Brevet FR2627377A1 — publié le 19890825

La présente invention est relative à un nouveau dispositif de fixation d'arc en orthodontie et à son procédé de fabrication. On sait que l'on utilise couramment en orthodontie des dispositifs connus sous le nom de "bracket" qui sont collés sur la face externe des dents et qui sont rendus solidaires d'un fil métallique qui exercp des contraintes élastiques permettant de modifier les positions relatives des dents concernées. De tels brackets sont actuellement réalisés en acier inoxydable ou en alliage nickel/chrome, ce qui les rend inesthétiques car très visibles lorsqu'ils sont appliqués sur la denture. Il est également connu de réaliser ces brackets à l'aide de matières plastiques transparentes mais celles-ci se dégradent chimiquement après des temps d'utilisation assez courts et ne présentent pas une rigidité mécanique suffisante. On a également imaginé de réaliser des brackets en alumine frittée, mais ces derniers sont fragiles et d'un prix de revient élevé. La présente invention concerne des brackets faciies à réaliser économiquement, présentant d'excellentes qualités mécaniques et dont l'aspect, notamment en ce qui concerne la teinte et la translucidité, correspond à celui des dents sur lesquelles ils doivent être collés. La présente invention a pour objet un bracket en céramique, caractérisé par le fait qu'il est réalisé en oxyde de zirconium partiellement stabilisé additionné d'oxydes de métaux de transition et fritté, qu'il est non poreux et qu'il possède une teinte et une translucidité correspondant sensiblement à celles des dents. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication de brackets, caractérisé par le fait que l'on prépare une poudre d'oxyde de zirconium (zircone) partiellement stabilisé; que l'on atomise la poudre d'oxyde de zirconium partiellement stabilisé pour obtenir des agglomérats de particules; que l'on y ajoute un liant organique soluble dans l'eau et un ou plusieurs oxydes de métaux de transition dans des proportions correspondant à la teinte et au degré de translucidité que l'on désire conférer au bracket; que l'on moule par pressage le mélange ainsi obtenu afin d'obtenir une ébauche crue; qu'éventuellement on usine cette ébauche crue pour lui donner sa forme et/ou son état de surface définitif; et que l'on soumet l'ébauche à un frittage. Conformément à l'invention on utilise de préférence une poudre d'oxyde de zirconium pur qui contient moins de 0,01% d'impureté. - 2- 2627377 Conformément à l'invention, l'oxyde de zirconium (ZrO 2) est par exemple partiellement stabilisé par adjonction de faibles proportions d'oxyde. A cet effet, on peut par exemple ajouter à la zircone environ 2,5 à 5 Z d'oxyde d'Yhrium (Y203) 6 à 10% d'oxyde de calcium (CaO) ou 7 à 11% d'oxyde de magnésium (MgO), ces pourcentages étant donnés en proportion molaires. L'oxyde de zirconium ainsi partiellement stabilisé se présente sous la forme d'une poudre dont la granulométrie est avantageusement comprise entre 0,1 et 1 micron. Conformément à l'invention, on procède ensuite à une agglomération des particules d'oxyde de zirconium partiellement stabilisé pour obtenir, par une technique classique d'atomisation, des agglomérats de forme de préférence sensiblement sphérique. Ces agglomérats de grains ont par exemple un diamètre compris entre 50 et 200 microns, et de préférence compris entre 80 et 100 microns. Conformément à l'invention, la poudre d'oxyde de zirconium partiellement stabilisé, est mélangée à un liant organique soluble dans l'eau dans une proportion, comprise par exemple entre 0,5 et 5% en poids de liant, puis atomisée. On peut avantageusement utiliser un liant thermoplastique tel que par exemple un alcool de polyvinyle, une cire, une résine acrylique ou de la dextrine. Conformément à l'invention on incorpore également au mélange un ou plusieurs oxydes de métaux de transition tels que l'oxyde de fer, l'oxyde de manganèse, ou l'oxyde de nickel. Le choix et les proportions des différents oxydes