生坯的结构化表面区的照相复制件；
图5 通过按照本发明方法产生的成形体的照相复制件和
图6a和6b 照射功率和入射角对固化体积区尺寸的影响的示图说明。
补充说明
在下列示范性实施方案中，照射是用激光进行。其它的照射技术也可 用作替换方案或作为附加，例如用电子照射。
示例性方案中涉及(a)基于预定的三维几何数据的计算机辅助生产生坯 (或其阴模)，以及涉及(b)借助于来自(a)的数据控制用于烧结的辐照。或者， 然而，生坯的生产和照射的控制当然能以常用的方法实施。
示例性方案1
生坯以陶瓷成形法生产，尤其是使用阴才莫(Negativform)通过干压法、湿 压法、等静压成形或泥浆浇注进行。生坯在其表面区内具有通过激光照射 方法进行密实或烧结的结构，并且最终在待生产的成形体中形成平而不规
则的结构。生坯能由例如Si02粉制成。
用于生产生坯的阴模可事先基于预定的三维几何数据自动生产。用于 模制的计算机辅助生产方法被广泛使用并且通常是已知的，致使没有必要 进行详述阴模本身的生产方法。所属技术领域的熟练技术人员能找到更多 的信息，尤其是在阴模生产方面，例如在DE 197 24 875中。
图1表明-以高度图解的形式-穿过其结构化表面12区内的生坯10 的截面。表面区12-考虑生坯IO在后来的激光照射过程中的收缩-以其 成形和尺寸匹配待生产的成形体的平而不规则的结构(即，表面区12的尺 寸精确匹配成形体中的待建立的结构)。
使用一种产生平面激光14的激光器，其入射大致垂直于通过几何平均 设想所获得的表面区12的平面。激光束14穿透进入表面区12约到达其波 长的深度并在那里被存在的物质所吸收。当使用C02激光时，激光束14的 穿透深度约为10ym。从该上吸收区开始，通过吸收放出的热量扩散进入 生坯10的更深区。向下到达的深度依赖于材料的性能、激光束14的能量 密度和处理持续的时间，温度足以烧结材料。换句话说，使生坯10在包括 结构化表面区12的体积区16的区域内固化。该体积区16在图1中以图示 方式表明。体积区16的实际深度以及因此还有陶瓷成形体的后来的平面结 构的厚度都可以在体积区16的整个表面上根据参数例如激光束14的入射 角或结构化表面12的几何图形而进行变化。正如所见，例如，体积区16 在隆起的结构18的区内的深度延伸稍偏离表面区12的平坦区。这样使隆 起结构18的顶部由于其几何形状和位置固化更多，且体积区16在那里稍 厚些。另一方面，隆起结构18的下降侧面比体积区16稍微薄些。
对于烧结过程而言，基于已用于生坯生产的三维几何数据控制激光束 的照射。在本文中，激光的方法参数，如入射角和强度优选基于几何数据 进行控制。
为了控制激光束的入射位置和入射角，生坯和激光的定位不是绝对的， 但是重要的是它们彼此相对的位置。因此很清楚不移动激光或激光源，也
可以移动生坯。同样有可能移动激光和生坯两者。
体积区16是生坯10的体积区，它借助引入的能量进行固化，而仅有 较低程度固化并且在后来的方法步骤中分离掉的区域不包括在体积区16 中。超出在成形体上待建立的平而不规则结构的体积区16的区域在后面的 处理步骤中可被去除。体积区16的这些附加区域用于例如简化进一步处理 步骤以得到所希望的成形体，并且可按照用途逐个预先产生。随后，例如 通过激光切割可将它们分离掉。
激光束的能量密度的选择要使生坯10的表面以可变(instationary)温度 分布尽可能快地加热到最高温度。最高温度由结构条件，如陶瓷材料的热 分解，粘度降落到最低值以下等所限定。当达到最高温度时，通过控制激 光输出功率将其保持一定持续时间(保持时间)。通过从表面区12大致垂直 地扩散至生坯10内部的热前缘使位于更深的区依次烧结。保持时间与体积 区16的厚度有关。
在预定的保持时间之后，停止激光处理并使结构与生坯IO的疏松的、 未密实的或仅轻微密实的材料分开。这可以在使用和不使用溶剂或者在具 有溶剂的超声波浴中都可机械地实现。 示范性方案2
方法再次从生坯IO开始，就性质和尺寸来说与示范性方案1的生坯相 当。在这一方面，参照前面的说明。在图1 ~3中同样的标号用于相同的或 相似的特征。
然而，生坯是用示范性方案1中所述方法的替代方法生产的。为了生 产生坯，首先生产块状的前体，再由此前体通过除去材料(例如研磨)由计算 机辅助成形法生产实际的生坯。通过除去材料的计算机辅助成形或可替换 的方式是已知的，例如，DE 199 30 564 Al描述了这种方法并且DE 201 05 248 Ul描述了合适的研磨才几。
