Vollkeramik-Kompendium

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16.03.2005
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Reine Vertrauenssache
Peter
Pospiech
Keramik–Vollkeramik
Ein Kompendium für die keramikgerechte Anwendung
vollkeramischer Systeme in der Zahnmedizin
Unter Mitarbeit von
Joachim Tinschert und
Ariel Raigrodski
Sehr geehrte Leserin, sehr geehrter Leser,
unser Ziel als 3M ESPE AG ist und war es, seit jeher mit führenden Produkten und Dienstleistungen das Vertrauen der Zahnärzte und Zahntechniker in aller Welt zu erwerben.
Wir möchten Sie kompetent und fundiert über den neuesten Stand wissenschaftlicher
Forschung in Form von Literatur, internationalen Symposien, Round Tables usw. informieren
(Espertise Scientific Facts, Espertise 3M ESPE Magazine, Technisches Produktprofil etc.).
Hierbei legt 3M ESPE besonderen Wert auf die Zusammenarbeit mit international renommierten Universitäten und Wissenschaftlern, um in sachbezogenen, wissenschaftlich neutralen Beiträgen dem interessierten Praktiker, Studenten oder Wissenschaftler die Anwendung neuer
Techniken und Materialien näher zu bringen.
Das vorliegende Kompendium behandelt das große Feld der vollkeramischen prothetischen
Versorgung.
Es ist ein alter Wunsch, zahnärztliche Restaurationen völlig aus Keramik herzustellen und
damit natürliche Zähne durch ein Material zu ersetzen, das von der Farbe und Transluzenz der
Natur gleicht. Doch erst in den letzten ca. 30 Jahren setzt sich die Vollkeramik mit der
Entwicklung sowohl neuer Werkstoffe als auch neuer Technologien immer mehr im zahnmedizinischen Bereich durch.
Dieses Kompendium soll dem interessierten Leser einen Überblick auf das immer rasanter
wachsende Gebiet der Vollkeramik geben und damit Hilfestellung für den täglichen Umgang
mit vollkeramischen Materialien und Technologien sein.
Es wurde von führenden Wissenschaftlern im Bereich Vollkeramik unter der Leitung von Herrn
Prof. P. Pospiech erstellt und ist sowohl ein Leitfaden für den technischen und klinischen
Umgang mit Keramiken, als auch für die Eigenschaften vollkeramischer Materialien und deren
Bearbeitung.
Wir hoffen, dass diese neue Folge unserer Serie an Kompendien Sie in Ihrem täglichen
Umgang mit vollkeramischen Restaurationen begleitet bzw. Sie für diese neue Materialklasse
in der Zahnmedizin begeistert.
Für Ideen, Anregungen oder Fragen stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung.
Mit freundlichen Grüßen,
Dr. Oswald Gasser
Global Technical Director 3M ESPE
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Inhaltsverzeichnis
Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1. Keramisch denken – keramisch rekonstruieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
P. Pospiech
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
1.11
Warum Vollkeramik? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Vollkeramik ist nicht gleich Vollkeramik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Werkstoffkundliche Grundbegriffe von Keramiken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
CAD/CAM-Technologie in der Zahnmedizin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Keramikgerechtes Planen und Konstruieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Keramikgerechtes Präparieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Restaurationsspezifische Präparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Abformung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Provisorische Versorgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Keramikbearbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Kleben oder Zementieren? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2. Zirkonoxidkeramik – Werkstoffkundliche Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . 51
J. Tinschert
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
Keramische Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Keramische Systeme auf Zirkonoxidbasis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Prinzipien der CAD/CAM-Bearbeitung von Zirkonoxid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Belastbarkeit vollkeramischer Brücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Klinische Indikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Zusammenfassung und Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3. Klinische und labortechnische Aspekte bezüglich
Funktion und Ästhetik des Lava™ Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
A. Raigrodski
3.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.2 Klinische und labortechnische Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.3 Ergebnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Literatur zu Lava Kronen und Brücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Warenzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
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Vorwort
Die Zeit ist reif, reif für eine Neuorientierung bei der Gestaltung festsitzenden und kombinierten Zahnersatzes.
Seit mehr als zweihundert Jahren wurde versucht, Zähne mit „Porzellan“ zu restaurieren. Es
scheiterte an den Problemen der Werkstofftechnologie, den Modellmaterialien, den Verarbeitungsmöglichkeiten und an der relativ hohen Verarbeitungsanfälligkeit keramischer Systeme.
Die Einführung der CAD/CAM-Technologie und deren Serienreife, die Weiterentwicklungen
der Dentalporzellane zu dentalen Hochleistungskeramiken und die zunehmende Verarbeitungssicherheit haben dazu geführt, dass im Gegensatz zur klassischen Jacketkrone nunmehr vollkeramische Systeme auf breiter Front Verwendung finden können.
Die technologischen Voraussetzungen sind geschaffen. Die Anwender müssen nachziehen, d.h.
alte durch die Metalltechnologie eingefahrene Denkstrukturen müssen abgelöst werden durch
das Denken in keramischen Dimensionen. Nur bei keramikgerechten Präparationen und Konstruktionen sind alle Vorteile der neuen Hochtechnologie voll nutzbar – für den Patienten in
erster Linie, aber auch für den Erfolg von Praxis und Labor.
Dieses Kompendium soll dazu beitragen, den Sprung in das neue dentale Zeitalter fach- und
sachgerecht zu unterstützen und somit Restaurationen anzufertigen, die aus dem zahnähnlichsten Material bestehen, welches uns zur Verfügung steht.
Es ist das Anliegen, werkstoffkundliche Erfordernisse mit klinischen Aspekten zu verknüpfen,
um wirklich „Leitfaden“ für die tägliche Arbeit am Patienten zu sein. So ist auch ein gewisses
Feed-back gewünscht, um diesen Leitfaden für zukünftige Auflagen attraktiver und noch
praxisnäher zu gestalten.
An dieser Stelle danke ich ganz herzlich meinen Mitautoren Joachim Tinschert und Ariel
Raigrodski, die die werkstoffkundliche wie die klinische Seite ergänzt und vertieft haben.
Herrn Holger Hauptmann danke ich für die zahlreichen Diskussionen und Anregungen, die
für einen „Nur-Zahnarzt“ sehr hilfreich waren, und Frau Anke Behrens sowie Herrn Timo
Kuretzky danke ich für die Mithilfe bei der Realisation dieses Kompendiums.
Ich hoffe, es hilft, die Keramik besser zu verstehen und sie klinisch werkstoffgerecht anwenden
zu können.
Die Zeit ist reif, verlorene Zahnsubstanz mit dem ihr ähnlichsten Material zu ersetzen.
Packen wir es an.
Homburg/Saar, im September 2004
Peter Pospiech
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1. Keramisch denken –
keramisch rekonstruieren
Prof. Peter Pospiech,
Direktor der Abteilung für Zahnärztliche Prothetik und Werkstoffkunde,
Universität des Saarlandes
1.1 Warum Vollkeramik?
Trotz der bislang immer wieder diskutierten Nachteile der Vollkeramik wie die hohe Anfälligkeit gegen Zug- und Biegekräfte sowie die aufwändige Verarbeitung besteht der Wunsch, vollkeramische Systeme in der Mundhöhle einzusetzen.
Dies ist auch darin begründet, dass das bislang verwendete Standardverfahren „Metallkeramik“
eine Reihe von Problemfeldern hat, die systemimmanent sind und somit nicht gelöst werden
können:
Problemfelder „Metallkeramik“
Lichtblockade durch ein Metallgerüst:
Damit ist es in der Regel deutlich schwieriger, eine naturidentische Tiefe der Keramikschichtung im optischen Erscheinungsbild zu erreichen und somit den natürlichen Zahn perfekt zu
imitieren.
Korrosionsphänomene:
Abb. 1
Selbst bei hochgoldhaltigen Legierungen kann es aufgrund von Gefügefehlern oder Mikrospalten sowie der für die Keramikhaftung notwendigen Oxidschicht zu Korrosionserscheinungen
kommen. Gerade die häufige Nichtbeachtung der Forderung, die nicht mit Keramikmasse
bedeckte Oxidschicht am Kronenrand und an den Innenseiten sorgfältig zu entfernen, führt
häufig zu lokaltoxischen Reaktionen wie Gingivahyperplasien, Entzündungen oder gar Osteolysen, aber auch zu Reaktionen wie Mundtrockenheit bzw. umgekehrt vermehrten Speichelfluss sowie Mundschleimhautbrennen oder gar leukoplakischen Veränderungen.
Patientenwunsch
Patienten wollen auf der einen Seite „weiße“ Zähne, auf der
anderen Seite entwickeln sie ein immer größeres Bewusstsein
für biokompatible Werkstoffe. Die Angst vor unverträglichen
Bestandteilen in den verwendeten Werkstoffen führt immer
wieder zu Diskussionen um bestimmte Komponenten (Quecksilber, Palladium, Kupfer, etc.).
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Die beschriebenen Wünsche der Patienten werden durch die Eigenschaften der Keramiken in
exzellenter Weise erfüllt:
Vorteile „Keramik“
Biokompatibilität
Vollkeramiken sind unter den Bedingungen des Biotops Mundhöhle chemisch nahezu unangreifbar. Sie sind nicht löslich und korrosionsstabil und haben ihr inertes Verhalten klinisch in
zahlreichen Verwendungen unter Beweis gestellt.
Prophylaxe
Die überlegene Qualität einer glasierten Oberfläche führt zu einer deutlich geringeren Plaquebesiedelung als am natürlichen Schmelz. Bei Teilrestaurationen lässt sich durch die Anwendung
der Klebetechnologie wesentlich zahnsubstanzschonender arbeiten als mit metallgestützten
Restaurationen.
Zahnsubstanzähnliche Eigenschaften
Die Härte der auf Glasbasis beruhenden Verblendkeramiken und die „Verarbeitung“ des einfallenden Lichtes durch das metallfreie Gerüst wurden in langjähriger Entwicklungsarbeit dem
natürlichen Vorbild angenähert.
Ästhetik
Eine leichtere Adaptation vollkeramischer Restaurationen mit deren chamäleonartigem Einfügen
in die natürliche Umgebung des Biotops Mundhöhle führt dazu, dass von einer breiten Masse
der Anwender wesentlich leichter überdurchschnittliche Ergebnisse erzielt werden können.
Kosten
Der Patient ist dann bereit, hochwertige Restaurationen trotz höherer Kosten eingliedern zu
lassen, wenn ihm die Vorteile bezüglich einer besseren Gesundheitsförderung/ Biokompatibilität und Ästhetik einleuchtend sind.
Schlussfolgerungen
Der Bedarf für metallfreie, vollkeramische Restaurationen ist da.
Keramiken sind die Werkstoffe, die in ihren Eigenschaften den natürlichen Zähnen am nächsten kommen, und damit naturgemäß der Werkstoff der Wahl.
Jetzt ist der Stand erreicht, bei dem eine nahezu universelle Einsetzbarkeit den vollständigen
Ersatz von Legierungen im Bereich des festsitzenden Zahnersatzes in erreichbare Sphären
bringt.
Darum gibt es kein „Warum“ mehr, sondern nur noch ein „Wie“.
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1.2 Vollkeramik ist nicht gleich Vollkeramik
Erste Versuche zur Herstellung vollkeramischen Zahnersatzes gehen auf Fauchard zurück, der
im 18. Jahrhundert zum ersten Mal Totalprothesen aus Geschirrporzellan brannte. Zu Beginn
des 20. Jahrhunderts begann dann Charles Land, Kronen aus der dem Porzellan abgewandelten
Feldspatkeramik zu brennen – die Jacketkrone war geboren. Mangelnde Aufbereitungstechnologien der Dentalmassen, noch ungenügende dentale Technologie beim Brennen, eine nicht
genügende Abform- und Modelltechnik führten immer wieder zu Brüchen und waren Ursache
für den schlechten Ruf der Jacketkronen, denen nachgesagt wird, unzuverlässig zu sein und zu
viel Substanz des Zahnes zu fordern. Diesen Ruf haben im Grunde auch die Bemühungen von
J.W. McLean in den sechziger Jahren des 20. Jahrhundert nicht wesentlich verbessert. So war
bis zur Mitte der achtziger Jahre des letzten Jahrhunderts die Metallkeramik nolens volens das
Mittel der Wahl, zahnfarbenen und dauerhaften festsitzenden Zahnersatz herzustellen.
Die Anwendung neuer ingenieurwissenschaftlicher Erkenntnisse aus dem Bereich der technischen Keramik auf die Entwicklung dentalkeramischer Werkstoffe führten dazu, dass Glaskeramiken und später auch Oxidkeramiken Einzug in die Zahnmedizin hielten (Abb. 1.2.1). Neben
der Festigkeit wurden auch für die Entwicklung der zahnmedizinischen Werkstoffe neue bruchmechanische Charakteristika eingeführt, wie z.B. „Risszähigkeit“, „Lebensdauerkonzept“,
„unterkritisches Risswachstum“ etc., so dass die heute verfügbaren Hochleistungswerkstoffe
auf Aluminium- und Zirkoniumdioxidbasis nichts mehr mit der dem Geschirrporzellan verwandten Jacketkronenmassen zu tun haben. Im Kapitel 1.3 (werkstoffkundliche Begriffserläuterungen) werden die außergewöhnlichen Eigenschaften von Dentalkeramiken und in Kapitel 2
(J. Tinschert) speziell Zirkoniumdioxid ausführlich erläutert.
Diese Erkenntnisse führten auch zu einer verbesserten Materialaufbereitung. Für die industriell
hergestellten Keramikblocks der CAD/CAM-Technologie sind nun die besten Voraussetzungen
geschaffen, die Zuverlässigkeit vollkeramischer Restaurationen bzw. ihre Dauerfestigkeit zu
erhöhen. Keramische Werkstoffe können je nach chemischer Zusammensetzung und Struktur
mit unterschiedlichen mechanisch-physikalischen Eigenschaften entwickelt werden. Das typische Sprödbruchverhalten der Keramik bleibt jedoch erhalten. Vollkeramische Werkstoffe können somit nicht pauschal in einen Topf geworfen werden, sondern müssen differenziert werden.
Wichtig ist: Vollkeramik ist nicht gleich Vollkeramik, so wie auch im täglichen Leben der Blumentopf aus Keramik nicht mit den Hochleistungskeramiken in der Automobil- und Raumfahrttechnik vergleichbar ist.
Abb. 1.2.1 gibt eine Übersicht, wie Keramiken nach ihrer chemischen Zusammensetzung differenziert werden. Dabei unterscheidet man zwei übergeordnete Gruppen: Die sog. Silikatkeramiken, die mehrphasig sind und einen hohen Glasanteil besitzen, und die einphasigen
Oxidkeramiken, die wenn, dann nur einen geringen Anteil an Glasphase aufweisen.
In die erste Gruppe der Silikatkeramiken fallen die klassischen Feldspatkeramiken, die
ursprünglich aus dem Geschirrporzellan abgeleitet worden sind. Dazu gehören die gebräuchlichen Verblendkeramiken genauso wie die klassischen Jacketkronen-Massen. Demgegenüber
sind die Glaskeramiken Silikatkeramiken neuerer Generation, bei denen eine amorphe Struktur
durch einen kontrollierten Prozess teilweise auskristallisiert wird. Dadurch wird der Anteil der
Glasmatrix zu Gunsten von kristallinen Anteilen reduziert und die Keramik stabilisiert. Vereinfacht kann man sagen: Je mehr Kristalle vorhanden sind, um so stabiler ist die Keramik. Eine
Erklärung hierfür ist die Verlängerung der mittleren Weglänge entstehender Risse und damit
verbunden die Erzeugung größerer Oberflächen, was letztlich mit einem erhöhten Energieaufwand einhergeht.
In der zweiten Gruppe stehen die Oxidkeramiken, die entweder glasinfiltriert sind oder polykristallin, wie die hochfesten Keramiken.
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Darüber hinaus ergeben sich aus den unterschiedlichen optischen und mechanischen Eigenschaften auch unterschiedliche Indikationsspektren. So macht es wenig Sinn, das hochbelastbare, aber weniger transluzente Zirkoniumdioxid als Veneermaterial und umgekehrt die sehr
glasmatrixreichen Feldspat- oder Glaskeramiken als Brückenwerkstoffe einzusetzen.
Fazit
Die Palette der zur Verfügung stehenden Vollkeramiken ist breit gefächert, so dass von der
Einzelzahnrestauration bis zur Brücke nahezu jeder festsitzende Zahnersatz technisch realisiert
werden kann.
Es darf jedoch nicht unerwähnt bleiben, dass für weitspannige Brücken noch keine gesicherte
Datenlage existiert, was die klinische Langzeitbewährung dieser Restaurationen betrifft. Auf
diesem Gebiet ist noch eine gewisse Pionierarbeit zu leisten.
Vollkeramische Systeme
Silikatkeramiken
Charakterisierung: Glasreiche Matrix
Mehrphasig: Kristalline Phasen,
Glasphasen
Relativ niedrige Sintertemperaturen
Feldspatkeramiken
Gemahlenes Feldspatglas (Pulver), das
gesintert wird.
I. d. R. Verblendkeramiken: Lava Ceram,
Mirage, Optec
Glaskeramiken
Ausgangspunkt Glas,
das einem Kristallisationsprozess unterworfen wird.
Bsp.: Empress
Oxidkeramiken
Charakterisierung: Einphasige und einkomponentige Metalloxide (> 90 %)
Kein bis nur geringer Glasanteil
Hohe Sintertemperaturen
Glasinfiltriert
Polykristallin
Angesintertes Aluminiumoxidpulver (Weißkörper), das mit einem
Glas infiltriert wird.
Bsp.: Werkstoffe des
In-Ceram-Systems
Hohe Sintertemperaturen
Sehr gleichmäßiges
Mikrogefüge;
glasphasenfrei z. B.
Lava Frame (ZrO2),
Procera
Abb. 1.2.1: Übersicht dentale vollkeramische Systeme
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1.3 Werkstoffkundliche Grundbegriffe von Keramiken
Vorbemerkung
Auf Grund der Vielzahl der vorhandenen Werkstoffe und deren unterschiedliche Produktbezeichnungen ist es für den niedergelassenen Zahnarzt oft schwer, diese richtig einzuordnen.
Viele Kriterien können eine Rolle spielen, die zur Auswahl des einen und zur Ablehnung des
anderen Keramiksystems führen. Preis und Verarbeitungsfähigkeit werden berücksichtigt, aber
auch viele subjektiv geprägte Einschätzungen, denen man z. B. auch beim Autokauf unterliegt.
Subjektive Einschätzungen sollten aber primär bei der Auswahl einer Keramik für eine
bestimmte Indikation keine Rolle spielen.
Welche Aspekte sind wichtig,
um eine Keramik beurteilen zu können?
Für den Patient und den Behandler ist gleichermaßen die Frage interessant:
Wie lange hält die Restauration?
Wie ästhetisch ist das Material?
Wie teuer ist die Keramik?
Für die Einschätzung mechanischer Eigenschaften spielen die werkstoffkundlichen Parameter eine
wesentliche Rolle. Sie sind diejenigen Faktoren, die am objektivierbarsten erhoben werden können,
insbesondere wenn es sich um standardisierte Normprüfungen (ISO, EN, DIN) handelt. Hier kann
man davon ausgehen, dass weltweit in jedem Labor die Daten durch eine identische Vorgehensweise gewonnen werden – obwohl selbst hierbei Schwankungen in den Resultaten möglich sind.
Daher soll in diesem Kapitel auf die erste Frage „Wie lange hält die Restauration?“ ausschließlich
eingegangen und die wichtigsten werkstoffkundlichen Parameter kurz erläutert werden.
Keramik ist kein Metall
• Keramik ist elastisch,
aber nicht plastisch
verformbar.
Das grundsätzlich so unterschiedliche Verhalten der Keramiken im Vergleich zu metallischen
Werkstoffen beruht auf der atomaren Bindungsstruktur. Die kovalent-ionischen Mischbindungen erlauben keine plastische Verformung bei Gebrauchstemperatur, wie es bei Metallen der
Fall ist. Durch diese plastische Umformung an der Rissspitze wird der Radius des Risses bei
Metallen vergrößert und die Spannung auf ein größeres Volumen verteilt. Folglich wird jedes
Volumenelement weniger belastet. Bei Keramik hingegen bleibt der Rissradius immer unendlich klein und beim Überschreiten der Elastizitätsgrenze wird die Probe spontan brechen. Dieser Verlauf wird als Sprödbruchverhalten bezeichnet und ist in einem Spannungs/Dehnungsdiagramm anderen Materialien gegenüber gestellt (Abb. 1.3.1).
Stahl**
500
Keramik*
[MPa]
400
*Biegespannung
**Zugspannung
300
200
Grauguss**
Abb. 1.3.1: Spannungs-Dehnungs-
100
Polypropylen**
diagramm verschiedener Werkstoffe
12
Dehnung
0,1
%
0,2
5 10 15 20
200 400 600
(nach IZTK).