utilisés s'effectuent en fonction de la coloration que l'on désire donner au bracket réalisé selon l'invention et au degré de translucidité que l'on désire obtenir. Ces oxydes métalliques peuvent être incorporés soit sous forme pulvérulente ou soit sous forme de sels solubles dans l'eau qui sont mis en solution avant l'atomisation de la poudre et qui, après calcination, libèrent l'oxyde correspondant lors du frittage. Cette dernière méthode présente l'avantage de permettre une bonne répartition des oxydes, une homogénéité de la couleur et une rapidité de réaction. C'est ainsi que l'on peut utiliser du sulfate de fer hydraté Fe (S04), 7H20 dans une proportion par exemple de 0,02% à 0,5% du poids d'oxyde de zirconium, du sulfate de manganèse hydraté Mn (SO4), H20 dans une proportion par exemple de 0,001% à 0,03% du poids d'oxyde de zirconium 3 - 2627377 ou du sulfate de nickel Ni (S04), 6H20 dans une proportion par exemple de 0,02% à 0,5% du poids d'oxyde de zirconium. Conformément à l'invention, l'ébauche est obtenue de préférence par pressage uniaxial dans un moule réalisé par exemple en carbure de tungstène, le sens du pressage s'effectuant dans la direction des rainures qui sont réalisées sur le bracket pour positionner le fil métallique et retenir les attaches de ce dernier sur le bracket. Ce pressage peut être avantageusement réalisé avec des pressions de l'ordre de 750 à 3000 kilos par cm2 ce qui permet d'obtenir -des ébauches crues dont la densité varie d'environ 2,5 à plus de 3. grammes par centimètre cube. Pour réaliser le pressage de l'ébauche crue, le mélange contenant le plastifiant est de préférence porté préalablement à une température d'environ 80 à 130 degrés, ce qui facilite l'opération. , Conformément à l'invention, l'usinage que l'on peut réaliser sur l'ébauche crue a pour but principal de réaliser la courbure de la face du bracket qui est destiné à être collée sur la dent. Cet usinage s'effectue par exemple selon une surface cylindrique qui a par exemple un rayon de 20 à 30 mm, de préférence à l'aide d'une meule diamantée à gros grains (par exemple de 200 à 500 microns) de manière à obtenir un état de surface rugueux pour favoriser le collage du bracket sur la dent. L'usinage de l'ébauche crue peut avoir également pour objet de procéder à un ébarbage et à un arrondissement des angles de l'ébauche à l'aide d'une meule fine. Conformément à l'invention, le frittage s'effectue, de préférence à l'air, à une température comprise entre environ 1350 C et 1650'C pendant un temps par exemple d'environ deux heures ou plus si les grains ont un diamètre supérieur à 1 micron. -Le chauffage à la température de frittage peut s'effectuer avec une vitesse de montée en température qui peut être par exemple de 5 à degrés par minute. Le bracket ainsi obtenu est ensuite ramené progressivement à la température ambiante, par exemple sur une période d'environ 20 à 60 minutes. L'encoche réalisée sur le dessus du bracket doit avoir des dimensions qui correspondent à celles de l'arc métallique qui doit être fixé sur le bracket. Les arcs couramment utilisés sont par exemple des fils métalliques de 0,56 + ou - 0,02 mm de diamètre. -_ 4 _2627377 Dans le cas o ces tolérances ne sont pas respectées, l'on procède à une rectification de l'encoche du bracket à. l'aide d'une meule diamantée. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention on va en décrire maintenant à titre d'illustration et sans aucun caractère limitatif, un mode de réalisation représenté sur le dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une vue en perspective d'un bracket selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la figure 1, - la figure 3 est une vue en élévation selon la flèche III de la figure 1, - la figure 4 est une vue schématique du moule de pressage de l'ébauche crue. On voit sur les figures 1, 2 et 3 un bracket 1 réalisé conformément à l'invention qui est une pièce de faibles dimensions qui présente par exemple une épaisseur d'environ 2,3 mm, une