与示范性方案1相比较，在按照示范性方案2的方法程序中激光处理 是局部限制的，即在待处理的表面区12的整个区域内不同时进行。如图2 和3所示，为此使激光束14聚焦在要处理的表面区12的特定部分段 (Teilabschnitte)20'、 20"、 20"，上。借助在此引入的能量而诱发在部分段20，、 20"、 20，"中的烧结工序，直至到达取决于温度分布的深度。使激光束14 扫描整个表面区12,致使依次形成整个体积区16，该区含有要在成形体或
相当于该体上产生的平而不规则的结构。
仅仅局部激光照射的优点在于在照射的部分段20'、 20"、 20，"中在各情 况下能使体积区16的厚度按照所采用的激光输出功率、保持时间或扫描速 度而变化。这样，例如，首先有可能，如图2所示，以局部激光照射仅使 包括隆起结构18的部分段20，固化。之后接着由激射束14引入的能量可通 过控制激光输出功率加以改变，并且体积区16在表面区12的平坦部分段 20"、 20"，中的厚度因此能加以调节，其与其中包括隆起结构18在内的部分 段20，的体积区16的厚度无关。
借助于局部的激光照射，如从图2和3中所能看到的，与上述示范性 方案l相比较，在每种情况下仅照射生坯IO的表面区12的部分段20，、20"、 20，"。在藉助于激光方法照射的部分段20'、 20"、 20"，中，要选择激光束的 能量密度，致使所述部分段20，、 20"、 20"，，或置于其中的亚段尽可能快 地以不固定的温度分布加热到最高温度。按这种方式加热的(亚)段是体积区 16的体积单元。最高温度由周围条件，如陶瓷材料的热分解、粘度降落到 最低值以下等所限定。
通过用激光束14扫描生坯IO表面区12的区域范围，也就是说用激光 依次引发各部分段20，、 20"、 20"，，使以后的成形体的平而不规则的结构 固化。取决于扫描速度对各个部分段20，、 20"、 20"，或亚段进行保持最高 温度的一定时间间隔(保持时间)。借助于将加热局限于部分段20，、 20"、 20"， 或亚段，所以能局部地控制烧结方法，例如待产生的成形体的厚度能如此 局部地改变。
取决于用激光处理过的特定部分段20'、 20"、 20，"或亚段的几何图形， 通过对表面大体呈径向、圆柱状或垂直状扩散的热前缘进入生坯10内部， 使连续的更深置的区(体积区16的体积单元)进行烧结。保持时间和由此的 扫描速度与烧结区的厚度有关。
用于生坯生产的三维几何数据被用于激光束的计算机控制导向。在本 文中，激光沖撞点所希望的路径和其强度及聚焦可以简单而有效的方式加 以调节，致使生坯经受所希望的烧结，有可能调节以监测所引入的激光功 率和要广泛给予激光束的位置。
按照由J. Giinster， S. Englar, J.G.Heinrich， F,Schwertfeger在Glass Sci, Techno1.78(2005)， 18-22中的^^开出版物"A novel route for the production of
ultra pure Si02 crucibles",例如，提供一种调节方法，其中通过在激光处理 过程中用合适的光学系统和高温计测量熔融石英玻璃的温度。激光束可借 助于使用高温计测量表面温度而进行控制。然而，当确定向生坯引入能量 的参数是已知时，尤其是其几何图形，则激光也无须这种反馈而能得到控 制，这使得设备相应简单化并且按照本发明是优选的。
在激光处理后体积区16后与生坯IO的疏松或仅轻微固化的部分分离。 这一点能依次可用机械的方法实施-借助或不借助溶剂-或在有溶剂的 超声波浴中进行。
图4表示生坯10的结构化表面区12的图。
图5表示由本发明方法产生的成形体的图。成形体22是牙科产品，特 别是牙冠部分，并仍须通过抛光转化成使用所必要的最终形式。
图6a和6b表示以图解形式举例说明照射功率和入射角对固化体积区 尺寸的影响。在图6a和6b中的表面区12大体上相同。按照图6a，激光照 射是以恒定强度的射束14完成的。因为表面结构12，使在每种情况下射束 14以不同角度与表面12接触。这导致不同的沖击面积，其由面积24a、 24b 和24c表示。每单位面积引入的能量随着沖击面积24a、 24b、 24c的变形的 增加而变低。这导致特定区域的不同加热，并因此还导致其中发生所希望 密实的体积区16'的不同深度。按照图6b的激光照射很大程度上相应于图 6a。然而，按照图6b使用激光束14的不同的强度或输出功率，用不同粗细 的箭头表示。这一点对体积区16〃的密实的深度有(类似冲击面的形状或尺 寸)影响。分别根据图6a和图6b,尤其参看虚线轮廓线，由此形成体积区 16'和16〃的不同三维几何图形。
权利要求