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Biegefestigkeit
Keramiken sind auf Druck um ein zehnfaches stärker belastbar als auf Zug oder Biegung (Bsp.
Abb. 1.3.2). Eine stabil verlegte Fliese wird primär auf Druck belastet und widersteht höchsten
Belastungen, wie es durch Abb. 1.3.2a skizziert werden soll. Löst sich dieselbe Fliese vom
Fußboden und ein kleines Steinchen setzt sich unter die Fliese, so dass sie schaukeln kann und
somit unter Biegespannung gerät, genügt eine wesentlich geringere Belastung (hier: Kind), um
dieselbe Fliese zum Brechen zu bringen.
Die Zug-/Biegebelastung ist somit die erste kritische Größe für keramische Werkstoffe, die
deshalb in speziellen Prüfverfahren ermittelt werden muss (vgl. unten Unterschied zur Bruchfestigkeit).
Abb. 1.3.2 a
• Keramik ist auf Druck
stärker belastbar als
auf Zug und Biegung.
Abb. 1.3.2 b
Bei Prüfung der Biegefestigkeit wird ein normierter Prüfkörper unter Zug-/Biegespannung gesetzt
und mit ansteigender Kraft bis zum Bruch belastet (statischer Bruchversuch). Die aufgebrachte
Last wird auf den Querschnitt umgerechnet und man erhält die Biegefestigkeit in MPa (N/mm2).
Dazu gibt es verschiedene Prüfverfahren, die unterschiedliche Meßergebnisse liefern. Ergebnisse
zwischen verschiedenen Werkstoffen und Prüfhäusern sind nur dann direkt vergleichbar, wenn
nach ein und der selben Prüfmethode vorgegangen wurde. Sehr geläufig sind der Dreipunktund Vierpunktbiegeversuch sowie der sog. Biaxiale Biegetest (Abb. 1.3.3). Bei einer gegebenen
chemischen Zusammensetzung und Struktur wird die Biegefestigkeit durch die Größe und
Anzahl der Defekte bestimmt/kontrolliert. D.h. je größer und/oder häufiger ein Defekt auftritt,
um so niedriger ist die Biegefestigkeit. Die Biegefestigkeit ist also eine abhängige Materialkenngröße, nämlich abhängig von der Materialdefektverteilung. Sie zeigt im Gegensatz zu einer
Gauss’schen Normalverteilung eine asymmetrische Wahrscheinlichkeitsverteilung, die durch die
Weibullstatistik beschrieben wird. Biegefestigkeiten werden daher auch als Weibullfestigkeiten
bzw. ihre Streuung durch den Weibull-Modulus angegeben (siehe Weibull-Modulus).
σB 3-pt. = 1,2 x σB 4-pt.!
Abb. 1.3.3 a: 3-Punkt Biegetest
• Biegefestigkeit wird an
normierten Prüfkörpern
bestimmt.
Abb. 1.3.3 b: 4-Punkt Biegetest
Abb. 1.3.3 c: Biaxialer Biegetest
Abb. 1.3.3 a-c: Prüfanordnungen zur Bestimmung von Biegefestigkeiten
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Die auftretenden Defekte in Keramiken können sich sowohl an der Oberfläche wie auch im
Volumen befinden. Der Einfluss soll kurz skizziert werden:
Oberflächenqualität
Defekte oder Poren an der Oberfläche fungieren als Rissursprung, die bei entsprechender
Belastung weiterwachsen, insbesondere unter dem Einfluss von Feuchtigkeit, die im Dentalbereich nicht vermeidbar ist.
Deshalb ist es unbedingt notwendig, für möglichst perfekte Oberflächenqualitäten durch Brennen oder Politur zu sorgen, um die effektive Oberfläche so klein wie möglich zu halten. Man
unterscheidet zwei Phänomene, die die Festigkeit herabsetzen können:
Rebinder-Effekt
Der Rebinder-Effekt besagt, dass oberflächenaktive Flüssigkeiten die mechanische Festigkeit
von Festkörpern herabsetzen können. Die in Mikrorisse eindringenden Flüssigkeiten erzeugen
einen nach innen gerichteten Druck, der zur Vergrößerung bestehender Risse beiträgt. Speichel
kann auch rissfördernd wirken.
Spannungsrisskorrosion
Das Wachsen von Rissen in silikatischen Werkstoffen, die unter Zugpannung stehen, kann noch
durch einen weiteren Effekt begünstigt werden: Feuchtigkeit kann in die durch Zugspannung
geöffneten Risse eindringen und die Bindungen der Siliziumoxidtetraeder an der Rissspitze
spalten. Somit kann auch unter relativ geringer Belastung eine keramische Arbeit über die Zeit
geschädigt werden oder gar versagen. Ziel muss es deshalb sein, Glasschwächen oder Glasanteile weitestgehend im Gerüst zu vermeiden und auch möglichst wenig Oberflächendefekte zu
erzeugen z. B. durch eine bestpolierte oder gebrannte Oberfläche (Abb. 1.3.4).
a)
b)
c)
Abb 1.3.4: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von beschliffener ((a), 30 µm bzw.
Rotring Fräser) und polierter (b) Verblendkeramik sowie nach abschließendem Glanzbrand (c)
(REM-Bilder: Hauptmann, 3M ESPE)
Volumendefekte
Die Biegefestigkeit eines Prüfkörpers hängt aber auch von der Verteilung der Defekte im belasteten Volumen ab. Es gelten analoge Gesetzmäßigkeiten wie bei Oberflächendefekten. Über die
Rohstoffe und den Herstellungsprozess werden die Verteilung und Anzahl von Volumendefekten bestimmt. Daher lassen sie sich nur durch kontrollierte industrielle Herstellungsverfahren
minimieren.
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Bruchfestigkeit
Die Begriffe „Biegefestigkeit“ und „Bruchfestigkeit“ dürfen nicht miteinander verwechselt
werden. Die Bruchfestigkeit wird an bauteilnahen Prüfkörpern, also z.B. Kronen und Brücken,
gemessen. Dabei werden diese Proben in der Regel bis zum Bruch belastet (Abb. 1.3.5) .
• Die Bruchfestigkeit
wird an realen Geometrien (z. B. Kronen und
Brücken) bestimmt.
Abb. 1.3.5: Beispiel einer bis zum Bruch belasteten LavaSeitenzahnbrücke. Lava™ Brücken zeigten sehr hohe Bruchfestigkeiten von 1815 N
Es entsteht aber kein werkstofftypischer Wert, sondern man gibt die Kraft in N an, die notwendig war, um den jeweiligen Prüfkörper zu zerstören. Für diese Vorgehensweise gibt es keine
internationale oder nationale Norm, sondern sie ist abhängig vom jeweiligen Prüfhaus. Die
Daten können je nach Dimensionierung der Prüfkörper und je nach Prüfdesign schwanken, so
dass Bruchfestigkeitswerte nur orientierenden Charakter haben, aber nicht zu den Werkstoffparametern zu zählen sind.
Weibull-Modul
Der Weibull-Modul m ist ein Maß für die Festigkeitsstreuung einer Keramik. Die Messwerte
der Biegefestigkeit, aber auch anderer Parameter streuen bei Keramiken ziemlich stark. Dies
hängt, wie schon erwähnt, von der Oberflächenqualität, aber auch ganz wesentlich von der
Gefügequalität ab (siehe Biegefestigkeit/Weibullfestigkeit). Die Zusammensetzung des Grundwerkstoffes, die Korngrößen der Ausgangsmaterialien sowie der Zusatzstoffe, Fertigungsbedingungen und Herstellungsverfahren haben einen wesentlichen Einfluss. So kann die theoretische, errechenbare Festigkeit der Keramik nur angenähert in Whiskern (einkristalline Mikrofasern) erreicht werden, denn perfekte Gefüge sind technisch in kompakten Bauteilen nicht
realisierbar. Dennoch ist man gerade bei den CAD/CAM-verarbeitbaren Keramikblocks auf
einem guten Weg, durch industrielle und standardisierte Verfahren für den Anwender die bestmöglichen Werkstoffqualitäten zu realisieren. Allerdings verbleiben Strukturfehler, die im
Gefüge verteilt sind, und die bruchauslösend wirken können. Im Gegensatz zur Gauss’schen
Normalverteilung kann über die von Wallodi Weibull 1937 entwickelte Statistik die asymmetrische Werteverteilung, wie sie z. B. bei der Messung der Festigkeit von Keramik auftritt, gut
beschrieben werden. Mit einem Weibull-Modell kann der Zusammenhang zwischen Größe,
Geometrie, Belastungsart, statistischer Fehlerverteilung in den Volumen- bzw. Oberflächenelementen und der Bruchwahrscheinlichkeit geschaffen werden.
Je homogener eine Keramik hergestellt werden kann, um so sicherer kann sich der Anwender
über die Konstanz der Biegefestigkeit sein. Beim Weibull-Modul ermittelt man letztlich, wie
groß die Streuung z. B. der Festigkeit einer bestimmten Keramik ist. Je geringer die Streuung,
um so größer ist der Weibull-Modul m.
Da die Anzahl möglicher Fehlstellen in einem keramischen Gefüge vom Bauteilvolumen
abhängt, ist bei Berechnungen das belastete Volumen zu berücksichtigen. Nach der WeibullStatistik ergibt sich über die Volumenrelation folgende Bauteilfestigkeit im Vergleich zu normierten Probekörpern:
• Der Weibull-Modul ist
ein Maß für die Festigkeitsstreuung einer
Keramik.
σ Bauteil = σ Probe (VProbe/VBauteil) 1/m
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1,2
σ Bauteil / σ Probe
m = 20
m = 10
m=5
1
1
0,79
0,8
0,6
0,63
0,63
0,4
0,4
0,5
0,4
0,2
0
1
0,25
0,16
Der Vergleich gilt nur für vergleichbare
Belastungsbedingungen!
0,06
100
10000
1.000.000
VBauteil/VProbe
Abb. 1.3.6: Zusammenhang zwischen Bauteilgröße, Weibull-Modul m und Festigkeit
Risszähigkeit
Die Risszähigkeit beschreibt die Fähigkeit der Keramik, Risse an ihrem Fortschreiten zu hindern. Je langsamer ein Riss wächst, der unter Zugspannung gerät, um so günstiger ist dies für
die Langzeitfestigkeit. Dabei wird der sogenannte Spannungsintensitätsfaktor KI berücksichtigt, der angibt bei welcher Spannung σ ein scharfer Anriss der Länge l sich erweitern wird.
Bei diesem Versuch wird häufig ein standardisierter Vierpunktbiegeversuch eingesetzt, wobei
in der Zugzone ein definierter Anriss erfolgt.
K IC [MPa • m]
Abb. 1.3.7: Versuchsaufbau zur Ermittlung
der Risszähigkeit
• Die Risszähigkeit ist
der Widerstand, den die
Keramik der Ausbreitung eines Risses entgegen stellt.
16
Der Spannungsintensitätsfaktor hängt von der Belastung, der Probengeometrie und dem Rissmodell ab. Der Index „I“ beschreibt die Rissöffnung bei einer senkrecht zum Riss angreifenden
Belastung, also bei einer reinen Zugspannung. Sie ist der für Keramiken gefährlichste Belastungsfall, weil die Rissflanken auseinander gezogen werden.
Der kritische Spannungsintensitätsfaktor KIC stellt den Wert dar, bei dem instabiles Risswachstum auftritt, d. h. das Risswachstum kann auch nicht mehr durch Entlastung gestoppt werden.
Er ist der Widerstand, den der Werkstoff der Ausbreitung eines vorhandenen scharfen Anrisses
entgegenstellt. Obwohl auch der Wert von KIC methodenabhängig ist, stellt diese Kenngröße
eine echte Werkstoffkonstante dar.
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Risszähigkeit von Dentalwerkstoffen
9
8
7
6
5
KIC
4
3
2
1
0
elz
hm
c
S
s
8
1
2
A
in
nia AI 2O 3
ina
Gla MK 6 MM Dent pres pres
P
um Zirco
l
V
m
m
A
E
E
mmera -Cera
C
In
In-
2
ZrO
Abb. 1.3.8: Risszähigkeit verschiedener Werkstoffe
Dauerfestigkeit
Jeder Werkstoff altert, nicht nur in der Zahnmedizin, sondern überall. Es darf also nicht nur die
Anfangsfestigkeit gemessen und in Betracht gezogen werden, sondern es muss auch überprüft
werden, wie sich ein Werkstoff unter dem Einfluss von Belastung und Zeit verändert. Dafür
kann eine bruchstatistische Vergleichsgröße über ein sogenanntes S (strength), P (probability),
T (time) –Diagramm ermittelt werden (Abb. 1.3.9).
Diese Vergleichsgröße dient zum Abschätzen des Dauerfestigkeitspotenzials und der Bewertung von unterschiedlichen keramischen Materialien.
SPT-Diagramm, Lava™ Frame
Bruchwahrscheinlichkeit [%]
99
90
n = 50,1
m = 10,5
σ0 = 1345 MPa
5a 1a
1d
1h 1min
1s
70
50 600
30
700
800
900
1000
1100
1200
1300 1400
615 MPa
10
2
Ausfallwahrscheinlichkeit 2%
Belastung [MPa]
Abb. 1.3.9: SPT-Diagramm für Lava™ Zirkoniumdioxid:
Weibullfestigkeit: σ0 = 1345 MPa
Weibull-Modul: m = 10,5
Bei einer statischen Belastung von 615 MPa über 5 Jahre (5a) kommt es nur zu einer Ausfallwahrscheinlichkeit von 2 %. Glaskeramiken und infiltrierte Keramiken sind dagegen durch
geringere Werte (< 150MPa) gekennzeichnet.
17
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1.4 CAD/CAM-Technologie in der Zahnmedizin
Grundsätzliche Überlegungen
• Qualitätssteigerung des
Gefüges durch prozesskontrollierte industrielle Fertigung führt
zu mehr klinischer
Sicherheit.
Hochleistungskeramikpulver sind mit den klassischen Einrichtungen und Techniken eines
Dentallabors nicht korrekt zu verarbeiten. Das Gefüge einer Keramik bestimmt maßgeblich die
Qualität und die Gesamtfestigkeit. Eine gleichmäßige und kontrollierte Gefügestruktur kann
durch den einzelnen Zahntechniker als „Hersteller“ einer Keramik nicht garantiert und geliefert
werden.
Deshalb macht es Sinn, die als Metallersatz gedachte hochfeste Strukturkeramik industriell herzustellen. Nur im industriellen Maßstab lässt sich eine gleichmäßige, kontrollierte Gefügequalität
garantieren. Damit sind sowohl Zahntechniker als auch Zahnarzt von diesem Problem befreit
und müssen sich „nur noch“ um die korrekte Materialverarbeitung und die Ästhetik kümmern.
Verschiedene Konzepte – ein Ziel
Selbst zahlreiche Legierungshersteller haben erkannt, dass im „weißen Stahl“ mittlerweile
Potenziale stecken, metallische Legierungen auch bei Brückenersatz zu ersetzen.
So verfolgen alle renommierten Dentalhersteller in zahlreichen Ansätzen unterschiedliche
Konzepte, die letztlich das gleiche Ziel haben: Die Gerüstkeramiken mit hoher Festigkeit
möglichst optimal zu verarbeiten.
CAD: Computer Aided Design
Die meisten Systeme arbeiten mit einer CAD-Komponente, d.h. das komplette Gipsmodell
wird mittels lichtoptischer Verfahren eingescannt, digitalisiert und der Zahnersatz am Bildschirm konstruiert.
• CAD: Erzeugung eines
virtuellen „Gipsmodelles“ zur Konstruktion
des Zahnersatzes
Abb. 1.4.1: Automatisches
Abb. 1.4.2: Konstruktion von
Abb. 1.4.3: Lava Form com-
Scannen eines Sägemodel-
Zahnersatz am Bildschirm
putergesteuerte Fräsmaschi-
les (Bsp. Lava™ Scan)
(Bsp. Lava System)
ne (CAM)
CAM: Computer Aided Manufacturing
• CAM: Standardisierte
gleichmäßige Materialverarbeitung mit
höchster Qualität
18
Wie auch für den CAD-Bereich gibt es im CAM-Bereich unterschiedliche Konzepte.
Ein Hauptunterschied ist – neben der Anzahl der Fräsachsen sowie des Werkstoff- und Werkzeugmagazins – die Bearbeitung des vollständig dichtgesinterten oder des vorgesinterten Materials. Daraus resultiert eine 1:1-Fräsung, d.h. das Endmaß der Restauration ist nach dem Fräsvorgang bereits erreicht (Bearbeitung des dichtgesinterten Materials), oder der Schrumpfungsfaktor eines nachträglichen Sinterbrandes muss mit eingerechnet werden (Bearbeitung des
vorgesinterten Materials).
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Die Verarbeitung von Zirkoniumdioxid
Wie von J. Tinschert beschrieben wird (Kapitel 2), bietet das Zirkoniumdioxid als Gerüstwerkstoff für die dentalen Zwecke überragende Eigenschaften: Neben der hohen Eigenfestigkeit
(Biegefestigkeit, Risszähigkeit) ist die Transformationsverfestigung zu nennen, die einen
zusätzlichen Sicherheitsfaktor darstellt, den man auch umgangssprachlich als „Airbag-Effekt“
bezeichnen kann, da sich die teilstabilisierten Zirkoniumdioxidteilchen schlagartig nach einem
Riss „aufblasen“, wenn sie sich von der tetragonalen in die monokline Phase umwandeln.
Gerade das Zirkoniumdioxidpulver lässt sich aber mit den herkömmlichen Mitteln des Dentallabors nicht verarbeiten, so dass der Einsatz von CAD/CAM-Technologie für dieses Material
eine unabdingbare Notwendigkeit darstellt.
Zwei wesentliche Verarbeitungs- und damit auch Werkstoffkonzepte werden dabei verfolgt:
A. Fräsung bereits durchgesinterter Keramik
B. Weißkörperverarbeitung
C. Weitere Verfahren
A. Fräsung durchgesinterter, „gehipter“ Keramik
(HIP – Keramik = hot isostatically pressed)
Der Werkstoff
Dieses Zirkoniumdioxid ist gehipt, d.h. beim Sinterbrand wird von allen Seiten hoher Druck
(isostatischer Druck) auf das Keramikpulver ausgeübt, so dass die bestmögliche Verdichtung
und Gefügequalität erzielt werden. Diese Keramik zeichnet sich durch annähernde Poren- und
Defektfreiheit aus, hat Biegefestigkeitswerte von bis zu 1200 MPa und verfügt durch die annähernde Porenfreiheit über eine sehr gute Transluzenz.
Die Verarbeitung
Die überragenden Festigkeitseigenschaften fordern ihren Tribut bei der Verarbeitung. Es müssen technisch aufwändige Fräsmaschinen herangezogen werden, da eine hohe Verwindungssteifigkeit erforderlich ist. Die Fräsung ist nur mittels Diamantwerkzeugen möglich, zusätzlich ist
eine Flüssigkeitskühlung unabdingbar, um Überhitzungen im Werkstoff zu vermeiden. Die
Fräszeiten sind durch die hohe Festigkeit sehr lang (bis zu 6 Stunden für eine dreigliedrige Brücke) und die fräsbaren Strukturen müssen einen Mindestdurchmesser von 0,8 mm haben, da
die Fräswerkzeuge nicht beliebig klein gestaltet werden können.
Systembeispiele: DCS, Digident, Everest
B. Weißkörperverarbeitung
Der Werkstoff
Bei diesen Zirkoniumdioxidblocks handelt es sich um noch nicht vollständig durchgesintertes
Zirkoniumdioxid, so dass die angestrebte Endfestigkeit noch nicht erreicht ist. Damit besteht
eine gewisse Restporosität, die durch eine anschließende Sinterung beseitigt wird.
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Die Verarbeitung
Diese Keramiken können mit weniger kostenintensiven Werkzeugen (Hartmetallfräsen) verarbeitet werden. Eine zusätzliche Kühlung ist ebenfalls nicht erforderlich.
Werkstofftechnologisch sind bei der anschließenden Sinterung höchste Anforderungen zu erfüllen, da eine gleichmäßige Schrumpfung in allen Raumrichtungen unabdingbare Voraussetzung
für eine gute Passgenauigkeit ist. Diese Verfahrenstechnik ist zumindest für 3-4-gliedrige Brücken zur Zufriedenheit gelöst.
Bei den Keramiken der Weißkörperverarbeitung muss zwischen Datenerfassung im Rechner,
Konstruktion und Fräsung noch ein Rechenschritt eingebaut werden, in dem mit Hilfe der
jeweiligen spezifischen Materialparameter, die auf jedem Block in einem Bar-Code dokumentiert sind, die Restauration entsprechend vergrößert wird, um die anschließende Sinterschrumpfung exakt zu kompensieren.