longueur d'environ 3,5 mm et une largeur d'environ 2,8 mm. Le bracket 1 comporte une encoche supérieure 2 destinée à recevoir l'arc qui maintient les dents en étant fixé au bracket à l'aide de fils métalliques fins qui s'engagent dans les rainures latérales longitudinales 3 en contournant l'arc métallique qui est situé dans l'encoche 2 pour l'y maintenir. La face inférieure du bracket est usinée conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention avec une forme cylindrique concave 4 pour être collée sur la face externe de la dent. La surface cylindrique 4 qui peut avoir un rayon d'environ mm est réalisée de manière à présenter une certaine rugosité ce qui amèliore la qualité du collage sur la dent. La figure 4 est une vue schématique représentant la matrice dans laquelle l'ébauche crue peut etre pressée. Cette matrice comporte une cavité 5 dont la forme générale correspond à celle de la section du bracket. Trois tenons démontables 6,7 et 8 font saillie à l'intérieur de la cavité 5 pour constituer l'encoche 2 et les rainures 3. La compression de l'ébauche s'effectue dans une direction perpendiculaire au plan de la figure 4. Pour réaliser un bracket conformément à l'invention, on peut opérer comme suit: On part d'une poudre d'oxyde de zirconium ayant une granulométrie moyenne d'environ 0,8 micron et un taux d'impureté de type métallique inférieur à 0,01%. - 5-2627377 Cet oxyde de zirconium est partiellement stabilisé par adjonction d'une proportion molaire de 3% d'oxyde d'Ythrium. On ajoute environ 1% en poids d'un liant constitué par un alcool polyvinylique. On ajoute également au mélange 0,03% de Fe(S04), 7H20 et 0,02% de Ni(S04) 6H20 pour conférer au bracket une coloration et une translucidité qui correspond à celles d'une dent.- On procède ensuite à l'atomisation des particules de poudre d'oxyde de zirconium partiellement stablisé pour obtenir des agglomérats sensiblement sphériques qui ont un diamètre d'environ 80 microns. On procède alors au moulage par compression de l'ébauche crue dans un moule tel que celui représenté sur la figure sous une pression d'environ 800 kg par cm2 qui permet d'obtenir une ébauche crue ayant une densité d'environ 2,7 grammes par cm3. Après quoi, l'on procède à l'ébarbage de l'ébauche et à l'arrondissement des angles des faces terminales et l'on usine l'évidement 4 représenté sur les figures 1,2 et 3 à l'aide d'une meule diamantée qui présente des grains d'environ 300 microns. On procède ensuite au frittage à l'air de l'ébauche crue en l'introduisant dans un four que l'on porte à la température de 1400 C à raison de 5 degrés par minute. On maintient à cette temperature pendant environ 2 heures, après quoi on laisse refroidir l'ébauche dans le four. On procède enfin au contrôle dimensionnel du bracket et à sa rectification éventuelle. Dans une variante, on utilise un oxyde de zirconium partiellement stabilisé par une adjonction molaire de 10% d'oxyde de magnesium ou de 9% d'oxyde de calcium, la granulométrie de la poudre de zircone ainsi partiellement stabilisée étant égale à environ 1 micron. On incorpore ensuite 0,02% en poids - d'acétate de fer hydraté (Fe(C2E302) 2, 4H20), 0,002% en poids d'acétate de manganaise hydraté (Mn(C2H302)2, 4H20) et 0,03% en poids d'acétate de nickel hydraté (Ni(C2H302)2, 4H20) pour obtenir l'apparence souhaitée. On ajoute 5% en poids de résine acrylique comme liant. On agglomère cette poudre par atomisation pour obtenir des agglomérats sensiblement sphériques d'environ 200 microns de diamètre. On réalise le moulage de l'ébauche avec une pression d'environ 3000 kilos par cm2 ce qui permet d'obtenir une densité d'environ 3,1 grammes par cm3. - 6 -2627377 Le frittage s'effectue à l'air en élevant la température du four à raison de 10 degrés par minute, jusqu'à 1550 C, température qui est maintenue pendant environ 4 heures, après quoi, on laisse refroidir le bracket qui est ensuite vérifié et éventuellement rectifié. Il est bien entendu que les exemples ci-dessus n'ont été donnés qu'à titre indicatif et qu'ils peuvent recevoir toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. -7- REVENDICATIONS 1. Bracket en céramique, caractérisé par le fait qu'il est réalisé en oxyde de zirconium, partiellement stabilisé, additionné d'oxyde de métaux de transition, qu'il est non poreux et qu'il possède une teinte et une translucidité correspondant sensiblement à celles des dents. 