1.生产陶瓷成形体(22)的方法，包括下列步骤-生产或提供具有结构化表面区(12)的生坯(10)，-至少照射结构化表面区(12)，以使生坯(10)在包括结构化表面区(12)的体积区(16)的区域内固化，但是在远离表面的体积区内是未固化或仅有较低程度的固化，-将包括结构化表面区(12)的固化体积区(16)与未固化或仅有较低程度固化的生坯(10)的部分分离，并且任选-抛光用这种方法获得的固化体积区(16)。
2. 按照权利要求1的方法，其中使用一组预定的三维几何数据，尤其 是结构化表面区(12)的一组预定的三维几何数据a) 用于生产生坯，和b) 用于控制照射。
3. 按照前述权利要求任一项的方法，包括照射经受抛光的成形体(22) 的表面区的附加步骤，以使成形体(22)进一步固化。
4. 按照前述权利要求任一项的方法，其中实施生坯(10)的照射以使(i) 将包括待生产的成形体(22)体积的体积区(16)始终保持在固化所需要的 温度下直到发生固化，或(ii) 将位于包括待生产的成形体(22)体积的体积区(16)但在每种情况下皆小 于待生产的成形体(22)的体积单元相继保持在固化所需要的温度下直到 在每种情况下发生固化。
5. 按照权利要求4的方法，其中在方案(i)中照射是通过用平射束同时 照射进行的。
6. 按照权利要求4的方法，其中在方案(ii)中照射是作为位置的函数控 制的，以使包括结构化表面区(12)的固化体积区(16)具有可变的厚度。
7. 按照前述权利要求任一项的方法，其中所述照射是激光照射。
8. 按照前述权利要求任一项的方法，其中使包括结构化表面区(12)的通过一种或多种下列手段进行的机械分离；用溶剂和/或分散剂处理生坯 (10);在超声波浴中处理生坯(IO)。
9. 按照前述权利要求任一项的方法，其中所述生坯包含或由以下组成(a) 陶瓷粉，或 两种或更多种不同的陶瓷粉， 并且任选(b) 金属粉和/或玻璃粉 和/或(c) 粘合剂。
10. 按照前述权利要求任一项的方法，其在生产或提供生坯(10)之前包 括下列步骤限定待生产的成形体(22)的平而不规则的结构， 其中，该限定的待生产的陶瓷成形体(22)的平而不规则的结构在其后生 产或提供的生坯(10)的结构化表面区(12)中以尺寸精确性再生产。
11. 按照前述权利要求任一项的方法，其中待生产的陶瓷成形体(22)是 牙科产品，尤其是牙冠、牙桥、牙嵌体或高嵌体。
12. 按照前述权利要求任一项的方法，其中实施具有结构化表面区(12) 的生坯(10)的生产是通过(a) 压制，尤其是干压法、湿压法、等静压制，(b) 泥浆的浇铸，(c) 生坯块的研磨，(d) 从泥浆沉积，或(e) 生坯的3D印刷。
13. 通过前述权利要求任一项的方法所生产的成形体。
14. 按照权利要求13的成形体，其中所述成形体(22)是牙科产品，尤 其是牙冠、牙桥、牙嵌体或高嵌体。
15.由具有结构化表面区(12)的生坯(10)生产陶瓷成形体(22)的装置，其包括照射结构化表面区(12)用的照射单元，以使生坯(10)在包括结构化表面 区(12)的体积区(16)的区域内固化，但在远离表面的体积区内不固化或仅有 较低程度的固化。
16.生产陶瓷成形体(22)用的系统，包括 —生产单元，用于生产具有结构化表面区(12)的生坯(10)，尤其是用于基于一组预定三维几何数据的计算机辅助生产生坯，优选基于结构化表面区(12)的一组预定的三维几何数据， 一用于照射的照射单元，尤其是用于计算机辅助照射的照射单元，其基于 一组预定的三维几何数据，以使生坯(10)在包括结构化表面区(12)的体 积区(16)的区域内固化，但在远离表面的体积区内不固化或仅有较低程 度的固化，和一处理单元，用于从未固化或仅有较低程度固化的生坯部分分离包括结构 化表面区(12)的固化体积区(16),以及任选用于抛光以这种方法获得的 固4匕体积区(16)。
全文摘要
本发明尤其涉及一种生产陶瓷成形体(22)用的方法，包括下列步骤生产或提供具有结构化表面区(12)的生坯(10)；照射至少结构化表面区(12)，以致使生坯(10)在包括结构化表面区(12)的体积区(16)的区域内固化，但在远离表面的体积区内不固化或仅有较低程度的固化；包括结构化表面区(12)的固化体积区(16)与未固化或仅有较低程度固化的生坯(10)的部分分离；和任选抛光以这种方法获得的固化体积区(16)。
文档编号C04B35/64GK101360694SQ200680051530
公开日2009年2月4日 申请日期2006年11月21日 优先权日2005年11月22日
发明者于尔根·海因里希, 安德烈·加勒, 托马斯·威斯特, 斯蒂芬·德克斯, 詹斯·冈斯特 申请人:Bego布雷默戈尔德施雷格爱威尔海姆.赫伯斯特两合公司;克劳斯塔尔科技大学