Systembeispiele: Lava™, Cercon, Vita YZ-Cubes (Cerec Inlab)
C. Weitere Verfahren
Bei CAD/CAM gefertigten infiltrierten Keramiken werden poröse, nicht durchgesinterte Keramiken verarbeitet und anschließend, um eine Schrumpfung zu vermeiden, die poröse Struktur
mit Glas infiltriert (Beispiel: In-Ceram-Verfahren). Die ursprünglichen Festigkeitsdaten des
reinen Zirkoniumdioxids oder auch Aluminiumoxids werden aber durch den relativ hohen
Glasanteil nicht mehr erreicht.
Fazit:
Diese kurze Darstellung kann nur eine Momentaufnahme der augenblicklichen Entwicklung
sein. Nahezu täglich werden Verbesserungen im Bereich der computergestützten Konstruktion
von Zahnersatz (CAD) sowie deren anschließende Umsetzung (CAM) durchgeführt.
Der Stand der Technik ist aber schon so gut, dass die Praxisreife gewährleistet ist.
• „Nicht Kunst und
Wissenschaft allein –
Geduld will bei dem
Werke sein“ (Goethe)
20
Eines ist aber auch hier anzumerken:
Es gibt auf diesem Sektor der Computertechnologie kein Plug-and-Play. Auch bei diesen neuen
dentalen Verfahren sind weiterhin zahntechnisches und zahnärztliches Grundverständnis gefordert sowie die Geduld, sich auf diese Technologie einzulassen und sich Schritt für Schritt an das
Optimum heranzutasten. Den perfekten Zahnersatz nur auf Knopfdruck aus der Maschine wird
es auch in Zukunft nicht geben.
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1.5 Keramikgerechtes Planen und Konstruieren
Generelle Überlegungen
Das Konstruieren mit und die Verarbeitung von vollkeramischen Systemen unterscheidet sich
fundamental von der Anwendung metallischer Legierungen. Deren Handhabung ist man
gewohnt und deshalb versucht, bewährte Verarbeitungsstrategien und Konstruktionen der
Metalle auf die Keramik zu übertragen. Damit wird aber der langfristige Erfolg gefährdet, da
bei der keramikgerechten Konstruktion andere Gesetzmäßigkeiten zu beachten sind.
Die umfangreichen Möglichkeiten und die Vielzahl der verfügbaren vollkeramischen Systeme
machen eine sorgfältige präprothetische Diagnostik und Planung unabdingbar, denn danach
richten sich auch Präparation und Konstruktion des Zahnersatzes. Neben den Wünschen und
Vorstellungen des Patienten erfolgt die Planung von vollkeramischen Restaurationen auch nach
einigen physikalischen und anatomischen Gegebenheiten, die berücksichtigt werden müssen.
Folgende Überlegungen sind anzustellen, um eine indikations- und werkstoffgerechte Verarbeitung der Keramik zu gewährleisten:
Welche Restaurationen sind geplant?
Wie umfangreich ist der bestehende Substanzverlust?
Wo endet die Präparationsgrenze?
Handelt es sich um Einzelzahnrestaurationen oder Brückenversorgungen?
Sind die Restaurationen im Front- und/oder Seitenzahnbereich?
Abschätzung der einwirkenden Kräfte:
Bestehen Abrasionen/Attritionen?
Wie sind die Essgewohnheiten des Patienten?
Welche Kraftentwicklungen zwischen den Zähnen können erwartet werden?
Sind Anzeichen für Parafunktionen und Bruxismus vorhanden?
Wie ist die Belastungsverteilung: Analyse der statischen und dynamischen Okklusion.
Wie soll die Restauration befestigt werden? Kleben oder Zementieren? (s. Kap 1.11)
Ästhetik:
Sind Stellungsänderungen erwünscht?
Sind Zahnsubstanzverfärbungen vorhanden, die abgedeckt werden müssen?
Welchen Transparenz- und Transluzenzgrad haben die natürlichen Zähne?
Wieviel sieht man von den Zähnen?
21
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Keramiken und Gläser: Spröde Werkstoffe
Der wesentliche Gesichtspunkt bei der Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften von
Keramiken und Gläsern ist, wie schon erwähnt, dass sich auf atomarer Ebene die Bindungen in
einem Keramikgefüge deutlich von einem Metallgefüge unterscheiden.
Die Bindungskräfte der Keramiken sind sehr hoch und erlauben keine Verschiebung oder gar
Neubindung im Frakturfall unter Raumbedingungen. Daraus resultiert das bereits beschriebene
Sprödbruchverhalten (Abb. 1.5.1). Anders hingegen die Metalle, die bei Überschreiten der Elastizitätsgrenze nicht sofort frakturieren, sondern sich bis zu einem gewissen Grade plastisch verformen können und somit eine Art ‚Puffer’ bei kurzzeitigen Spitzenbeanspruchungen aufweisen.
Abb. 1.5.1: Illustration des unterschiedlichen Verhaltens metallischer und keramischer Werkstoffe: Metalle sind plastisch verformbar, Keramiken haben nur eine geringe Bruchdehnung.
Zug und Druck
• Zugspannungen
vermeiden
Ein wesentlicher Aspekt, in dem sich somit alle Keramiken und Gläser gleichen, ist die Anfälligkeit auf Zug-/Biegespannungen bei gleichzeitig hohen Druckfestigkeiten. Die Biegebelastbarkeit beträgt nur ein Zehntel bis zu einem Drittel der jeweils aufbringbaren Druckbelastung.
Damit sind Zugspannungen in einer Keramikkonstruktion unbedingt zu reduzieren bzw. ganz
zu vermeiden, Druckbeanspruchungen durch entsprechende konstruktive Maßnahmen hingegen zu fördern.
Das Beispiel der Abb. 1.3.2 mit der Keramikfliese verdeutlicht, dass dasselbe Bauteil sogar bei
geringerer Belastung, aber ungünstigerer Lasteinleitung schon in kurzer Zeit brechen kann.
Keramisch denken bedeutet also immer:
Wo können Zug-/Biegebeanspruchungen entstehen?
Wie hoch ist die maximale Lasteinleitung, die ggf. die Eigenfestigkeit überschreitet? Im dentalen Fall bedeutet dies, anamnestisch abzuschätzen, wie hoch die Kaubelastung des jeweiligen
Patienten ist, in dem man ihn z. B. nach seinen bevorzugten Speisen fragt bzw. was er alles beißen kann. Anhand des Abrasionsgrades des Gebisses in Relation zum Lebensalter kann man
abschätzen, ob eine übermäßige Belastung vorliegt oder nicht.
Welche konstruktiven Maßnahmen sind erforderlich, um möglichst eine
Druckbeanspruchung auf die Keramik zu erzielen?
22
Eine gute, keramikgerechte Planung und Konstruktion zeichnet sich dadurch aus, dass die vorteilhaften Eigenschaften des Werkstoffes möglichst optimal genutzt werden und seine Nachteile
durch entsprechende Gestaltungsmaßnahmen gar nicht oder nur abgeschwächt zum Tragen
kommen. Im Gegensatz zur allgemeinen Technik, in der Hochleistungskeramiken verwendet
werden, und bei der relativ frei konstruiert werden kann, hat die medizinische Anwendung eine
große Limitation: Der zur Verfügung stehende Platz ist anatomisch bedingt vorgegeben und die
Konstruktion nicht frei skalierbar. Dies erhöht natürlich die Anforderungen an die Konstruktion, an den Zahnarzt wie den Zahntechniker, die die Materialeigenschaften optimal ausnutzen
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müssen. Dabei kann der Zahntechniker immer nur so gut konstruieren wie es die Präparation
und die Vorbereitung der Zähne zulassen.
– Dies bedeutet, dass gleichmäßige Schichtstärken, wenn irgend möglich, realisiert werden
sollten. Die axialen Gesamtwandstärken sollten nach zu erwartender Belastung zwischen
0,8 mm (UK-Frontzahnbereich) bis 1.5 mm (Krone als Brückenanker im Molarenbereich) ausgewählt werden.
– Dies bedeutet, dass scharfe Winkel, Ecken, Kanten und abrupte Querschnittsänderungen
unbedingt vermieden werden müssen.
– Dies bedeutet, dass komplizierte Formgebungen vermieden werden sollten. Klaren, einfachen Linien ist der Vorzug zu geben. Statt mehrerer Ausläufer bei einem Inlay ist z. B.
zu überlegen, ob nicht eine Teilkronenausführung die sinnvollere Lösung ist, auch wenn
etwas mehr Substanz geopfert werden muss. Vorteile liegen aber sicher in der einfacheren Herstellung und einer effektiv kürzeren Nahtstelle zwischen Zahn und Restauration
(Randlänge) (Abb. 1.5.2).
– Dies bedeutet bei Brückenzahnersatz, dass genügend Platz für eine ausreichende Konnektorstärke besteht. Dieser Bereich ist sozusagen die „Achillesferse“ der vollkeramischen Brücke, da sich hier Zugspannungen konzentrieren (Abb. 1.5.3).
• Gleichmäßige
Schichtstärke
• Scharfe Winkel
vermeiden
• Klare Formen
• Konnektor korrekt
dimensionieren
Abb. 1.5.2: Inlay vs. Teilkrone: Komplizierte Formen wurden vereinfacht.
Abb. 1.5.3 a: Finite-Elemente-Analyse einer Brücke zum
Ersatz des ersten unteren
Molaren. Die Brücke wurde
am Brückenglied mit 500 N
unter 90° Lasteinleitung
belastet. Zugspannungen
konzentrieren sich auf der
gingivalen Konnektorseite.
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Abb. 1.5.3 b: Schnitt durch eine Frontzahnbrücke zum Ersatz des seitlichen Schneidezahnes.
Die Lasteinleitung betrug 250 N in 45°-Winkel palatinal auf das Brückenglied. Berechnet
wurde für eine Keramik mit einer Biegefestigkeit von 400 MPa. Man erkennt, dass auf der
rechten Seite bei einer Konnektorhöhe von nur 2 mm die Zugspannungen bis in den Grenzbereich wachsen können, während bei gleicher Last und 3 mm Konnektorhöhe keine Spannungsüberhöhungen auftreten (ca. 80-100 MPa).
Konstruktion des idealen Konnektorbereiches
• Konnektorhöhe
maximieren
Die Mindesthöhe der Konnektoren von 3 mm bei Zirkoniumdioxidkeramik und 4 mm bei
Glaskeramiken muss erreicht werden, da die Höhe in der dritten Potenz zur Festigkeit beiträgt.
Der anatomisch zur Verfügung stehende Platz sollte zugunsten der Sicherheit ausgenutzt werden, und die Gerüstkeramik deshalb in maximal möglicher Stärke konstruiert werden. Die
Okklusion und die interdentale Hygienefähigkeit dürfen aber nicht beeinträchtigt werden.
Gleichwohl muss klinisch auch die erwartete Lasteinleitung abgeschätzt werden.
Mögliche Faktoren:
Hier spielen
der Abrasionsgrad der natürlichen Bezahnung,
der Tonus der Kaumuskulatur,
das bevorzugte Kaugut,
die Physiognomie und der Restzahnbestand,
sowie die angestrebte Konstruktion
eine Rolle.
Nicht bei jedem Patienten sind Kaukräfte von 1000 N zu erwarten, so dass es durchaus akzeptabel sein kann, in einigen Fällen von den Maximalstärken geringfügig abzuweichen.
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1.6 Keramikgerechtes Präparieren
Grundsätzliche Überlegungen
Die Präparation des Zahnes durch den Behandler ist eine wesentliche Voraussetzung, dass der
Techniker auch wirklich keramikgerecht konstruieren kann. Hier ist ein enges Zusammenspiel
von Zahnarzt und Zahntechniker unabdingbar, das gegenseitiges Verständnis und Verständnis
für den Werkstoff voraussetzt.
Die Präparation stellt das Fundament für eine erfolgreiche Rekonstruktion dar. Dabei muss
folgender Grundsatz verfolgt werden:
So viel wie nötig (material- und funktionsgerecht) und so wenig wie möglich (substanzschonend und mikroinvasiv).
• So viel wie nötig, so
wenig wie möglich
So viel wie nötig...
Alte überkommene Vorstellungen aus der Jacketkronenzeit mit ihren physikalisch minderwertigen Keramiken implizieren ausgeprägte eckige Stufenpräparationen und scharfkantige Übergänge. Nicht selten endeten solche Präparationen in der Devitalisation des Zahnes (Abb. 1.6.1).
Abb. 1.6.1: Empfohlene Jacketkronenpräparation 1962
... so wenig wie möglich:
Moderne Hochleistungskeramiken wie auch die Glaskeramiken der neuesten Generation benötigen nicht länger eine derart ausgeprägte Substanzreduktion. Diese ist einerseits von der Werkstoffauswahl abhängig, andererseits aber auch vom Befestigungskonzept bzw. dem Umfang der
vorgefundenen Substanzschädigung. Möglicherweise noch vorhandener Schmelz erlaubt eine
adhäsive Befestigung, während bei einer klassischen Kronenpräparation durchaus klinische
Vorteile in der konventionellen Befestigung mit Zementen gesehen werden (s. Kap. 1.11).
Wenn zudem die erwähnten Grundregeln keramikgerechten Konstruierens beachtet werden,
sind die besten Voraussetzungen für langlebige Restaurationen gegeben.
Schaffung horizontaler Flächen
Horizontale Flächen bzw. Flächen, die senkrecht zur Krafteinleitung stehen, nehmen Drucklasten auf. Eine Hohlkehl- bzw. eine Stufenpräparation erfüllen diese Forderung (siehe auch
klinischer Fall mit Lava™ Kronen und Brücken, Kapitel 3).
Im Frontzahnbereich sind zusätzlich die Neigung der Schneidekante zum Antagonisten sowie
die präparatorische Nachempfindung der Konkavität der Palatinalfläche unabdingbare Maßnahmen, damit der Antagonist möglichst senkrecht auf die jeweilige Fläche trifft (Abb. 1.6.2).
Präparationsformen:
• Hohlkehle
• Stufe mit abgerundetem Innenwinkel
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Falsch!
Richtig!
Abb. 1.6.2 a: Falsch! Fehler
Abb. 1.6.2 b: Richtig! Abge-
bei der Präparation: Scharfe
rundete Ecken und Kanten,
Übergänge, keilförmige Prä-
angestrebte Präparation.
paration.
Gleichmäßige Substanzreduktion an den Axialflächen
• gleichmäßige axiale
Schichtstärken sind zu
bevorzugen
Die Erzielung gleichmäßiger axialer Schichtstärken ist eine gute Voraussetzung für eine möglichst gleichmäßige Spannungsverteilung innerhalb der Konstruktion. Deshalb ist durch die
Verwendung von Orientierungsrillen, Rillenschleifern und Silikonschlüsseln ein gleichmäßiger
Substanzabtrag zu kontrollieren.
Außerdem ist es bei gleichmäßiger Schichtstärke wesentlich einfacher, die gewünschte Zahnfarbe und Transluzenz zu realisieren. Ungleichmäßige Wandstärken, insbesondere z. B. bei
Veneers, stellen ungleich höhere Anforderungen an den Zahntechniker, die vermieden werden
können.
Die Rolle der Aufbaufüllung
Aus diesen Gründen ist es auch sinnvoll, bei Bedarf eine Aufbaufüllung zu legen, um dem
Zahnstumpf seine anatoforme Gestalt zurückzugeben und damit gleichmäßige Materialstärken
zu gewährleisten (Abb. 1.6.3).
Als Aufbaumaterialien bieten sich heute bei kleinen Defekten die verstärkten Glasionomerzemente an, da sie preiswerter als Komposite sind. Je größer der Defekt aber ist (mehr als 1/3 der
Zahnkrone) oder je mehr Höcker bzw. Schneidekanten aufgebaut werden müssen, um so mehr
sind heute die Aufbaumaterialien auf Kompositbasis empfehlenswert, da mit den modernen
Dentin-Bonding-Verfahren auch eine Haftung am Dentin erreicht wird.
Abb. 1.6.3 a: Ausgeprägte Substanzreduk-
Abb. 1.6.3 b: Durch die Schaffung eines
tion nach Kariesexkavation. In diesem Fall ist
gleichmäßigen Stumpfes sind auch
eine Kompositaufbaufüllung sinnvoll.
werkstoffgerecht günstige Materialwandstärken garantiert.
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Anatoforme Reduktion
Anatoforme Reduktion bedeutet die Nachempfindung der Konturen der ursprünglichen Zahnkrone, allerdings mit der Ausnahme, dass bei der Kronenpräparation der größte Umfang vom
anatomischen Äquator in die Höhe des marginalen Randsaumes gelegt wird. Sehr häufig wird
bei Frontzähnen die palatinale Konkavität vergessen, was zu plumpen unförmigen Restaurationen führt (Abb. 1.6.4).
Abb. 1.6.4: Präparation der
• Nur die anatoforme
Substanzreduktion
bietet die besten
Voraussetzungen für
erfolgreiche
Vollkeramikarbeiten.
palatinalen Konkavität mit
dem speziellen Palatinalschleifer.
Im Seitenzahnbereich ist insbesondere wichtig, dass die Reduzierung der Kaufläche so erfolgt,
dass die reduzierten Höckerspitzen auch wieder auf der ursprünglichen Höckerlinie zu liegen
kommen, um eine gleichmäßige Schichtstärke im Höckerbereich realisieren zu können.
Auch der Verlauf der Zentralfissuren sollte angelegt sein. Dies gewährleistet nicht nur die angestrebte gleichmäßige Materialstärke, sondern auch eine bessere Rotationsstabilität insbesondere
bei Prämolaren, im Vergleich zu einer planen Okklusalfläche (Abb. 1.6.5).
Abb. 1.6.5: Gezielte anatoforme Präparation für optimale Wandstärken und harmonische
Restaurationsformen. Die definitive Formgebung erfolgt mit Feinkorndiamanten.
Abrundung von Ecken und Kanten
Im Mund ist alles rund!
Übergänge müssen subtil gerundet werden. An scharfkantigen spitzwinkligen Übergängen treten
Spannungsüberhöhungen auf, die leichter zu einem Versagen der Konstruktion führen können.
Ein Kantenbrechen ist bei Kronenpräparation gut möglich, in dem z. B. ein mit niedriger Drehzahl (8000 U/min bei 1:2 Untersetzung) laufender grober Silikonkelch kurz über die Kanten
geführt wird. Aber: Keine Stumpfpolitur!! (Abb. 1.6.6)
• „Im Mund ist alles
Rund!“
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• Kanten brechen –
nicht polieren
Abb. 1.6.6: Bei niedriger Drehzahl (8000 U/min) können die
Kanten mit einem groben Silikonpolierer einfach gebrochen
werden.
Insbesondere bei CAD/CAM-hergestelltem Zahnersatz muss auf die Rundung der Kanten Wert
gelegt werden, da zu spitze Winkel durch die Werkzeuge der Schleifmaschinen nicht dargestellt
werden können (Abb. 1.6.7 siehe auch klinischer Fall, Kapitel 3).
nicht optimale Passung
• Spitze Winkel können
frästechnisch nicht
realisiert werden
unter sich gehende Stellen
vermeiden
Abb. 1.6.7: Die Kanten und Übergänge müssen mindestens
dem Radius der Schleifkörper in den Fräsmaschinen entsprechen.
Das Finieren intrakoronaler Präparationen (Kastenwände und -böden) sollte mit walzenförmigen Feinkorndiamanten mit abgerundeten Ecken durchgeführt werden. Damit wird ein optimaler Kompromiss zwischen Passgenauigkeit der Restauration einerseits sowie einer gewissen
notwendigen Rautiefe der Oberfläche andererseits erzielt (Abb. 1.6.8).
Abb. 1.6.8: Finieren intrakoronaler Kästen
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Präparationsinstrumente
Formkongruenz erzielen:
Nur wenn die angestrebte Präparationsform auch mit der des entsprechenden Präparationsinstrumentes übereinstimmt, ist ein rationelles und zügiges Verfahren möglich.
Neben den klassischen rotierenden Instrumenten gibt es mittlerweile eine Reihe von oszillierenden, nicht rotierenden und einseitig belegten Instrumenten, die sich bewährt haben.
Gerade bei der Präparation von Inlays und Teilkronen kann man z.B. durch die Verwendung von
SonicSys-Instrumenten (s. Abb. 1.6.9) schnell und zügig die gewünschte Mindestmaterial- und
Konnektorstärke realisieren und sicher Unterschnittsbereiche im Approximalraum vermeiden.
Daneben ist eine bestmögliche und einfach erreichbare Schonung des Nachbarzahnes möglich,
so dass iatrogene Schäden vermieden werden können.