2. Procédé de fabrication d'un bracket, caractérisé par le fait qu'on prépare une poudre d'oxyde de zirconium partiellement stabilisé; qu'on y ajoute un liant organique soluble dans l'eau et un ou plusieurs oxydes de étaux de transition dans des proportions correspondant à la teinte et au degré de translucidité que l'on désire conférer au bracket; qu'on atomise ce mélange pour obtenir des agglomérats de particules; qu'on moule par pressage les agglomérats ainsi obtenus afin d'obtenir une ébauche crue; qu'éventuellement on usine l'ébauche ainsi obtenue pour lui donner sa forme et/ou son état de surface définitif; et qu'on soumet l'ébauche à un frittage. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'oxyde de zirconium contient moins de 0,01% d'impureté de type métallique. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que l'oxyde de zirconium est partiellement stabilisé par adjonction de faibles proportions d'oxydes. -5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'oxyde de zirconium est partiellement stabilisé par adjonction de 3 à 5% d'oxyde d'ythrium, de 6 à 10% d'oxyde de calcium ou de 7 à 11% d'oxyde de magnésium, ces pourcentages étant donnés en proportion molaire. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que l'oxyde de zirconium partiellement stabilisé se présente sous la forme de poudre dont la granulométrie est comprise entre 0,1 et 1 micron. 7. Procédé selon l'une quelconque -des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que la poudre d'oxyde de zirconium partiellement stabilisé est traité par atomisation pour obtenir des agglomérats sensiblement sphériques. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les agglomérats ont un diamètre compris entre environ 50 et 200 microns, et de préférence entre 80 et 100 microns. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les particules ont un diamètre inférieur à 5 et de préférence à 3 microns. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé par le fait que le liant organique soluble dans l'eau est introduit dans une proportion comprise entre environ 0,5% et 5% en poids d'oxyde de zirconium. -8- 2627377 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé par le fait que l'on confère au bracket sa coloration et sa translucidité en mélangeant à la poudre d'oxyde de zirconium un ou plusieurs oxydes de métaux de transition, tels que l'oxyde de fer, l'oxyde de manganèse ou l'oxyde de nickel. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que les oxydes métalliques sont incorporés sous forme pulvérulente ou sous forme de sels solubles qui après calcination libèrent l'oxyde correspondant. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 12, caractérisé par le fait que le pressage de l'ébauche est réalisé avec des pressions comprises entre environ 750 et 3000Kg/cm2. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 12, caractérisé par le fait que le pressage de l'ébauche est tel qu'il permet d'obtenir pour cette dernière une densité comprise d'environ 2,5 à plus de 3g/cm3. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 14, caractérisé par le fait qu'on usine la partie de l'ébauche crue qui correspond à la face du bracket qui doit être collée sur la dent, à l'aide d'une meule à gros grains, par exemple de 200 à 500 microns. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 15, caractérisé par le fait que le frittage s'effectue à une température comprise entre environ 1350 et 1650 C. 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 16, caractérisé par le fait que le frittage s'effectue pendant une durée d'environ au moins 2 heures.