Abb. 1.6.9: Präparation des approximalen Kastens mit dem
SonicSys-System, hier Instrument Nr. 4
Präparation für Teilrestaurationen (Inlays, Onlays)
Durch die Vorzüge der adhäsiven Befestigung im Schmelz durch Schaffung eines Verbundsystemes können seit über 15 Jahren selbst physikalisch schwache Keramiken der ersten Generation dauerhaft als Füllungsmaterial eingesetzt werden. Der Vorteil gegenüber den klassischen Teilrestaurationen besteht neben der perfekten Imitationsmöglichkeit des Zahnes im adhäsiven Verbund und der Stabilisierung der verbliebenen Restzahnsubstanz, so dass erst bei ausgedehnteren
Defekten die Indikation für eine Höckerfassung und zirkuläre Präparation gestellt werden muss.
Abbildung 1.6.10 zeigt eine sicher grenzwertige Lösung, die aber schon mehr als 9 Jahre in
situ ist. Zirkulär ist überall noch Schmelz vorhanden, so dass der adhäsive Verbund gesichert
ist. Dadurch kann die Präparationsgrenze parodontal günstig supragingival bleiben. Bei klassischer Vorgehensweise, mit Aufbaufüllung und Krone, muss die Präparationsgrenze dagegen
tiefer gelegt werden, was parodental und abformtechnisch Nachteile mit sich bringt.
Abb. 1.6.10: Teilrestaurationen 45-47 sowie
eine Vollkrone 44: Letztere wurde zementiert,
der Rest adhäsiv befestigt. Vorteil der konservierenden Vorgehensweise: Supragingivale Grenzen mit entsprechenden klinischen
Vorteilen: Pa-Hygiene, Abformung, Randkontrolle, Befestigung
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Lage der Präparationsgrenzen
• Biologische Breite
einhalten!
Der Abstand der Schmelz-Zement-Grenze zum Limbus alveolaris beträgt physiologischerweise
2–3 mm (Biologische Breite). Dieser Abstand ist auch mit dem Rand der Restauration in
Bezug auf den Limbus alveolaris einzuhalten. Geschieht dies nicht, kommt es zu pathologischen Knochenabbauprozessen, die nicht kontrollierbar sind. Zu tief subgingival zu liegen
kommende Präparationsgrenzen sind somit generell, insbesondere aber bei adhäsiv einzusetzenden Teilrestaurationen problematisch. Sie können nicht mittels Kofferdamgummi von der
Feuchtigkeit der Mundhöhle isoliert werden. Überschüsse von Befestigungskomposit sind nicht
kontrolliert entfernbar, was bei diesem Werkstoff besonders problematisch ist, und die abschließende Politur des Restaurationsrandes ist bei tief subgingivaler Lage nicht möglich.
Aus diesem Grunde sind kleinere parodontal-chirurgische Maßnahmen notwendig, um die biologische Breite zu wahren und die Übersichtlichkeit zu gewährleisten. Durch die Anwendung
metallfreier Keramiken ist dies auch einfach möglich, da kein grauer Metallrand versteckt
werden muss. Zudem erleichtert man sich als Behandler die Abformung und Befestigung des
Zahnersatzes.
Häufig reicht eine einfache Gingivektomie aus, um die Ränder frei zugänglich zu machen.
In schwierigeren Fällen ist ggf. auch eine chirurgische Kronenverlängerung mit Entfernung von
Anteilen des Limbus alveolaris notwendig (Abb. 1.6.11).
Abb. 1.6.11: Teilweise schonende Entfernung des Limbus alveolaris mit einem
Rosenbohrer nach Inzisalschnitt und Bildung
eines Mukoperiostlappens.
Entscheidungshilfe für prärestaurative Chirurgie:
Lässt sich ein Retraktionsfaden nicht sicher unterhalb der definitiven Präparationsgrenze platzieren, ist eine partielle Ostektomie unabdingbar.
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1.7 Restaurationsspezifische Präparation
Teilrestaurationen (Inlays, Onlays)
Okklusionsanalyse
Vor Beginn der Präparation muss die Analyse der statischen und dynamischen Okklusionskontakte erfolgen, um ausreichend und gezielt Platz schaffen zu können.
Es empfiehlt sich auch, die bestehenden Okklusionskontakte mit einem wasserfesten Stift als
Orientierung für die Dauer der Präparationssitzung zu markieren, damit die Grenzflächen
(Fugen) nicht in diesen Bereichen zu liegen kommen, da sonst eine ungleichmäßige Abrasionsgefahr mit einem erhöhten Verschleiß in der Fuge die Schwächung der Keramik und damit eine
Fraktur nach sich ziehen kann.
Eine okklusale Mindeststärke der Keramik von 1,5 mm im tiefsten Bereich der Fissur muss
gewährleistet sein.
Axiale Wände
Die Präparation der Wände sollte leicht konisch (ca. 2 bis 4° nach okklusal divergierend) erfolgen. Bei keramischen Restaurationen ist eine sogenannte „Friktion“ im klassischen Sinn nicht
erwünscht, um die Restauration garantiert spannungsfrei einsetzen zu können. Dennoch sollte
der Sitz in der Weise optimiert sein, dass kein sondierbarer Spalt zwischen Inlay und Zahn
besteht.
• leicht konische Präparation der Wände
Ausdehnung
Es sollte primär rein defektbezogen präpariert werden.
Unnötig lange und verzweigte Kavitätenränder („16/18-Krone“) sollten jedoch vermieden werden, um dem Zahntechniker die Herstellung zu erleichtern. Die Passgenauigkeit und die ästhetische Anpassungsfähigkeit sind in solchen Fällen gegebenenfalls schwieriger zu optimieren.
Außerdem birgt jeder unnötige Ausläufer die Gefahr von Spannungsspitzen und Frakturen.
So kann es häufig sinnvoll sein, statt eines bukkalen oder oralen Ausläufers eine zweite
getrennte Kavität zu präparieren und diese ggf. direkt mit einer Kompositfüllung zu versorgen,
sofern die Bereiche nicht okklusionsbelastet sind (Abb. 1.7.1).
• einfache Formen
Abb. 1.7.1: Zu komplizierte Formen sollten
vermieden werden. Statt vieler Ausläufer
Inlay und Kompositfüllung
können auch ein Inlay und eine Kompositfüllung gelegt werden.
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Intrakoronale Verankerung oder extrakoronal? (Inlay vs. Onlay)
Stark überhängende approximale Inlayanteile, die nicht von der Kastenstufe abgestützt werden
(Überhang > 1.5 mm), können leichter frakturieren.
In diesen Fällen muss auf eine besonders ausgeprägte okklusale Schichtstärke Wert gelegt werden, oder es wird eine zirkuläre Fassung der betroffenen Höcker durchgeführt.
Axiale Restwandstärken der natürlichen Zahnhartsubstanz von weniger als 1 mm sind notwendig, insbesondere wenn eine starke okklusale Belastung erwartet wird. In jedem Fall gilt dies
für Molaren, bei Prämolaren sollte die individuelle Okklusionssituation sowie die zu erwartende Belastung durch den Patienten analysiert werden. Aber auch während der Zeit des Provisoriums sind zu dünne Wände stark frakturgefährdet. (Abb. 1.7.2)
Abb. 1.7.2: Präparation für eine Teilkrone
bei stärkerem approximalen Überhang
Dimensionen der Kavität (Abb 1.7.3)
Die okklusale Schichtstärke sollte 1,5 mm nicht unterschreiten. Die Breite des Inlays sollte 1/3
der Zahnbreite nicht unterschreiten, um eine ausreichende Schichtstärke zu gewährleisten.
Es muss darauf geachtet werden, dass alle Übergänge sanft und gerundet verlaufen, um Spannungsspitzen und Passungsprobleme in diesen Bereichen zu vermeiden.
Abb. 1.7.3: Mindestdimensionierung der Inlaystärken und Darstellung der Präparationsform
Randgestaltung
• Keine Federränder!
Abgerundete Übergänge!
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Grundsätzlich ist eine reine Kastenpräparation mit einer 90° Schulter anzustreben, damit eine
gleichmäßige und ausreichende Stabilität der Keramik gegeben ist.
Hohlkehl-Präparationen und leicht abfallende Stufen sind ebenfalls akzeptabel.
Federränder sind nicht indiziert, da die Frakturgefahr vor der Eingliederung erhöht ist und eine
Überkonturierung der Restauration erfolgt.
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Veneers
Indikation
Die Indikation für Veneers ergibt sich dann, wenn Farb-, Stellungs- oder Formänderungen
erwünscht sind oder aus funktionellen Gründen Substanz an nahezu kariesfreien Zähnen
ergänzt werden muss, wie z. B. palatinale Führungsflächen oder im Seitenzahnbereich okklusales Veneer (= geklebte Kauflächen).
Bei starker Verfärbung der betroffenen Zähne, insbesondere wenn es sich nur um einen Einzelzahn handelt, ist es oft schwierig, diese Verfärbung mit der nur dünnen Keramikschale abzudecken, da wenigstens eine – wenn auch dünne – Schmelzschicht bewahrt werden muss, um
einen stabilen Klebeverbund zu gewährleisten. Hier bedarf es oft großer Erfahrung seitens des
Zahntechnikers, um eine optimale Farbadaptation zu erreichen. Häufig wird daher die ganze
Front neu versorgt, was nicht unbedingt immer gerechtfertigt ist. Hilfreich kann deshalb in
diesen Fällen eine vorhergehende Bleichung verfärbter Zähne sein, um die Farbadaption zu
erhalten.
Grundsätzlich sollte wegen der nur geringen Substanzreduktion lediglich mit einem Finierdiamanten präpariert werden. Oft ist es sehr viel schwieriger, ganz gezielt nur wenig Zahnsubstanz
wegzuschleifen, als einen Zahn umfassend zu präparieren. Deshalb ist die Planung am Modell
in Zusammenarbeit mit dem Zahntechniker von enormer Wichtigkeit.
Gerade bei Stellungsänderungen muss ein Wax-up erstellt und danach das Provisorium angefertigt werden, damit die spätere Situation beurteilt werden kann. Es ist leichter, in diesem
Stadium Änderungen auf Wunsch des Patienten durchzuführen als am fertigen Veneer.
Neben der oft kostspieligen Anfertigung individueller Provisorien durch den Zahntechniker
stellen tiefgezogene Polyethylenfolien nach einem diagnostischen und planerischen Wax-up am
Situationsmodell eine ideale Alternative dar.
Abb. 1.7.4: Korrektur der Frontzahnstellung bereits mit dem Provisorium: So kann der Patient
noch Wünsche äußern bzw. sich die Änderung besser vorstellen (links neue, rechts alte
Situation)
Vor der Präparation empfiehlt es sich, die angestrebte Präparationsgrenze mit einem dünnen,
wasserfesten Stift zu markieren, um nicht zu weit subgingival zu geraten. Dies führt immer zu
Problemen beim Anlegen des Kofferdams, zu Verbundproblemen wegen schlechter Schmelzqualität (bzw. Schmelzmangel) und ggf. zu gingivalen Problemen durch Zementirritation.
Es ist auch hier wieder sehr sinnvoll, dass horizontale Orientierungsrillen angelegt werden, um
die Eindringtiefe zu markieren. Dabei kann man auf spezielle Rillenschleifer zurückgreifen
oder einfache Kugeldiamanten verwenden, deren Durchmesser bekannt sind (abzüglich des
Schaftdurchmessers erhält man die Eindringtiefe, wenn man den Diamantschaft parallel zur
Zahnachse führt). Es empfiehlt sich, horizontale Rillen anzulegen, um „Rattermarken“ bei vertikalen Rillen zu vermeiden (Abb. 1.7.5).
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• Für das Anlegen der
Rillen hat sich ein
Kugeldiamant (ISO 023)
bewährt.
Abb. 1.7.5: Markierung der angestrebten Präparationsgrenze und Anlegen von horizontalen
Rillen
Die Gingiva sollte dann schonend mit einem Faden retrahiert werden, um sie möglichst nicht
zu verletzen. Es ist immer angezeigt, eine dreidimensionale Präparationsform des Veneers zu
realisieren, d.h. auch die Fassung der Inzisalkante mit einzubeziehen bzw. die Präparation in die
Approximalbereiche auszudehnen.
Ein Veneer, dass nur auf der Vestibularfläche zweidimensional – wie eine Kontaktlinse auf dem
Auge – aufliegt, kann beim Einkleben nur schwer eindeutig positioniert werden. Ein Fixieren in
einer auch nur leicht verrutschten Position zerstört das gesamte Ergebnis und zieht eine teure
Neuanfertigung nach sich.
Kronen
Rolle der Aufbaufüllung
Aufbaufüllungen müssen immer gelegt werden, um einfache Strukturen zu realisieren. Unnötige zusätzliche Ecken und Kanten, die nach reiner Exkavation der Karies verbleiben, erschweren das Erreichen einer sehr guten Passgenauigkeit. Aber auch das ästhetische Erscheinungsbild
wird durch ungleichmäßige Schichtstärken der Restauration beeinflusst. Es ist für den Zahntechniker sehr schwer, einen ähnlichen Transluzenzgrad des Lichtes in der Keramik zu erreichen, wenn diese einmal 2–3 mm Schichtstärke hat und gleich daneben nur 0,8 mm. Deshalb
ist gerade im Frontzahnbereich das Legen einer (zahnfarbenen) Aufbaufüllung unabdingbar.
Im Seitenzahnbereich sind die ästhetischen Anforderungen nicht ganz so hoch. Hier ist zwar
aus materialtechnischen Gründen auch wieder das Legen einer Aufbaufüllung notwendig, die
Farbe kann aber durchaus auch vom umgebenden Dentin etwas abweichen. Die Präparationsgrenze sollte mindestens einen Millimeter im gesunden Dentin liegen. Dies ist gerade bei apikal tiefer gelegenen Defekten eine Erleichterung für den Behandler, um bei der Präparation
zwischen Dentin und Aufbaufüllung klar differenzieren zu können.
Trotz der Fortschritte bei der Dentinadhäsivtechnologie ist eine zusätzliche makromechanische
Retention in Form von Unterschnitten oder Nuten im gesunden Dentin empfehlenswert, so wie
es auch bei den konventionellen Aufbaumaterialien gefordert wird. Auch wenn der DentinKomposit-Verbund nachlassen sollte, muss nicht grundsätzlich mit einem Misserfolg gerechnet
werden.
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Durchführung der Präparation
Die allgemeinen Grundsätze der Kronenpräparation gelten natürlich auch für die vollkeramischen Restaurationen (siehe auch klinischer Fall mit Lava™ Kronen und Brücken, Kapitel 3).
Der größte Umfang des Zahnes befindet sich im Bereich der gingivalen Präparationsgrenze
und es muss anatoform präpariert werden, d. h. Form und Stellung des Zahnes müssen berücksichtigt werden (s. Abb. 1.6.4).
Flächen und Facetten müssen entsprechend ihrer Grundform anguliert werden (s. Abb. 1.6.5):
Die Wiederherstellung der Anatomie mit gleich bleibender Keramikstärke ist ohne Überkonturierung möglich. Die jeweiligen antagonistischen Flächen sollten senkrecht aufeinander treffen
und somit die maximal mögliche Drucklast erreicht bzw. Zug-/Biegespannungen vermieden
werden:
Entstehung von Zugspannung
Entstehung von Druckspannung
Abb. 1.7.6 Der antagonistische Kontakt entscheidet auch
über die Spannungsentwicklung in der Restauration.
Je nach zu verwendender Keramik sollte eine gleichmäßige Schulter/Stufen- bzw. Hohlkehlpräparation durchgeführt werden.
Bei Keramiken der ersten Generation (Glaskeramiken vom Empress 1-, Dicor-, Feldspat-Typ)
sollte eine Stufenpräparation realisiert werden, um eine optimale Abstützung der Keramik zu
erreichen.
Bei Keramiken der späteren Generationen (Empress 2, Lava Frame Zirkoniumoxid) ist zu einer
Hohlkehlpräparation zu raten, die einfacher zu präparieren ist und bei der im Vergleich zur Stufenpräparation die Gefahr der „Badewannenbildung“ nicht existiert.
Abb. 1.7.7 a: empfohlenes
Abb. 1.7.7 b: ungeeignetes
Abb. 1.7.7 c: akzeptables
Präparationsinstrument
Präparationsinstrument
Präparationsinstrument
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Konizität
Der Konuswinkel sollte 2–4° betragen. Damit wird eine ausreichend gute mechanische Verankerung der Krone auf dem Zahnstumpf erreicht. Die Kronen müssen rotationsfrei in eindeutiger
Position auf dem Pfeilerzahn sitzen. Dieses Ziel ist erreichbar, bedarf allerdings einer guten
Abstimmung von Fräsmaschine bzw. Einbettmasse sowie von Zahnarzt und Zahntechniker. Eine
nur linienförmige optimale Passung am Kronenrand und das Auffüllen des Spaltes mit Zement
sind nicht akzeptabel. Gut und gleichmäßig passende Restaurationen entlasten die Zementschicht. Bei kurzen klinischen Kronen bzw. schon vorhandener übermäßiger Konizität müssen
Rillen von 1 mm Breite und mind. 0,5 mm Tiefe angelegt werden, um einen eindeutigen Sitz der
Krone zu gewährleisten.
Abb. 1.7.8: Abformung mit dargestellten Retentionsrillen: Diese müssen auch im Modell
erhalten bleiben (Abformung mit Impregum™ Penta™ und Permadyne™ Garant™ 2:1).
Orientierung
Sehr häufig besteht die Gefahr, die Orientierung dafür zu verlieren, wie viel Platz überhaupt
geschaffen wurde bzw. wie viel Substanz bereits von der Zahnkrone an welchen Stellen entfernt worden ist.
Sehr hilfreich sind deshalb Silikonschlüssel, die vor der Abformung angefertigt werden und
anschließend horizontal oder vertikal durchgeschnitten werden (Abb. 1.7.9). Sie ermöglichen
dem Behandler eine gute Kontrolle der bereits entfernten Schichtstärke im Vergleich zur Ausgangssituation.
Abb. 1.7.9: Silikonschlüssel zur besseren
Kontrolle der Substanzreduktion
Dies ist auch sehr hilfreich, wenn bereits Kronen vorhanden waren und somit die schrittweise
Reduktion des Zahnes nicht erfolgen konnte.
Bei noch nicht überkronten Zähnen empfiehlt sich das Anlegen von horizontalen Orientierungsrillen (s. Abb. 1.7.5 und Abb. 1.7.10), während die Präparation vertikaler Rillen leichter
zu sog. Rattermarken führt und eine gleichmäßige Präparationsform erschwert.
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Abb. 1.7.10: Anlegen von horizontalen Rillen an unversehrten
Zahnkronen mit einem Kugeldiamanten
CAVE:
Häufig sind bereits überkonturierte Kronen vorhanden.
Hier muss schon während der Planungsphase die angestrebte Kontur in einem diagnostischen
Wax-up realisiert werden. Dieses Wax-up wird dubliert, um Silikonschlüssel und Tiefziehfolien
für Provisorien herzustellen.
Frontzähne
Problematisch ist die gute Abstimmung zwischen palatinaler meist sehr kurzer Retentionsfläche und der bukkalen Fläche. Zunächst hat es sich bewährt, die Palatinalfläche ideal steil zu
stellen. Dabei wird mit einem walzenförmigen zylindrischen Diamanten eine möglichst lange
Retentionsfläche geschaffen, um danach parallel zu dieser Fläche die Bukkalfläche zu präparieren. Je nach Schaufelform bleiben inzisale Anteile mehr oder weniger unpräpariert. Diese werden dann entsprechend ihrer Angulation bearbeitet, so dass letztlich zwei Facetten entstehen,
eine inzisale und eine marginale. Danach werden die Approximalflächen ebenfalls parallelisiert
und den schon vorhandenen Flächen angepasst. Abschließend wird die Konkavität der
Palatinalfläche präpariert und die gingivale Präparationsgrenze mit einer Hohlkehle versehen.
Die Schneidekante muss entsprechend dem Auftreten der antagonistischen Schneidekante anguliert werden (s. Abb. 1.7.6), um Zugspannungen zu vermeiden oder zumindest zu minimieren.
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1.8 Abformung
Die Abformung ist die Visitenkarte des Zahnarztes, denn mit ihr tritt er nach außen in Kommunikation mit seinem Zahntechniker. Nur wenn man eine gute Abformung liefert, kann man
auch zahntechnische Spitzenleistung erwarten. Deshalb ist die Präzisionsabformung auch die
Aufgabe des Behandlers und sollte nicht delegiert werden. Die beste Präparation ist nämlich
nutzlos und hinfällig, wenn beim Transfer der Mundsituation in eine Abformung und die spätere Modellherstellung Fehler gemacht werden.
Grundsätzlich gilt, dass jedes Abformverfahren (s. Kasten), mit dem der Behandler gute Erfahrungen hat, für die Abformung geeignet ist.
Werkstoffe für die Präzisionsabformung
Polysulfide: schwer anzumischen, geringere Präzision als A-Silikone und Polyether
Hydrokolloide: Aufwändiges Equipment notwendig, sehr präzise, immer zwei Abformungen
Silikone:
• Kondensationsvernetzende: zu große Schrumpfung
• Additionsvernetzende: Erfüllen alle Anforderungen
Polyether: Erfüllen alle Anforderungen
Im Nachfolgenden wird im Detail die Doppelmischabformung mit Polyethermassen beschrieben, da diese nach Ansicht des Autors doch gewisse Vorteile gegenüber Silikonmassen aufweist.
Warum Polyether?
• Polyether sind:
– Hydrophil
– Zeichnungsscharf
– Für jede Abformaufgabe geeignet
Polyethermassen sind von Natur aus hydrophil, zeichnungsscharf und für jede Abformaufgabe
(vom Inlay bis zur komplexen Implantatabformung) geeignet. Durch diese universelle Verwendbarkeit wird die Materialvielfalt in der Praxis reduziert.
Des Weiteren ist Polyether gut desinfizierbar und sehr umweltverträglich, da er im Gegensatz
zu den Silikonmassen biologisch abgebaut werden kann.
Die Einfärbung der Massen ist günstig, da sich durch das dunkle Blau des dünnviskösen
Materiales der Erfolg einer Abformung bereits im Löffel beurteilen lässt.
Step-by-step zur erfolgreichen Abformung
Anästhesie
Eine Anästhesie ist immer empfehlenswert, da sie den Patienten schmerzfrei hält und somit der
Speichelfluss nicht unnötig angeregt wird. Weiterhin sind das Legen der Fäden und das
Trockenblasen der Pfeilerzähne atraumatisch, und diese Maßnahmen können dann auch zügig
vonstatten gehen.
Gewebemanagement
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Grundsätzlich gilt:
Es ist nur das perfekt abzuformen, was man auch sehen und trockenhalten kann.
Tief im Sulkus verborgene Präparationsgenzen oder Präparationen auf der Höhe des Limbus
alveolaris gefährden den Erfolg: Eine noch so gute Präparation wird zunichte gemacht, wenn
die folgende Abformung nicht stimmt.
Deshalb ist es notwendig, Präparationsgrenzen freizulegen und eine weitestgehende relative
Trockenlegung zu garantieren.
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Retraktionsfäden
Die Verwendung von Retraktionsfäden ist die non-invasivste Form, infragingival gelegene Präparationsgrenzen darzustellen.
Das Grundprinzip besteht darin, zunächst einmal mechanisch durch Aufquellen der Fäden eine
Verdrängung der Gingiva zu erzielen. Deshalb ist es wichtig, dass die Fäden trocken in den
Sulkus eingebracht werden und danach erst durch Flüssigkeitsaufnahme quellen.
Dieser mechanische Effekt kann durch Zusätze von lokal wirkenden Adstringentien noch unterstützt werden. Verletzungen der Gingiva durch die Präparation oder auch trotz Vorbehandlung
und Mundhygieneoptimierung noch vorhandene leichte Gingivitiden können zu Blutungen
führen, die die Abformung beeinträchtigen können.
Zusätze von Epinephrin/Norepinephrin (CAVE: Herz-Kreislaufanamnese!!) bzw. Alumniumchlorat wirken lokal Blutung stillend und erleichtern im Zusammenspiel mit der Lokalanästhesie die stressfreie Durchführung der Präzisionsabformung.
Legen der Fäden
Hier hat sich die sog. „V-Technik“ bewährt:
Ein Faden der Größe 1 wird zunächst eingebracht und passgenau abgeschnitten.
Darüber erfolgt das Legen eines Fadens der Größe 2 (Abb. 1.8.1).
Abb.1.8.1 a: Schematische Darstellung der
Abb. 1.8.1 b: Klinisches Beispiel für das
V-Technik: Der kleinere Faden kommt immer
Legen der Fäden in V-Technik: Die Fäden der
unterhalb der Präparationsgrenze zu liegen
Größe 2 liegen nun auf Höhe der Präpara-
und kann somit während der Abformung im
tionsgrenze.
Sulkus verbleiben.
Dann werden Watterollen gelegt, der kleine Suktor eingehängt, die Fäden noch einmal komprimiert und nach 10 Minuten kann die Abformung durchgeführt werden (Abb. 1.8.2).
Abb. 1.8.2 a und b: Beispiele für optimale relative Trockenlegung im Ober- und Unterkiefer.
Nach zehn Minuten bestehen in der Regel optimale Verhältnisse für eine Präzisionsabformung.
Die Watterollen werden entfernt sowie die Fäden, wobei je nach Situation auch der kleinere
untere im Sulkus belassen werden kann, um Blutungen oder das Nachsickern von Sulkusflüssigkeit aufzuhalten. Man darf aber nicht vergessen, diesen dann nach der Abformung zu entfernen.
Bei geringen Sulkustiefen ist es meistens notwendig, auch die unteren Fäden vor der Abformung zu entfernen, wenn sie die Präparationsgrenze teilweise bedecken.
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Gingivektomie
Weitere Maßnahmen können notwendig sein, wie z. B. eine Gingivektomie, wenn überschüssiges und/oder krankes Gewebe entfernt werden muss.
Dabei kann neben dem Skalpell und dem Elektrochirurgiegerät auch ein Laser zur Anwendung
kommen.
• Man kann nur das sauber abformen, was
man auch sehen kann!
Aber auch mit einer rotierenden Spitze aus Zirkonoxid kann schonend und zügig die Präparationsgrenze dargestellt werden (Abb. 1.8.3):
Das Prinzip beruht auf der schlechten Wärmeleitfähigkeit der Keramik. Die Zirkonoxidspitze
wird in die Turbine eingespannt und bei höchster Drehzahl ohne Wasserkühlung druck- und
kontaktlos zu Zahn und Knochen in den Sulkus eingebracht. Durch die entstehende Reibungshitze wird Gingivagewebe entfernt und kleinere Blutungen können gestoppt werden.
Größere Sickerblutungen oder Blutungen aus entzündlichem Gewebe können damit allerdings
nicht unter Kontrolle gebracht werden. Dann sollte wieder das Elektrotom zum Einsatz kommen.
Abb. 1.8.3 a: Interne Gingivektomie mit dem
Abb. 1.8.3 b: Anwendung des Zirkonoxid-
Elektrotom.
schleifers für die Gingivektomie.
Durchführung der Abformung (Abb. 1.8.4):
Wenn alle Präparationsgrenzen klar einsehbar sind, werden die Pfeilerzähne mit Permadyne™,
dünne Konsistenz, umspritzt. Dann wird das Material mit dem vollen Luftstrahl dünn ausgeblasen. Man erkennt dann sofort, ob noch Fehlstellen vorhanden sind. Am trockenen Zahnstumpf
bleibt das Material in perfekter dünner Schichtstärke kleben. Danach wird noch einmal jeder
Zahn umspritzt und der mit Impregum™ Penta™ gefüllte Abformlöffel wird eingebracht.
Anstatt des vom Autor empfohlenen Materials mittlerer Konsistenz kann auch alternativ Permadyne Penta H angewendet werden.
Nach fünf Minuten Verweilzeit kann der Löffel dann entfernt werden. Die Desinfektion erfolgt
für zehn Minuten im Impresept™-Bad. Das Ausgießen der Abformung kann nach einer Stunde
Rückstellzeit erfolgen.
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Abb. 1.8.4 a: Umspritzen des Materiales mit
Abb. 1.8.4 b: Material fertig appliziert.
der Impregum™-Spritze
Abb. 1.8.4. c: Mit dem Luftbläser wird das
Abb. 1.8.4 d: Optimal ausgeblasenes Mate-
Material mit voller Kraft ausgedünnt und in
rial: Hier weiß man schon: die Abformung
den Sulkus getrieben. Dort, wo es feucht ist,
wird gelingen.
fliegt das Material weg und kann optimal
ergänzt werden.
Abb. 1.8.4 e: Detailaufnahme einer fertigen
Abb. 1.8.4 f: Die Übersicht zeigt eine in
optimalen Abformung.
beiden Seiten perfekte Abformung der präparierten Zähne.
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1.9 Provisorische Versorgung
Ziel der provisorischen Versorgung
Neben dem Schutz des Zahnstumpfes vor chemischen, traumatischen und thermischen Irritationen muss das Provisorium die Stellung zu den Antagonisten und den Nachbarzähnen
sichern. Daneben soll es auch die Kaufunktion, die Ästhetik sowie die Sprachfunktion erhalten.
Damit hat auch das Provisorium einen erheblichen Anteil am Erfolg der Arbeit, und diesem
sollte daher auch bei der Herstellung und Eingliederung entsprechende Beachtung geschenkt
werden. Ein Sparen am falschen Platz kann sich gerade bei umfangreicheren Arbeiten katastrophal auswirken und letztlich Behandler und Patient teurer kommen, wenn durch biologische
Ursachen (Pulpenschädigungen, PA-Probleme, Gingivitis) oder einfach durch Stellungsänderungen der Zähne Komplikationen auftreten, die die Eingliederung der Restaurationen verzögern bzw. teilweise sogar Neuanfertigungen notwendig machen.
Möglichkeiten der Provisorienherstellung
Konfektionierte Kronen
Für den Frontzahnbereich werden sowohl transparente als auch zahnfarbene konfektionierte Kronen angeboten, die mit einem provisorischen Material aufgefüllt werden
müssen.
Diese Vorgehensweise ist im Notdienst das Mittel der Wahl, um bei Verlust eines alio
loco hergestellten Provisoriums den Patienten nicht unversorgt lassen zu müssen.
Dazu gehört auch noch ggf. die Verwendung von Zinnkäppchen, die ebenfalls unterfüttert werden können und für Notfälle noch brauchbar sind.
Verwendung von Vorabformungen
Eine beliebte Vorgehensweise ist die Provisorien-Herstellung mittels Abformung,
wobei Alginate und Silikone Verwendung finden. Im ersteren Fall geht man ein großes
Risiko ein, ganz ohne Provisorium dazustehen, wenn Verlust oder Unbrauchbarkeit der
Alginatabformung eintreten. Wenn man diesen Weg beschreitet, sollten also wenigstens Silikone verwendet werden, die lagerstabil sind und bis zur Eingliederung der
Restauration zur Verfügung stehen. Auch hier besteht mittlerweile die Möglichkeit, im
Pentamix-Gerät angemischtes Silikon (z.B. Position™ Penta) zu verwenden.
Verwendung von Tiefziehfolien
Diese Vorgehensweise wird detailliert im Haupttext beschrieben.
Verwendung von Eierschalenprovisorien
Dies ist sicherlich die aufwändigste Möglichkeit, da der Techniker bereits eine hauchdünne individuelle Kunststoffschale (= Eierschale) herstellt, die dann nur noch unterfüttert werden muss.
Gerade wenn es um eine ästhetische Optimierung geht, sollte man schon in diesem Stadium
der Restaurierung eine eventuelle neue Form bzw. Stellung der Zähne mit dem Provisorium
ausprobieren.
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Dabei sind neben den im Kasten zusätzlich dargestellten Möglichkeiten Provisorien, die mit
einer individuellen Tiefziehschiene hergestellt werden, eine gute Alternative.
Materialauswahl für die temporäre Versorgung
Neben den klassischen PMMA-Werkstoffen (z. B. Trim, Palavit L) sind seit vielen Jahren modernere BisAcryl-Komposite erhältlich (z. B. Protemp™ 3, Luxatemp), die sich
durch eine wesentlich geringere Schrumpfung und Temperaturentwicklung auszeichnen, was wiederum die Arbeit am Patienten erleichtert, da gerade bei weitspannigeren
Arbeiten die schrumpfungsbedingte Passungenauigkeit geringer ausfällt und vor allen
Dingen die Pulpa durch die nur geringe Temperaturentwicklung nicht geschädigt wird.
Auch der Monomereinfluss fällt deutlich geringer aus. Da bei PMMA-Werkstoffen
meistens ein „über den Daumen gepeiltes“ Mischungsverhältnis verwendet wird, ist
häufig der Monomeranteil zu groß. Die niedermolekularen Substanzen können sehr
rasch Richtung Pulpa diffundieren. Kartuschensysteme sind hier im Vorteil, da sie
immer optimal angemischt werden.
Vorgehensweise mit der Tiefziehfolie
Das anatomische Planungsmodell wird dahingehend modifiziert, dass mittels eines Wax-up
bereits Form und Stellung in die gewünschte Richtung geändert werden bzw. bei Zahnlücken
Prothesenzähne eingestellt werden können, um auch schon funktionell hochwertige temporäre
Brücken anfertigen zu können.
Dann werden die marginalen Randsäume der Zähne geringfügig mit Wachs verstärkt, um mehr
Substanz für die Ausarbeitung des Provisoriums zu haben. Dieses modifizierte Modell wird
dubliert. Über das dublierte und idealisierte Modell wird eine Polyethylenfolie von 1–1,5 mm
Stärke tiefgezogen.
Dabei sollte immer der gesamte Zahnkranz erfasst werden, weil dann das bestmögliche Handling erreicht wird. Teilfolien, die gerade nur den provisorienrelevanten Teil erfassen, sind nicht
so stabil und auch nicht exakt im Mund zu positionieren.
Ein wesentlicher Vorteil der Verwendung von Polyethylenfolien liegt darin, dass der Patient
während der Herstellung leicht zubeißt, so dass kaum okklusale Erhöhungen zu korrigieren
sind. Für den Patienten ist es zudem sehr angenehm, dass er den Mund schließen kann und
nicht wieder einen sperrigen Löffel tolerieren muss.
Weitere Vorteile sind:
– Durch die Folie ist auch der gewonnene Platz schon während der Präparationsphase
abschätzbar.
– Des Weiteren können auch lichthärtende Provisorienmaterialien verwendet werden.
– Der Behandler kann sehr leicht den Abbindeprozess kontrollieren.
Nach dem Befüllen mit einem modernen Bisacryl-Komposit und Reponieren, kann die Folie in
der gummielastischen Phase entnommen werden. Die Überschüsse werden mit einer Schere
abgeschnitten und das Provisorium noch einmal reponiert.
Nach vollständiger Aushärtung wird das Provisorium ausgearbeitet und poliert.
Es empfiehlt sich, vor der Präzisionsabformung das Provisorium herzustellen, da man dann
rasch erkennt, ob wirklich ausreichend Substanz entfernt wurde.
Kronen und Inlays werden mit einem zinkoxid-eugenolfreien provisorischen Befestigungszement (z.B. RelyX™ Temp NE) eingesetzt.
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Veneers sollten mit einem Tropfen zentral aufgebrachten Bondings auf einer punktförmig angeätzten Oberfläche festgesetzt werden, da die Zemente sonst mattweiß durchschimmern.
Reparaturen und Ergänzungen
Blasen können auftreten, wenn die Folien nicht sorgfältig und langsam vom Boden (also der
Kaufläche) her befüllt werden. Erkennt man Defizite direkt nach der Herstellung, und ist die
Sauerstoffinhibitionsschicht noch unversehrt, kann durch einfaches Aufbringen neuen Materiales dieser Defekt leicht repariert werden.
Brechen Provisorien zum Beispiel beim Abnehmen für eine Einprobe sind Bisacryl-gestützte
Provisorien im allgemeinen nicht ganz so einfach wie PMMA-Materialien zu reparieren.
Verunreinigungen müssen sorgfältig entfernt werden. Die Bruchstücke sind anzurauen und mit
einem ungefüllten Bonding zu bestreichen. Dann sollte diese Schicht lichtpolymerisiert werden.
Erst danach kann neuer Kunststoff aufgebracht werden.
Trotz subtiler Vorgehensweise ist der Verbund jedoch nicht mehr so stark wie am Anfang. Aus
diesem Grunde ist es empfehlenswert, trotz der schon optimierten chemischen Haftung Unterschnitte zu schaffen, um makromechanische Entlastung zu gewährleisten.
Abb. 1.9.1: Gute Kontrollmöglichkeit des Substanzabtrages
durch die Folie
Abb. 1.9.2: Die Aushärtung des
Provisorienkunststoffes kann bei
geschlossenem Mund erfolgen.
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1.10 Keramikbearbeitung
Wie bereits angesprochen, liegt es in der Natur der kovalenten-ionischen Bindungen, dass sich
diese unter den natürlichen Umgebungstemperaturen nach Trennung nicht wieder schließen
können, so dass ein vorhandener Riss bestehen bleibt. Die erste Prämisse – neben der Vermeidung von Zugspannungen – besteht also darin, eine Rissentstehung zu verhindern.
Die gute Isolationswirkung der Keramik hat eine schlechte Ableitung entstehender Wärme zur
Folge. Deshalb sollte das Schleifen von Keramiken immer unter Wasserkühlung geschehen, um
die entstehende Hitze abzuführen und damit eine Überhitzung zu vermeiden. So ist auch im
Labor die Verwendung einer wassergekühlten Turbine unabdingbar. Bei Korrekturen am zahnärztlichen Behandlungsstuhl muss ebenfalls die Wasserkühlung eingeschaltet sein.
Scharfkantige Instrumente, solche mit geringer Auflagefläche und insbesondere Trennscheiben
sind absolut kontraindiziert, wenn eine nachträgliche Formgebung durchgeführt werden soll.
Das für den jeweiligen Korrekturfall gerade noch größte geeignete Instrument ist sinnvoll, um
punktförmige Überhitzungen und scharfe Kerben zu vermeiden.
Insbesondere ist aber die interdentale Separierung bei vollkeramischen Brücken mittels einer
Trennscheibe weder aus werkstofftechnischer Sicht klug noch aus klinischer Sicht notwendig:
Finite-Elemente-Berechnungen (Abb. 1.5.3) haben gezeigt, dass sich gerade im Konnektorbereich Zugspannungen konzentrieren. Das Beschleifen mit scharfkantigen Instrumenten und
die klinisch unnötige Reduktion des Querschnittes führen zu einer unnötigen Gefährdung des
Erfolges. Der Interdentalbereich sollte deshalb nach dem Brand möglichst unangetastet bleiben.
• Wasserkühlung
• Sorgfältige Planung
und Präparation vermeiden unnötige und
riskante Korrekturen
Oberflächenqualität
Die Biegefestigkeit einer Keramik ist auch eine Funktion ihrer Oberflächenqualität (s. Kapitel
1.3 Werkstoffkundliche Grundlagen von Keramiken). Grundsätzlich sollte eine homogene, glatte und gebrannte Oberfläche angestrebt werden. Dies heißt, dass nach der Einprobe der Restauration und eventuellen Korrekturschleifmaßnahmen noch einmal ein Glasur- oder Glanzbrand
durchzuführen ist. Nur dies führt zur technologisch besten Oberflächenqualität.
Öfters ist aber aus ästhetischen Erwägungen im Frontzahnbereich (z.B. Charakterisierung der
Oberflächenstruktur) oder aber aus der Tatsache, dass Einschleifmaßnahmen nach dem definitiven Befestigen der Restauration erforderlich waren, noch eine mechanische Oberflächenglättung notwendig. Dazu sind spezielle Schleifkörper unabdingbar. Neben feinstkörnigen Diamantschleifern müssen abschließend diamantimprägnierte Silikonpolierer verwendet werden.
• nach Korrekturschleifmaßnahmen abschließenden Glanzbrand
durchführen oder Oberfläche polieren
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1.11 Kleben oder Zementieren?
Einleitende Bemerkungen
Die bislang am häufigsten vertretene Hypothese, jede vollkeramische Restauration müsse
adhäsiv eingesetzt werden, muss überprüft werden, denn die Materialeigenschaften der mittlerweile zur Verfügung stehenden verschiedenen Keramikklassen sind unterschiedlich. Die
Begründung für die Verwendung von Kompositbefestigungswerkstoffen wurde einerseits in
einer Stabilisierung der Keramik gesehen, andererseits aber auch in einer besseren Ästhetik, da
Zementen klassischer Prägung eine gewisse Lichtblockade vorgehalten wird.
Das Kleben mit den bislang zur Verfügung stehenden mehrschrittigen Haftsystemen (z.B.
Variolink) ist aber mit einem wesentlich höheren klinischen und finanziellen Aufwand verbunden als die Verwendung klassischer Zemente (Ketac™ Cem), die sich durch ihre einfache
Handhabung und geringe Anfälligkeit gegen Anwendungsfehler auszeichnen. Einen guten
Kompromiss zwischen der klinisch einfachen Handhabbarkeit der Zemente und den besseren
Haft- und physikalischen Eigenschaften der Adhäsivsysteme stellen die Gruppe der selbstadhäsiven Kompositbefestigungswerkstoffe dar. Neben dem seit Jahren bewährten Panavia F, das im
Schmelz-/Dentinbereich noch auf einen Primer zurückgreifen muss, scheint sich mittlerweile
auch RelyX™ Unicem als gute Alternative zu etablieren.
Prinzip des Klebens
Mit einer guten Klebung ist es möglich, ein sogenanntes Verbundsystem zu schaffen, so dass
die Festigkeit der miteinander verbundenen Werkstoffe insgesamt gesteigert werden kann. Im
dentalen Bereich konnte dieser hochwertige Klebeverbund bislang bei der Anwendung der
Säure-Ätztechnik am Zahnschmelz sehr gut realisiert werden, bei der auch dünne Glaskeramikschichten bei Veneers oder auch Inlays gegen Fraktur stabilisiert werden. Die Klebesysteme
neuerer Generation, die selbst-ätzende Primer verwenden oder gänzlich selbst-adhäsiv sind,
haben sich in Standardanwendungen durchgesetzt.
Voraussetzung für einen guten Klebeverbund
Neben einer guten Eigenfestigkeit des Klebstoffes (Kohäsion) ist eine optimale Annäherung
der Klebermoleküle an die zu verklebenden Oberflächen unabdingbar (Adhäsion), so dass
van-der-Waals-Kräfte wirken können. Die lässt sich nur durch eine standardisierte, kontrollierte
und exakte Vorgehensweise reproduzierbar realisieren, denn die Oberflächenspannung muss
durch eine entsprechende Vorbehandlung erhöht werden (Aktivierung der Oberfläche).
Umwelteinflüsse, die zu einer Oberflächenkontamination führen, können die Dauerhaftigkeit
und Stabilität der Klebefuge signifikant herabsetzen.
Oberflächenenergie
Die Vergrößerung der Klebefläche durch ein Aufrauen wie auch die Erhöhung der Oberflächenenergie der zu benetzenden Oberfläche sind unabdingbare Voraussetzungen für einen soliden Klebeverbund.
Nur wenn die Adhäsionskräfte der Oberfläche die Kohäsionskräfte der Klebemoleküle übersteigen, kommt es zu einem guten Anfließen des Klebers an das zu verklebende Substrat (Abb.
1.11.1).
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Abb. 1.11.1: Darstellung guter und schlechter Benetzung: Die Kohäsionskraft der Klebermoleküle ist größer als die Adhäsionskraft bzw. Oberflächenenergie der zu benetzenden
Oberfläche. Schlechte Benetzung heißt auch schlechte Klebung.
Der umgekehrte Fall ist rechts dargestellt: Aktivierung der Oberfläche führt zu höherer
Energie, Aufbrechen der Kohäsionskraft des Klebers und damit gute Benetzung und gutem
Klebeverbund.
Diese Effekte lassen sich durch verschiedene Maßnahmen erreichen:
– Sandstrahlen
Der Sandstrahlprozess führt einerseits zu einer signifikanten Oberflächenvergrößerung, andererseits wird aber auch die Oberflächenenergie erhöht. Damit sind beide Voraussetzungen für
einen guten Verbund gegeben.
In der Zahnheilkunde wird dies häufig im zahntechnischen Bereich realisiert. Das Sandstrahlen
von Metallflügeln in der Klebebrückentechnologie ist ein bewährtes Verfahren. Auch die
Strahlbehandlung hochfester Keramiken wie das Zirkoniumdioxid ist möglich.
– Ätzen
Durch einen Ätzprozess wird ein ähnlicher Effekt wie beim Sandstrahlen erzielt. Auch hier
wird in Abhängigkeit von der Ätzdauer eine Oberflächenvergrößerung und ein mikroretentives
Muster erreicht. Das Ätzen führt zu einer Erhöhung der Oberflächenenergie und damit zu
einem besseren Anfließen des Klebstoffes an die Oberfläche.
Auch die Ätzung gehört in der dentalen Technologie zu den bewährten Verfahren.
Metalle können elektrolytisch geätzt werden. Diese Technik wurde ebenfalls in der Klebebrückentechnologie vor der Einführung der Silikatisierverfahren (z.B. Rocatec™) verwendet.
Zahnschmelz wird seit fünfzig Jahren geätzt und kann dadurch dauerhaft mit Kompositwerkstoffen verbunden werden. Dieser Verbund ist so gut, dass bei korrekter Vorgehensweise eher
Schmelzausrisse erzielt werden als dass die Adhäsionskraft der Kunststoffe verloren geht.
Keramiken mit einem ausreichenden Anteil an Glasmatrix (Feldspatkeramiken und Glaskeramiken) lassen sich optimal mit Flusssäure ätzen und so dauerhaft mit dem Kunststoff verbinden.
Schmelzätzung und Keramikätzung haben insgesamt dazu geführt, dass Keramikinlays oder
-veneers mittlerweile zu den etablierten Behandlungsmethoden gezählt werden können.
Allerdings können Hochleistungskeramiken mit geringem Glasanteil wie Aluminiumoxid
oder Zirkoniumdioxid nicht durch Flusssäureapplikation konditioniert werden.
– Silikatisierung
Der Klebeverbund zwischen einer PMMA-Matrix der Befestigungswerkstoffe und der Restauration kann dahingehend verbessert werden, dass neben dem Einfließen des Kunststoffes in
Mikroretentionen auch ein echter chemischer Verbund geschaffen wird. Eine seit Jahren
bewährte Methode stellt neben der aufwändigen thermischen Silikatisierung das zweistufige
Rocatec-Verfahren dar. Nach der ersten Bestrahlung und Aufrauung mittels Aluminiumoxid
wird in einem zweiten Strahlprozess eine Silikatschicht aufgetragen, die sich nach anschließender Silanisierung chemisch mit der PMMA-Matrix des Befestigungswerkstoffes verbindet.
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Umgebungsbedingungen
• Klebeflächen müssen
sauber, fettfrei und trocken sein.
Klebeflächen müssen sauber, fettfrei und trocken sein und wie beschrieben durch eine zusätzliche Behandlung über eine möglichst hohe Oberflächenenergie verfügen.
Konditionierte Oberflächen sollten deshalb ohne Zeitverzug verklebt werden. Der Einfluss der
Zeit, aber auch der Umweltbedingungen (Luftfeuchtigkeit) führt zu einer rapiden Abnahme der
Oberflächenenergie und damit auch zu einer Verschlechterung der Klebevoraussetzungen.
Für die dentale Anwendung bedeutet dies, dass alle zu verklebenden Flächen (Zahn und Restauration) erst unmittelbar vor dem Einsetzen konditioniert werden (am Behandlungsstuhl) und
dass Zähne unabdingbar trockengelegt werden müssen. Die Trockenlegung ist unerlässlich, da
Feuchtigkeitszutritt die Wirkung der Primer- und Bonding-Agenzien – den Haftvermittlern der
Klebesysteme – zunichte macht. Damit wird klar, dass Kofferdam als bestes Mittel der Trockenlegung verwendet werden muss, und dass eine korrekte Klebung von zirkulär präparierten
Zähnen für eine Kronenversorgung mit mehrschrittigen Adhäsivsystemen deshalb nur schwierig zu realisieren ist.
Es ist deshalb zu überlegen, ob eine Verwendung von Komposit„klebern“ bei der Befestigung
von Kronen in irgendeiner Weise solch signifikante Vorteile erbringt, dass der klinische Mehraufwand wie auch die doch fragliche Dauerhaftigkeit des Verbundes gerechtfertigt sind.
Dies bedeutet, dass es aus klinischen Überlegungen wünschenswert ist, auf eine Klebung zu
verzichten und stattdessen konventionell zu zementieren oder aber mit weniger feuchtigkeitsanfälligen und einfacher zu verarbeitenden Klebesystemen zu arbeiten. Aufgrund dieser Überlegungen bietet sich RelyX™ Unicem an, wenn man bei kronenverankerten Brücken auf ZrO2Basis noch auf einen zusätzlichen Verbund Wert legt. Das Handling entspricht dabei den
bekannten Ketac™ Cem-Kapseln und eine zusätzliche Präkonditionierung der Zahnhartsubstanz ist nicht notwendig.
Probleme der Kronenklebung
– Lage der Präparationsgrenze
Obwohl gerade bei vollkeramischen Systemen eine supra- bis isogingivale Lage der Präparationsgrenze leichter realisiert werden kann, da die ästhetischen Probleme minimal sind, ist dies
öfters aufgrund der in der klinischen Realität vorgefundenen Verhältnisse (alte Restaurationsränder, (Sekundär-)Karies) nicht möglich. Damit ist eine adäquate Feuchtigkeitskontrolle deutlich erschwert und nimmt zudem von anterior nach posterior zu.
Damit ist aber auch die Grundvoraussetzung für einen dauerhaften Klebeverbund nicht mehr
gewährleistet.
– Dentin als Klebepartner
Dentin stellt sich als ein völlig anderes Substrat als der anorganisch dominierte Zahnschmelz
dar. Neben dem erhöhten Anteil an organischer Kollagenmatrix ist auch die Architektur des
Dentins eine völlig andere: Dentinkanälchen durchziehen in unterschiedlicher Dichte das Dentin. Peritubuläres Dentin unterscheidet sich von intertubulärem Dentin durch den Anteil anorganischer Matrix. Ein ständiger Ausstrom von Dentinfluid an die Oberfläche erschwert ebenfalls
den Verbund des hydrophilen Dentins mit der hydrophoben Kompositmatrix.
Die Dentinqualität kann ebenfalls sehr unterschiedlich selbst bei ein- und demselben Patienten
sein. Je nach Vorgeschichte des einzelnen Zahnes haben wir es eher mit Tertiärdentin oder
Sekundärdentin zu tun (Abb. 1.11.2). Auch der Kariesbefall sowie das Alter des Patienten
beeinflussen die Dentinqualität: Mit zunehmendem Lebensalter kann eine Sklerosierung der
Dentintubuli erfolgen, die das Konditionierungsergebnis beeinflusst (Abb. 1.11.3).
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Abb. 1.11.2: Unterschiedliche Dentinqualität
der Prämolaren bei ein- und demselben
Patienten.
Abb. 1.11.3: Links weit offene jugendliche Dentinkanäle, rechts sklerosiertes Dentin (aus:
Schuhmacher: Anatomie der Zähne)
Die Distanz zur Pulpa spielt ebenfalls eine nicht unerhebliche Rolle bei der Generierung des
Dentinverbundes.
Der Erfolg der Konditionierung ist damit schwer einschätzbar und nicht so einfach wie bei der
Schmelzätzung: Dort entsteht eine frostig-weiße Oberfläche, und man erkennt die gut konditionierte Oberfläche. Bei der Behandlung des Dentins ist eine erfolgreiche Ätzung kaum nachvollziehbar.
Trotz ständiger Verbesserungen der mehrstufigen Dentinadhäsive bleibt somit ein Faktor Restunsicherheit bzw. die Streuung der Erfolgswahrscheinlichkeit ist relativ groß.
Anwendungsfehler können bei selbstadhäsiven Kompositzementen theoretisch fast ausgeschlossen werden. Aber auch hier darf nicht „unter Wasser“ oder unter Bluteinfluss zementiert
werden.
– Faktoren der Festigkeit von vollkeramischen Kronen (Abb. 1.11.4)
Die Faktoren der Frakturfestigkeit vollkeramischer Kronen sind vielfältig. Dabei spielt natürlich
auch der Verbund eine Rolle, aber wohl nicht ausschlaggebend, da sich in klinischen Studien
kein signifikanter Unterschied in der Erfolgswahrscheinlichkeit zwischen kompositbefestigten
und konventionell zementierten Kronen ergab.
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Befestigung
Art des Zementes
E-Modul
Poly-Schrumpf
Poly-Modus
Wasseraufnahme
Verarbeitbarkeit
Keramik
Werkstoffeigenschaften:
(E-Modul, KIC-Wert)
Zeit
„Korrosion“
Verbund
Klebevorgang
Benetzung
Festigkeit
der
Krone
Werkstoffverarbeitung:
Zahntechniker: Passgenauigkeit
Oberflächenqualität
Wandstärke
Zahnarzt
Zahnhartsubstanz
Dentinalter
Dentintiefe
E-Modul
Konditionierung
Präparation
Präp.-Winkel
Präp.-Grenze
Belastung
Art der Krafteinleitung
Richtung
Dauer
Okklusionsbeziehung
Abb. 1.11.4: Mögliche Faktoren für die Bruchfestigkeit vollkeramischer Kronen
Zusammenfassende Abwägung: Kleben oder Zementieren von Kronen
• Konventionelle Zementierung stellt für hochfeste Keramiken eine
gute Alternative dar
• Vereinfachung der
Adhäsivtechnik durch
neue selbstadhäsive
Systeme ist ein vielversprechender Fortschritt
Pro (Kleben):
– Mögliche höhere Transluzenz von Kompositzementen gegenüber konventionellen
Zink-Phosphat- oder Glasionomerzementen kann in Extremfällen zu geringeren Problemen im Randbereich der Kronen führen, wenn es sich um sehr transluzente Bereiche handelt. Eigene Erfahrungen zeigten aber, dass das Problem eines opaken Randstreifens bei guter Passung der Kronen keine Rolle spielt.
– Unter gewissen Umständen zusätzliche Stabilisierung durch höheren Haftverbund
– Retentionssteigerung
– Dauerhaft festerer Verbund durch chemischen Verbund
– Geringe Abrasion an Randfuge
Contra (Kleben):
– Absolute Trockenlegung und Feuchtigkeitskontrolle klinisch sehr schwer möglich bis
unmöglich.
– Dentinklebung mit zu großer Streubreite in der Ergebnisqualität
– Klinische Einschätzbarkeit der Dentin- bzw. Konditionierungsqualität schwierig bis
unmöglich.
– Bei schlechter Adhäsion des Komposites am Dentin Spaltbildung durch die Polymerisationsschrumpfung. Damit erhöhte Verfärbungs- und Kariesneigung.
– Aufwändige und zeitraubende Überschussentfernung des Komposites
– Erhöhte Plaqueanlagerung an Kompositen
50
Eine gute Alternative, die besseren mechanischen Eigenschaften der Komposite zu nutzen,
ohne die aufwändige klassische Säure-Ätztechnik anwenden zu müssen, könnten selbstadhäsive Befestigungswerkstoffe darstellen. Sowohl mit Panavia als auch mit RelyX™ Unicem
sind bereits gute klinische Ergebnisse erzielt worden.
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2. Zirkonoxidkeramik:
Werkstoffkundliche Grundlagen
PD Dr. med. dent. Joachim Tinschert, Klinik für Zahnärztliche Prothetik
(Direktor: Univ.-Prof. Dr. med. Dr. med. dent. Dr. h. c. Hubertus Spiehermann) der Medizinischen Fakultät der RWTH Aachen
ZTM Gerd Natt, Dental Technik GmbH G. Natt
2.1 Keramische Werkstoffe
Definition und Einteilung
Der Begriff „Keramik“ umfasst im weitesten Sinne alle nichtmetallischen anorganischen Werkstoffe, die weit gehend wasserbeständig und zu einem großen Teil oder ganz kristalline Werkstoffe bzw. Stoffgemische sind, die durch Sintern hergestellt werden.58 Dabei ist das Sintern ein
Fertigungsverfahren, in dessen Verlauf ein poröser Formkörper in einem dichten Festkörper
unter Zunahme der mechanischen Festigkeit überführt wird.
Eine Einteilung der Keramiken kann unter verschiedenen Gesichtspunkten vorgenommen werden. Häufig werden die Herstellungsart (Sintern, Pressen, Gießen) oder der Anwendungsbereich
(Gebrauchskeramik, Baukeramik, Technische Keramik) als Einteilungskriterium herangezogen.37
Eine weitere Möglichkeit bietet die Einteilung nach dem chemischen Aufbau (Silikatkeramik,
Oxidkeramik, Nichtoxidkeramiken), die insbesondere für Dentalkeramiken sinnvoll erscheint, da
danach auch eine Abschätzung der Festigkeitseigenschaften möglich ist (Tab. 2.1.1).
Silikatkeramiken
Oxidkeramiken
Feldspatkeramiken
Glaskeramiken
glasinfiltriert
polykristallin
Bsp.:
Bsp.:
Bsp.:
Bsp.:
• übliche Verblend-
• Dicor
• In-Ceram Alumina
• Cercon-Base
• IPS Empress
• In-Ceram Zirconia
• DC-Zirkon
keramiken
• Cerec Mark II
• Lava™-Frame
• Procera AllCeram
Tab. 2.1.1: Einteilung der Dentalkeramiken nach dem chemischen Aufbau. Nichtoxidkeramiken auf der Basis von Siliziumcarbid und Siliziumnitrid sind aufgrund ihrer schwarzen Färbung
weniger für den Ersatz zerstörter Zahnhartsubstanz geeignet
Silikatkeramische Werkstoffe weisen als wesentliche Merkmale glasig-amorphe Phasen und
eine ausgeprägte Porenstruktur auf.18 Es sind überwiegend heterogene Werkstoffe, die aus gleichen oder unterschiedlichen Kristallen bestehen, die vielfach von einer Glasphase umgeben
sind. Durch den Herstellungsprozess bedingt, kommt es im Keramikgefüge häufig zu zahlreichen Porenbildungen, die einen deutlichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des
keramischen Werkstoffs nehmen. Konventionelle Dentalkeramiken sind zu einem großen Teil
Feldspatkeramiken, die zu mehr als 50% aus einer amorphen Glasphase aus SiO2 mit einem
geringen Anteil an oxidischen Zusätzen (z.B. Al2O3, MgO, ZrO2) und in die Glasmatrix eingebetteten Leuzitkristallen bestehen. Während des Sinterprozesses ist insbesondere die Anwesenheit von Kalifeldspat (Orthoklas) für die Bildung der Leuzitkristalle (K2O • Al203 • 4SiO2) verantwortlich. Von den Feldspatkeramiken zu unterscheiden ist die Gruppe der Glaskeramiken,
die zwar eine ähnliche Zusammensetzung aufweisen, jedoch besitzen diese Werkstoffe
zunächst nur eine amorphe Glasstruktur, die erst in einem sekundären Kristallisationsprozess
mit Füllkristallen durchsetzt wird.19
Im Gegensatz zu den Silikatkeramiken sind Oxidkeramiken polykristalline Werkstoffe, d.h. es
liegt eine Dominanz der kristallinen Phase vor und nur ein sehr geringer Anteil einer Glaspha-
51
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se.37 Eine Ausnahme stellen jedoch die glasinfiltrierten Oxidkeramiken des In-Ceram-Systems
dar.5
Oxidkeramiken können aus einfachen Oxiden, wie z.B. Al2O3 oder ZrO2, bestehen und zudem
durch weitere Zusätze in ihren Eigenschaften verändert werden.31 Unter einer Dispersionskeramik versteht man beispielsweise eine Aluminiumoxidkeramik mit fein verteilten Zusätzen von
ZrO2, die dann als ZTA (Zirconia-Toughened-Aluminium Oxide) bezeichnet wird. Reines Zirkonoxid hat hingegen keine Bedeutung, da es nach dem Sintern während der Abkühlung zu
einer Umformung der Kristallstruktur kommt, die mit einer 3 – 5%igen Volumenexpansion einhergeht und zu Rissbildungen im Werkstoff führt. Erst durch den Zusatz von anderen Oxiden
(CaO, MgO, Y2O3) kann diese Umwandlung teilweise oder vollständig unterbunden werden.
Neben einfachen Oxiden können in Oxidkeramiken aber auch komplexe Oxide (Mischoxide)
auftreten, wenn im keramischen Werkstoff mehrere Komponenten vorliegen, die zu einer oxidischen Verbindung mit einer eigenen Struktur reagieren. Zu diesen Oxiden zählen beispielsweise
Spinell (MgO • Al2O3) oder Mullit (3Al2O3 • 2SiO2).37
2.2 Keramische Systeme auf Zirkonoxidbasis
Zusammensetzung
Obwohl Silikatkeramiken aufgrund ihres ästhetischen Erscheinungsbildes den Oxidkeramiken
überlegen sind, ist es bislang nicht gelungen, die Festigkeitseigenschaften dieser Keramiken
soweit zu erhöhen, dass auch höher belastete Restaurationen, wie z.B. Brückenversorgungen,
den Kaubelastungen langfristig standhalten könnten. Die Ursache liegt vor allem in dem immer
noch zu hohen Anteil der Glasphase, die nur eine niedrige mechanische Festigkeit aufweist und
zudem extrem anfällig gegenüber den korrosiven Einflüssen des Mundmilieus ist.44, 48, 68
Im Gegensatz zu den konventionellen Silikatkeramiken besitzen Oxidkeramiken als polykristalline oxidische Werkstoffe nur einen vernachlässigbar geringen Glasanteil.31 Zudem erscheinen
Oxidkeramiken auf der Basis von Aluminiumoxid und Zirkonoxid aufgrund ihrer gelblich-weißen Farbe für die klinische Anwendung geeignet.40 Die dichte Sinterung der Aluminium- und
Zirkonoxidkeramiken führt aber zu einer vergleichsweise hohen Opazität des Werkstoffs. Beim
oxidkeramischen Zahnersatz besteht daher kaum die Möglichkeit, den Chamäleoneffekt, den
silikatkeramische Restauration aufgrund ihrer transluzenten Eigenschaften besitzen, zur Farbanpassung unter klinischen Bedingungen auszunutzen. Vielmehr muss aus ästhetischen Gründen
oxidkeramischer Zahnersatz abschließend mit eingefärbten Lasurmassen oder besser noch mit
keramischen Verblendmassen beschichtet werden, um eine individuelle Charakterisierung zu
erzielen. Da Oxidkeramiken auf der Basis von Zirkonoxid im Vergleich zu Aluminiumoxid
nochmals deutlich höhere Festigkeitswerte aufweisen,31 erscheint insbesondere die Verwendung
von Zirkonoxidkeramiken für die Herstellung hochbelasteter Restaurationen vorteilhaft. Dies
bestätigen auch die durchgeführten Untersuchungen zur Bruchbelastbarkeit von drei- und
mehrgliedrigen Zirkonoxidbrücken.11, 21, 29, 42, 59, 60, 61
Reines Zirkonoxid kann, in Abhängigkeit vom Temperaturzustand, in drei verschiedenen Modifikationen (monoklin, tetragonal, kubisch) vorkommen (Abb. 2.2.1). Bei Temperaturen bis 1170 °C
ist die monokline Gitterstruktur stabil, dann wandelt sich diese in eine tetragonale Struktur um
und bleibt bis zu einer Temperatur von 2370 °C bestehen. Oberhalb einer Temperatur von
2370 °C existiert die kubische Kristallstruktur bis zu einem Schmelzpunkt von 2680 °C.31
Von größter Bedeutung ist jedoch die tetragonale zu monokline Phasenumwandlung, die auch
als so genannte t/m-Umwandlung bezeichnet wird und bei einer Abkühlung auf Zimmertempe-
52
Abb. 2.2.1: Phasentransformation von Zirkonoxid
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ratur mit einer Volumenvergrößerung von 3 – 5% einhergeht.8 Obwohl diese Volumenvergrößerung bei reinem Zirkonoxid stets zu unerwünschten Rissbildungen im Keramikgefüge führt,
kann dieser Effekt auch positiv zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften von keramischen
Werkstoffen genutzt werden. Das so genannte Konzept der Phasentransformationsfestigung, das
zu einer revolutionären Änderung in der Ingenieur-Keramik geführt hat, wurde erstmalig von
Garvie15 für eine Zirkonoxidverbindung vorgeschlagen und kann auch auf andere KeramikMatrix-Systeme übertragen werden.9 Grundlage dieses Konzepts ist die in weiten Bereichen
gegebene Löslichkeit einiger oxidischer Verbindungen in Zirkonoxid, die zu einer Stabilisierung
der tetragonalen Kristallphase führt und hierdurch die kritische t/m-Umwandlung unterdrückt.
Dabei werden die Oxide im Kristallgitter des Zirkonoxids eingebaut und liegen nicht etwa als
isolierte Oxidkristalle neben den Zirkonoxidkristallen vor. Die wichtigsten Oxide, die zur Stabilisierung von Zirkonoxid eingesetzt werden, sind MgO, CaO, Y2O3 und CeO2.31 Dabei hat sich in
jüngster Zeit insbesondere die Dotierung mit Y2O3 als günstig erwiesen, da dies zur Bildung von
mechanisch hochbelastbaren Zirkonoxidkeramiken führt.40
Entsprechend der Art und dem Gehalt an oxidischen Verbindungen lassen sich Zirkonoxidkeramiken in verschiedene Werkstoffe unterteilen. Beim vollstabilisierten Zirkonoxid (FSZ: Fully
Stabilized Zirconia) wird durch den Einbau der Fremdoxide die kubische Form des Zirkonoxids bis auf Raumtemperatur stabilisiert und dadurch die t/m-Umwandlung umgangen. Gegenüber dem vollstabilisierten Zirkonoxid versteht man unter dem teilstabilisierten Zirkonoxid
(PSZ: Partially Stabilized Zirconia) eine Keramik, bei der die Menge an Fremdoxiden so weit
verringert ist, dass neben der kubischen Phase auch ein Teil von umwandlungsfähigem tetragonalem Zirkonoxid vorliegt, das sich beim Abkühlen weiter in die monokline Phase umwandeln
kann. Teilstabilisierte Zirkonoxide bestehen somit aus einer Mischung von kubischen, tetragonalen und/oder monoklinen Phasen. Bei weiteren Untersuchungen an Y2O3-dotiertem Zirkonoxid zeigte sich, dass die mechanischen Eigenschaften von Zirkonoxidkeramiken linear mit
dem Gehalt an verbleibender tetragonaler Phase gesteigert werden können (Tab. 2.2.2). Die
logische Konsequenz war daher die Entwicklung einer Zirkonoxidkeramik mit weniger als
5 Gew.-% (≈ 3 mol-%) Y2O3, die vollständig aus tetragonaler Phase besteht.16, 17, 41 Diese Werkstoffklasse wird auch als tetragonaler Zirkonoxid Polykristall (TZP: Tetragonal Zirconia Polycrystals) bzw. bei der Dotierung des Zirkonoxids mit Yttriumoxid kurz als Y-TZP bezeichnet. In
der Zahnmedizin wird Zirkonoxid-TZP nahezu ausschließlich im Form von Y-TZP mit sehr
kleinen Korngrößen unter 0,3 mm eingesetzt, die zusätzlich die t/m-Umwandlung hemmen.31, 57
Weitere Zusätze wie z.B. Aluminiumoxid, das Zirkonoxid-TZP in einer nur sehr geringen Konzentration zugegeben wird (Zirkonoxid-TZP-A), erhöhen zudem die Korrosionsbeständigkeit
des Werkstoffs in einer feuchten Umgebung.62
Keramik
Biegefestigkeit σ
[MPa]
Bruchzähigkeit KIC
[MPa
m]
Härte
[HV]
E-Modul
[GPa]
MG-PSZ
600
9,0
1200
210
Ca-PSZ
650
6,6
–
–
Y-PSZ
650
6,4
–
–
Ce-PSZ
500
10,0
850
210
Y-TZP
900
9,0
1200
210
• Phasentransformationfestigung von ZrO2
durch Zugabe von Y2O3
Tab. 2.2.2: Mechanische Kennwerte verschiedener Keramiken auf Zirkonoxidbasis.31, 58, 66
Mg: MgO, Ca: CaO, Ce: CeO2, Y: Y2O3; PSZ: Partially Stabilized Zirconia; TZP: Tetragonal
Zirconia Polycrystals
53
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Konzept der Phasentransformationsfestigung
Der Indikationsbereich von Dentalkeramiken unterlag in der Vergangenheit durch die spröden
Eigenschaften keramischer Werkstoffe immer erheblichen Einschränkungen. Werden Keramiken über eine kritische Schwellbeanspruchung hinaus belastet, so kann es spontan zum Sprödbruch kommen, da Spannungen nicht durch eine plastische Verformung des Werkstoffs abgebaut werden können, wie dies etwa bei Metallen möglich ist. In vivo wird allerdings die überkritische Belastung, die den sofortigen Sprödbruch einer keramischen Restauration zur Folge
hat, nur selten beobachtet, z.B. bei Traumata oder extremen Parafunktionen. Von größerer klinischer Bedeutung sind dagegen unterkritische Belastungen, wie z.B. zyklische Kaubelastungen,
die in Verbindung mit dem korrosiven Mundmilieu an kleinsten, herstellungsbedingten Gefügefehlern zur Entstehung von Rissen und weiterem Risswachstum führen können (Abb. 2.2.2).
Bleibt die äußere Belastung bestehen, so setzt zunächst nur ein unterkritisches Risswachstum
ein, das aber nach dem Erreichen einer kritischen Risslänge zu einer instabilen Rissausbreitung
führen kann und nach einer bestimmten Tragedauer schließlich das Versagen der keramischen
Restauration verursacht.
Abb. 2.2.2: Fehlstelle in einem Keramikgefüge mit beginnendem Risswachstum
Um der Entstehung von festigkeitsmindernden Rissen und derem Wachstum vorzubeugen, hat
sich das Konzept der Phasentransformationsfestigung bewährt, das auf der Verstärkung keramischer Gefüge durch die Einlagerung von metastabilisierten tetragonalen Zirkonoxidteilchen
beruht und insbesondere bei Zirkonoxid-TZP, das zu 100% aus metastabilen Zirkonoxidteilchen besteht, sein Optimum erreicht.
Dabei lässt sich dieses Konzept auf zwei grundsätzliche Mechanismen zurückführen.54 Zum
einen kann eine spontane t/m-Umwandlung von Zirkonoxidteilchen die Bildung von feinen
Mikrorisse in der Umgebung hervorrufen, die auf das größere Volumen der monoklinen Kristallform zurückzuführen sind. Ein sich ausbreitender Riss läuft sich dann in den Mikrorissen tot
oder wird an den Zirkonoxidteilchen abgelenkt (Abb. 2.2.3).
kritischer
Riss
a)
b)
Abb. 2.2.3: Mikrorissbildung durch Umwandlung von Zirkonoxidteilchen von der tetragonalen
54
a) in die monokline Form (b) mit einer Volumenausdehnung von 3–5 %31
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Andererseits kann die t/m-Umwandlung eines Zirkonoxidteilchens nicht nur spontan, sondern
auch durch die hohen Zugspannungen, die an jeder Spitze eines sich ausbreitenden Risses vorherrschen, induziert werden. Dabei vermindern die vorliegenden Zugspannungen den Matrixdruck auf die umgebenden Zirkonoxidteilchen und begünstigen somit die t/m-Umwandlung.
Das größere Volumen der monoklinen Kristallform führt nachfolgend im Keramikgefüge zu
lokalen Druckspannungen, die das weitere Risswachstum durch das Zusammendrücken der
Rissflanken wiederum erschweren (Abb. 2.2.4).
• Spannungsinduzierte
Umwandlung tetragonal nach monokline
stoppt bzw. bremst
Risswachstum
= tetragonal
= monoklin
= Spannungsfeld
um die Rissspitze
Abb. 2.2.4: Spannungsinduzierte Umwandlung metastabiler Zirkonoxidteilchen31
Zusätzliche können spontane Umwandlungen von Zirkonoxidteilchen an oder nahe der freien
Oberfläche durch die Abwesenheit des hydrostatischen Drucks auftreten (Abb. 2.2.5). Hierdurch kann sich die Festigkeit der oberflächlichen Schichten gegenüber dem Wert des inneren
Keramikgefüges erheblich erhöhen und sich komprimierte Oberflächenschichten ausbilden.54
a) oben, b) rechts, c) unten
Abb. 2.2.5: Darstellung eines Bereichs der
freien Oberfläche bei Sintertemperatur (a).
Beim Abkühlen transformieren die Zirkonoxidteilchen nahe der Oberfläche unter Entwicklung einer Druckspannung in der Matrix
(b). Die Dicke der unter Druckspannung stehenden Schicht kann durch Oberflächenbearbeitung erhöht werden (c).54
Dadurch steht erstmals eine Keramik zur Verfügung, die weniger empfindlich auf kleine Oberflächendefekte reagiert und weniger durch prozessbedingte Risse in ihren Anwendungsmöglichkeiten eingeengt ist, also eine gewisse Schadenstoleranz besitzt.34, 58 Allerdings kommt dieser Effekt nur dann zum Tragen, wenn die kritische Rissgröße der Defekte die Abmessungen
der Transformationszone, d.h. den Bereich der unter Druck steht, nicht überschreitet.
55
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Mechanische Eigenschaften
• Hartkernkeramiken
(Oxidkeramiken) haben
höhere Festigkeiten als
Glas- oder Feldspatkeramiken
Zahlreiche Untersuchungen haben übereinstimmend gezeigt, dass die mittlere Biegefestigkeit herkömmlicher glas- und feldspatkeramischer Systeme kaum höher liegt als die einer konventionellen Verblendmetallkeramik, wie z.B. VMK 68, die erst durch ein Metallgerüst eine ausreichend
Stabilität erlangt.32 Demgegenüber wurden für Hartkernkeramiken auf der Basis von Aluminiumoder Zirkonoxid fünf- bis zehnfach höhere Festigkeitswerte ermittelt, die derzeit ein Festigkeitsniveau bis maximal 1200 MPa erreichen können (Abb. 2.2.6).24, 32, 49, 62, 65
Biegefestigkeit {MPa]
1500
1250
1000
750
500
250
0
II
a
2
8
P
ia
re
or
ss
-A
ark a Co ress lumin ircon id-TZ TZP
K 6 Dic pre
M
M
m
p
x
Z
A
h
V
d
c
E
i
lp
a
x
no
re
m
m
Em
Vit
IPS
Ce dur A IPS Cera Cera Zirko kono
r
i
a
t
Z
In
In
Vi
Abb.2.2.6: Mittlere Biegefestigkeit verschiedener Dentalkeramiken auf silikat- und oxidkeramischer Basis62, 65. Zirkonoxid-TZP-A ist z. B. Lava™ Frame Zirkonoxid (3M ESPE)
• asymmetrische Festigkeitsverteilung von
Keramiken
Bei der Betrachtung der Festigkeitseigenschaften keramischer Werkstoffe ist jedoch anzumerken, dass Keramiken im Gegensatz zu metallischen Werkstoffen eine asymmetrische Verteilung
der Festigkeitswerte zeigen, die durch eine Gaußfunktion und eine Mediananalyse nur unzureichend beschrieben werden kann.31 Aus Abb. 2.2.7 ist zu entnehmen, dass die Festigkeitsverteilung keramischer Werkstoffe bereits nahe Null beginnt, dann langsam ansteigt, um darauf in
einem steilen Abfall zu enden. Demgegenüber weist die Festigkeitsverteilung metallischer
Werkstoffe schon zu Beginn eine bestimmte Festigkeit auf, die sich um einen endlichen Mittelwert in glockenartiger Form konzentriert. Während es also unter klinischen Bedingungen möglich ist, dass eine keramische Restauration bereits bei einer sehr geringen Belastung, d.h. unter
Umständen schon beim definitiven Einsetzen der Restauration brechen kann, ist dies bei metallischen Restaurationen kaum zu erwarten.
Häufigkeit
Keramik, Glas
Metall
Festigkeit
Abb. 2.2.7: Festigkeitsverteilung von keramischen und metallischen Werkstoffen
56
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Da die Bruchursache immer von einer kritisch beanspruchten Fehlstelle ausgeht und die Fehler
im Werkstoff statistisch verteilt sind, führt somit nur eine Kombination aus konventioneller
Festigkeitsprüfung und statistischer Betrachtung zu einer sinnvollen Beschreibung des mechanischen Festigkeitsverhaltens keramischer Werkstoffe. Dies wird bei der Anwendung der so
genannten Weibull-Analyse berücksichtigt, die mit der Angabe der Weibullfestigkeit σ0 die
asymmetrische Festigkeitsverteilung keramischer Werkstoffe berücksichtigt und zugleich mit
dem Weibullmodul m ein Maß für die Streuung der Festigkeitswerte angibt37, 67. Bei einer äußeren Belastung verhält sich demnach eine Keramik in der Praxis um so zuverlässiger, je höher
die Werte für den Weibullfestigkeit σ0 und für den Weibullmodul m liegen (Tab. 2.2.3).
Biegefestigkeit σ Weibullfestigkeit σ0
[MPa]
[MPa]
Material
Hersteller
Weibull-Modul
m
Vita VMK 68
Vita Zahnfabrik
83 (10)
87
8,9
Dicor
Dentsply/De Trey
70 (12)
76
5,5
IPS Empress
Ivoclar
84 (11)
89
8,6
Cerec Mark II
Vita Zahnfabrik
86 (4)
88
23,6
Vitadur Alpha Core
Vita Zahnfabrik
131 (10)
136
13,0
IPS Empress 2
Ivoclar
218 (30)
230
7,7
In-Ceram Alumina
Vita Zahnfabrik
369 (34)
385
11,9
In-Ceram Zirconia
Vita Zahnfabrik
485 (41)
502
13,9
Zirkonoxid-TZP
Metoxit
913 (50)
937
18,4
Zirkonoxid-TZP-A
Metoxit
1171 (107)
1218
13,3
Tab. 2.2.3: Mechanische Kennwerte verschiedener Dentalkeramiken auf silikat- und oxidkeramischer Basis62, 65, Zirkonoxid-TZP-A ist z. B. auch Lava™ Frame Zirkonoxid (3M ESPE)
Aus der Tab. 2.2.3 ist zu ersehen, dass Keramiken auf der Basis von Zirkonoxid-TZP nicht nur
außergewöhnlich hohe Festigkeitseigenschaften, sondern auch einen relativ hohen Weibullmodul aufweisen. Dies lässt auf ein weit gehend optimiertes und somit sehr homogenes Materialgefüge schließen, wie es im Prinzip nur unter industriellen Bedingungen hergestellt werden
kann. Angesichts dieser günstigen Materialeigenschaften sollten sich Keramiken aus Zirkonoxid-TZP insbesondere als Gerüstmaterial für hoch belastete Restaurationen, wie z.B. für
Brückengerüste im Seitenzahnbereich, eignen. Durch die Bearbeitung der oxidkeramischen
Rohlinge mithilfe von angepassten CAD/CAM-Technologien bietet sich zudem die Möglichkeit, die fehleranfällige labortechnische Verarbeitung zu umgehen.
Dauerfestigkeit
Die in bruchmechanischen Untersuchungen üblicherweise ermittelte Biegefestigkeit oder
Bruchzähigkeit charakterisiert im Grunde nur die Kurzzeitbelastbarkeit eines Werkstoffs. Da
aber alle keramischen Materialien unter den korrosiven Bedingungen der Mundhöhle aufgrund
von unterkritischem Risswachstum einem Ermüdungsprozess unterliegen, sind Untersuchungen
zur Dauerfestigkeit besonders praxisrelevant. Daher ist es sinnvoll, dass sich werkstoffkundliche Untersuchungen nicht nur mit der Anfangsfestigkeit, sondern auch verstärkt mit dem
Langzeitverhalten von keramischen Werkstoffen beschäftigen. Dabei wird mit dem Begriff der
Dauer- oder Langzeitfestigkeit die maximale Belastung bezeichnet, die ein Werkstoff in einem
gegebenen Umfeld auf Dauer toleriert.
Um die Dauerfestigkeit von Dentalkeramiken zu erfassen, wurden bislang vorwiegend Dauerschwingversuche durchgeführt und so genannte Wöhlerkurven erstellt. Dabei zeigte sich, dass
herkömmliche Dentalkeramiken, die eine Glasphase enthalten, einem besonders ausgeprägten
57
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• das unterkritische Risswachstum bestimmt
die Dauerfestigkeit und
Langzeitstabilität von
Keramiken
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unterkritischen Risswachstum unterliegen, das durch eine feuchte Umgebung verstärkt wird
(Spannungsrisskorrosion).69 Bei Untersuchungen an glas- und feldspatkeramischen Prüfkörpern
wurde in diesem Zusammenhang bereits nach 106 Lastspielen ein Abfall der Dauerbiegefestigkeit um etwa 50 % festgestellt.44, 48 Entsprechende Dauerschwingversuche, die an praxisnahen,
vollkeramischen Kronen- und Brücken durchgeführt wurden, kamen zu vergleichbaren Ergebnissen.25, 28 Unter Dauerschwellbeanspruchung trat bei den untersuchten Restaurationen eine
deutliche Reduzierung der Anfangsfestigkeit auf. Neuere Dauerschwingversuche zeigten auch
für die Oxidkeramiken Zirkonoxid-TZP und In-Ceram Alumina ein entsprechendes Ermüdungsverhalten. Im Vergleich zu In-Ceram Alumina war die Dauerbiegefestigkeit von Zirkonoxid-TZP aber dreifach höher.14
Gegenüber dem Erstellen von Wöhlerkurven stellt das Messen von bruchmechanischen Rissparametern ein alternatives und zugleich modernes Konzept dar, das mithilfe von Finite-Elemente-Methoden auch die Übertragung der an Prüfkörpern gewonnenen Ergebnisse auf klinisch relevante Formen zulässt. Aber erst in einigen wenigen Untersuchungen wurden bislang
mit bruchmechanischen Methoden die so genannten unterkritischen Rissparameter gemessen,
die eine Aussage zum Langzeitverhalten von Keramiken erlauben.11, 33, 36
In der Abb. 2.2.8 sind die Ergebnisse aktueller bruchmechanischer Untersuchungen zur Dauerfestigkeit von Oxidkeramiken dargestellt, die das unterschiedliche Ermüdungsverhalten von
In-Ceram Alumina und In-Ceram Zirconia im Vergleich zu Zirkonoxid-TZP zeigen.62 Demnach
muss nach einer fiktiv angenommenen konstanten Belastungsdauer von 5 Jahren bei In-Ceram
Alumina und In-Ceram Zirconia mit Festigkeitsverlusten von mehr als 50 % gerechnet werden,
während Zirkonoxid-TZP ganz offensichtlich nicht nur eine hohe Anfangsfestigkeit, sondern
auch eine günstigere Dauerfestigkeit besitzt.
Zirkonoxid-TZP
In-Ceram Zirconia
In-Ceram Alumina
0
250
500
750
Biegefestigkeit [MPa]
Abb. 2.2.8: Berechnete maximal mögliche, konstante Belastung über einen Zeitraum von
5 Jahren bei einer Bruchwahrscheinlichkeit von 5 % in einem trockenen Milieu62
Zirkonoxid-TZP:
• glasfrei
• Phasentransformationseffekt
Infolgedessen ist es
weniger rissanfällig und
zeigt besseres Langzeitverhalten.
58
Die bruchmechanischen Ergebnisse machen deutlich, dass Zirkonoxid-TZP nicht zuletzt aufgrund der fehlenden Glasphase und des Phasentransformationseffektes weniger rissanfällig ist
und infolgedessen ein besseres Langzeitverhalten aufweist als herkömmliche Dentalkeramiken.
Selbst nach einer fiktiv angenommenen Dauerbelastung von 5 Jahren wird ein Wert von 500
MPa nicht unterschritten, der im Hinblick auf die im Seitenzahnbereich zu erwartenden mittleren maximalen Kaukräfte26 noch genügend Sicherheitsreserven bieten sollte. Die weiteren
Ergebnisse deuten ferner darauf hin, dass sich ein geringer Zusatz an Aluminiumoxid günstig
auf die Hydrolysebeständigkeit von Zirkonoxid-TZP unter Feuchtigkeitseinfluss auswirkt.62
Auch wenn ein direkter Vergleich zwischen den Ergebnissen der Dauerschwingversuche und
den bruchmechanischen Untersuchungen nicht möglich ist, so unterstreichen doch beide Prüfmethoden die Faustregel, dass die in einem bestimmten Indikationsbereich als ausreichend
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angesehene Dauerfestigkeit einer Keramik eine mindestens doppelt so hohe Anfangsfestigkeit
voraussetzt. Demnach sollte ein Sicherheitsfaktor von 2 bis 3 eine mechanisch belastete Restauration vor langfristigem Versagen schützen. Dieser Sicherheitsfaktor sollte mit ZirkonoxidTZP auch für Brücken im Seitenzahnbereich gegeben sein.
2.3 Prinzipien der CAD/CAM-Bearbeitung
Aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften sind Oxidkeramiken im Dentallabor schwierig zu
bearbeiten. So lassen die hohen Schmelz- und Zersetzungstemperaturen die Anwendung herkömmlicher Sinter-, Guss- oder Presstechnologien nicht zu, so dass auch ein direktes Sintern
von Kronen- oder Brückengerüsten auf geeigneten Stümpfen nicht möglich ist. Für die Bearbeitung von Oxidkeramiken, insbesondere von Zirkonoxid-TZP, werden daher in jüngster Zeit
verschiedene CAD/CAM-Verfahren favorisiert (Tab. 2.3.4).
Oxidkeramik Verblendkeramik CAD/DAM
(glasinfiltriert)
Formgebung
Indikation
Hersteller
In-Ceram Alumina
VM 7,
Creation AV
Cerec/DCS/ Weißbearbeitung Krone, nur 3-gliedrige Sirona/DCS
Digident
Frontzahnbrücke Dental/Girrbach
In-Ceram Zirconia
VM 7,
Creation AV
Cerec/DCS/ Weißbearbeitung Krone, nur 3-gliedrige Sirona/DCS
Digident
Brücke
Dental/Girrbach
Oxidkeramik
(polykristallin)
Cercon Base
Cercon Ceram
Cercon
Grünbearbeitung
Krone, 3- und 4gliedrige Brücken
DC-Zirkon
VM 9, Triceram
DCS
Digizon
GC Initial
Digident
Everest Z-Blank
VM 9
Lava™ Frame
Lava™ Ceram
Lava™
Grünbearbeitung
Procera AllCeram
AllCeram
Procera
Grünbearbeitung Krone, nur 3-gliedrige Nobel Biocare
Brücke
YZ-Cube
VM 9
Cerec
Hartbearbeitung Krone, 3- und mehrgliedrige Brücken
DeguDent
DCS Dental
Hartbearbeitung
Krone, 3- und 4gliedrige Brücke
Girrbach
KaVo Everest Hartbearbeitung
Krone, 3- und 4gliedrige Brücke
KaVo
Krone, 3- und 4gliedrige Brücken
3M ESPE
Weißbearbeitung
Krone, 3- und 4gliedrige Brücken
Sirona
Tab. 2.3.4: CAD/CAM-Systeme zur maschinellen Herstellung von Zahnersatz. Die Oxid- und
Verblendkeramiken werden z.T. von unterschiedlichen Herstellern angeboten. Die Angabe der
Hersteller bezieht sich daher nur auf das zuvor genannte CAD/CAM-System. Angesichts der
derzeitig schnellen Neuentwicklungen auf dem Gebiet der CAD/CAM-Technik erhebt die
Tabelle keinen Anspruch auf Vollständigkeit!
Die Formgebung des Zahnersatzes aus industriell hergestellten Keramikrohlingen kann sowohl
vor als auch nach der Sinterung der Zirkonoxidkeramik erfolgen (Abb. 2.3.9). In Abhängigkeit
vom Produktionsablauf lassen sich daher als trennende Fertigungsverfahren die Grün- und
Weißbearbeitung auf der einen Seite und die Hart- oder Endbearbeitung auf der anderen Seite
unterscheiden.53 Während die Grünbearbeitung direkt im Anschluss nach der primären Verdichtung des oxidkeramischen Ausgangspulvers an so genannten Grünkörpern vorgenommen wird,
erfolgt die Weißbearbeitung an einem bereits durch einen Vorbrand verfestigten Rohling, dessen Brennschwindung jedoch noch nicht abgeschlossen ist. Die Hart- oder Endbearbeitung
bezieht sich demgegenüber auf die endgültig dichtgesinterte Keramik. Nur bei dichtgesinterten
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Zirkonoxidrohlingen besteht die zusätzliche Möglichkeit, durch einen nachfolgenden heißisostatischen Pressvorgang (HIP: Hot Isostatic Press) bei 1000 bar und 50°C unter der Sintertemperatur die Keramik nochmals nachzuverdichten, um die Beständigkeit des Werkstoffs
gegenüber dem Wachstum von Mikrorissen und somit das mechanische Langzeitverhalten zu
verbessern.40
Hot Isostatic Press
(HIP)
Pulversynthese
Massenaufbereitung
Formgebung
Grünbearbeitung
Vorbrand
Brand
Weißbearbeitung
Bauteil
Nach-, End- oder
Hartbearbeitung
Abb. 2.3.9: Erzeugung keramischer Bauteile53
Gegenüber der Grün- oder Weißbearbeitung ist die Hartbearbeitung dichtgesinterter Zirkonoxidrohlinge mit diamantierten Schleifkörpern sowohl mit einem höheren Zeit- und Arbeitsaufwand als auch mit einem größerem Verschleiß der Schleifinstrumente verbunden. Zudem
besteht beim Beschleifen von dichtgesinterten Keramikrohlingen die Gefahr, dass durch die
diamantierten Schleifkörper unerwünschte Oberflächen- und Gefügedefekte in die Keramik
eingebracht werden,12, 13, 30 die sich nachteilig auf die Dauerfestigkeit der Keramik auswirken
könnten.
Demgegenüber erscheinen die vielfältigen Bestrebungen, Zirkonoxid-TZP bereits vor dem
Erreichen der endgültigen Sinterdichte zu bearbeiten, eine sinnvolle Alternative. Da die Bearbeitung von Grünkörpern mit spanabhebenden Fräswerkzeugen zwar leicht durchgeführt werden kann, aber die Eigenfestigkeit der Keramikrohlinge nur sehr gering ist, wird derzeit prinzipiell die Verwendung von thermisch vorbehandelten Rohlingen, die schon eine gewisse Eigenfestigkeit aufweisen, bevorzugt. Obwohl dieses Vorgehen eher einer Weißbearbeitung entspricht, wird vielfach nicht ganz korrekt noch von einer Grünbearbeitung gesprochen. Die
Anwendung der Weißbearbeitung an primär verdichteten und vorgesinterten Rohlingen setzt
aber voraus, dass die beim nachfolgenden Sinterprozess auftretende Sinterschrumpfung computergesteuert ausgeglichen, d.h. auch bei komplexen Zahnersatzformen beherrscht wird, damit
am Ende ein passgenauer Zahnersatz resultiert.1, 22, 35 Zudem ist zu beachten, dass der bei der
Weißbearbeitung anfallende, sehr feine Fräs- bzw. Schleifstaub nicht langfristig zu Schäden an
der Bearbeitungseinheit führt.
2.4 Belastbarkeit vollkeramischer Brücken
60
Eine Beurteilung der im In-vitro-Versuch ermittelten Bruchlastwerte unter dem Gesichtspunkt
eines möglichen Einsatzes von vollkeramischen Brücken im Seitenzahnbereich steht in einem
engen Zusammenhang mit der Frage nach der maximalen Kaubelastung, die unter physiologischen Bedingungen auftritt. Für vollkeramische Restaurationen wurde von verschiedenen Autoren zunächst eine Anfangsfestigkeit von 400 N im Frontzahnbereich und von 600 N im Seitenzahnbereich gefordert.24, 45 Verschiedene klinische Erfahrungen zeigten jedoch bald, dass diese
Minimalforderungen für höher belastete Brückenversorgung als zu gering anzusehen sind.4, 50
Körber und Ludwig26 kamen nach einer umfangreichen Literaturrecherche zu der Auffassung,
dass für die maximale Kaukraft bei parodontal und biostatisch abgestütztem Kauorgan von
einem mittleren Wert von etwa 300 N ausgegangen werden muss, der allerdings mit einem
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Sicherheitsaufschlag von 200 N versehen werden sollte. Um darüber hinaus dem Effekt der
Materialermüdung prospektiv Rechnung zu tragen, sollten nach Ansicht der Autoren, vollkeramische Brücken im Seitenzahnbereich eine Anfangsfestigkeit von mindestens 1000 N aufweisen, um auch dem in Kapitel 2.2 (Abschnitt Dauerfestigkeit) erwähnten Sicherheitsfaktor zu
genügen. Diese Forderungen konnte allerdings bislang kaum ein auf dem Markt befindliches
keramisches System erfüllen. In früheren In-vitro-Untersuchungen, in denen die Belastbarkeit
vollkeramischer Brücken ermittelt wurde, trat bei Brücken aus herkömmlichen Glas- oder Feldspatkeramiken (z.B. Dicor, IPS Empress, Optec) umd aluminiumoxidverstärkten Materialien
(z.B. Cerestore, Hi-Ceram) bereits bei Bruchlasten deutlich unter 1000 N ein totales Versagen
auf.3, 7, 39, 46, 47
In verschiedenen In-vitro-Untersuchungen, die von den Autoren zur Bruchbelastbarkeit vollkeramischer Brücken durchgeführt wurden, konnten Brückengerüste aus IPS Empress 2 die Minimalforderung von 1000 N gerade erfüllen (Abb. 2.4.10).59, 60, 61 Allerdings bleibt anzumerken,
dass einzelne Bruchlasten, die insbesondere für die unverblendeten Kerngerüste gemessen wurden, auch unterhalb der geforderten Belastungsgrenze lagen. Aus diesem Grund sollte die vom
Hersteller angegebene maximale Brückengliedlänge von einer Prämolarenbreite strikt eingehalten und ein geforderter Verbinderquerschnitt von mindestens 16 mm2 nicht unterschritten werden. Diese Empfehlungen stehen auch in Übereinstimmung mit den Ergebnissen einer der
ersten klinischen Studien, in der bei etwa 7 % der eingesetzten Brücken aus IPS Empress 2
schon nach einem Jahr Gerüstfrakturen auftraten.52 Drei von sechzig Brücken frakturierten im
Seitenzahngebiet, jedoch nur eine Brücke im frontalen Bereich. Konsequenterweise wurde von
den Autoren für Seitenzahnbrücken eine besonders strenge Indikationsstellung und eine Mindesthöhe der Brückengliedverbinder von 5 mm gefordert.
3000
Bruchlast [N]
2500
2000
1500
1000
500
0
IPS
Empress 2
In-Ceram
Zirconia
DC-Zirkon
Lava™ Frame
unverblendetes Hartkerngerüst
verblendetes Hartkerngerüst
Abb. 2.4.10: Bruchlast vollkeramischer, dreigliedriger Brücken: der Querschnitt der Gerüstverbinder betrug einheitlich 16mm2; alle Brücken wurden vor der Belastungsprüfung mit Zinkoxid-Phosphatzement auf starr gelagerten Metallstümpfen von 15–17 zementiert; die Krafteinleitung erfolgte zentral im Bereich des Brückengliedes 1660, 61
Brücken aus In-Ceram Zirconia, die im Unterschied zum herkömmlichen In-Ceram Alumina
über einen zusätzlichen Anteil an tetragonal stabilisiertem Zirkonoxid verfügen, erreichten im
Vergleich zu IPS Empress 2 deutlich höhere Bruchlasten um 1500 N. Dies zeigt, dass das Konzept der Phasentransformationsfestigung ebenso wirkungsvoll auf andere keramische Systeme
übertragen werden kann.27, 49, 64
Die mit Abstand höchsten Bruchlasten wurden für dreigliedrige Brücken mit einem Kerngerüst
aus Zirkonoxid-TZP, d.h. aus DC-Zirkon und Lava Frame ermittelt (Abb. 2.4.11). Während die
Brückengerüste aus DC-Zirkon durch Hartbearbeitung aus einer dichtgesinterten und gehipten
Zirkonoxidkeramik beschliffen wurden, erfolgte die Anfertigung der Brückengerüste aus LavaFrame unter Verwendung von primär verdichteten bzw. vorgesinterten Rohlingen. Beide Brücken-
61
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3000
Bruchlast [N]
2500
2000
1500
1000
500
0
DC-Zirkon
dreigliedrig
DC-Zirkon
viergliedrig
Lava™ Frame Lava™ Frame
dreigliedrig
viergliedrig
unverblendetes Hartkerngerüst
verblendetes Hartkerngerüst
Abb. 2.4.11: Bruchlast vollkeramischer drei- und viergliedriger Brücken: der Querschnitt der
Gerüstverbinder betrug einheitlich 16 mm2; alle Brücken wurden vor der Belastungsprüfung
mit Zinkoxid-Phosphatzement auf starr gelagerten Metallstümpfen von 15–17 bzw. 14–17
zementiert ; die Krafteinleitung erfolgte zentral im Bereich des Brückengliedes 16 bzw. zentral
in den Bereichen der Brückenglieder 15 und 16
serien erreichten mittlere Bruchlasten über 2000 N und damit eine Bruchfestigkeit, die durchaus
mit der von metallkeramischen Brücken verglichen werden kann. Die Werte unterstreichen das
außergewöhnliche Festigkeitspotential, das Brücken mit einem Kerngerüst aus Zirkonoxid-TZP
aufweisen. Auch die Bruchlasten viergliedriger Brücken aus DC-Zirkon und Lava Frame entsprachen immer noch dem Festigkeitsniveau dreigliedriger In-Ceram Zirconia-Brücken. Angesichts dieser hohen Festigkeitswerte, die auch mit den Ergebnissen anderer In-vitro-Untersuchungen übereinstimmen,21, 29, 42 sollte bei oxidkeramischen Restaurationen eine konventionelle Zementierung mit Zinkoxid-Phosphat- oder Glasionomerzementen generell möglich sein.
2.5 Klinische Indikation
62
Sicherlich können die Ergebnisse von In-vitro-Belastungsuntersuchungen nicht ohne weiteres
auf die Praxis übertragen werden, da oft eine Reihe klinischer Parameter, wie intermittierende
Kaukräfte oder Temperaturwechsel, nicht berücksichtigt werden. Alle genannten Parameter
fördern ein unterkritisches Risswachstum, infolgedessen die Bruchfestigkeit keramischer Restaurationen abnimmt. Bei der Belastungsuntersuchung von Brücken kann zudem nicht immer
eine rein axiale Belastung der Brückenglieder unter klinischen Bedingungen vorausgesetzt
werden.51 Auch begünstigen beweglich gelagerte Pfeilerzähne im Vergleich zur einer starren
Lagerung eine Verschiebung der Biegespannungen von der Mitte der Brückenglieder in den
Bereich der Brückengliedverbinder, die einen geringeren Querschnitt aufweisen. Daher führt
eine Prüfungsanordnung mit starr gelagerten Pfeilerzähnen prinzipiell zur Messung höherer
Bruchlastwerte.23 Mit einer für vollkeramische Seitenzahnbrücken geforderten Anfangsfestigkeit von 1000 N sollte aber ein hinreichend großer Sicherheitsaufschlag vorgegeben sein, der
die genannten Unsicherheiten abdeckt.
Unter Berücksichtigung des derzeitigen Kenntnisstandes und der zuvor diskutierten Einschränkungen erscheinen die in der Abb. 2.5.12 vorgeschlagenen Indikationsbereiche für vollkeramische Seitenzahnbrücken sinnvoll. Demnach sollte sich die Indikationsstellung für Brücken aus
IPS Empress 2 auf den Ersatz eines Prämolaren beschränken. Für kleinere, dreigliedrige Brücken, die auch den Belastungen im Molarenbereich standhalten können, bieten sich unter anderem die Oxidkeramiken In-Ceram Zirconia, DC-Zirkon und Lava Frame an. Für Versorgungen
mit mehrgliedrigen Brücken erscheint derzeit nur die Verwendung von Kerngerüsten aus
Zirkonoxid-TZP geeignet. In diesem Indikationsbereich sollten sich Brücken mit einer Spannweite von bis zu zwei Prämolarenbreiten oder einer Prämolarenbreite und einer Molarenbreite
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1x
Molarenbreite
2x
Prämolarenbreite
Brückenglieder
Anzahl und
Breite
1x
Prämolarenbreite
1x
Prämolaren1x
Molarenbreite
2x
Molarenbreiten
2x
Prämolaren1x
Molarenbreite
Vollkeramik
IPS Empress 2
In-Ceram
Zirconia
DC-Zirkon
Lava™ Frame
(Zirkonoxid)
gesicherte / empfohlene Indikation
Indikation ohne klinische Langzeitdaten
Abb. 2.5.12: Indikation für vollkeramische Brücken im Seitenzahnbereich60
unter Praxisbedingungen bewähren. Brücken mit größeren Spannweiten sind derzeit aufgrund
der noch fehlenden Ergebnisse klinischer Langzeituntersuchungen eher als eine experimentelle
Versorgungsmöglichkeit zu betrachten.
Die häufig geforderte Dimensionierung der Brückengliedverbinder mit einem Querschnitt
von 16 mm2 kann aufgrund der ermutigenden Ergebnisse erster klinischer Studien in Zukunft
vermutlich differenzierter betrachtet werden.2, 38, 43, 56, 63 Demnach scheint eine Verbinderstärke
von 16 mm2 für kleinere, dreigliedrige Brücken je nach Material nicht zwingend erforderlich.
Vielmehr ist die Annahme berechtigt, dass für Brücken mit nur einem Brückenglied eine
Verbinderstärke von 9 mm2 eine völlig hinreichende Dimensionierung darstellt. Neueste
Belastungsuntersuchungen, die an viergliedrigen Brücken mit einem Lava Frame-Gerüst
durchgeführt wurden, zeigen darüber hinaus, dass offensichtlich auch für mehrgliedrige Zirkonoxidbrücken noch ein ausreichender Spielraum für eine grazilere Verbindergestaltung
gegeben ist. So wird von Seiten des Herstellers für viergliedrige Lava-Seitenzahnbrücken
sowohl aus ästhetischer als auch aus funktioneller Sicht ein Verbinderquerschnitt von
9/12/9 mm2 empfohlen.20
2.6 Zusammenfassung und Ausblick
Die schwierige Verarbeitung von Oxidkeramiken hat dazu geführt, dass diese erst in jüngster
Zeit Eingang in die Zahnmedizin gefunden haben. Für die zahnmedizinische Anwendung steht
vor allem eine mit Yttriumoxid in der tetragonalen Kristallphase metastabilisierte Zirkonoxidkeramik, nämlich das Zirkonoxid-TZP, im Mittelpunkt des Interesses. Aufgrund der gegenüber
Aluminiumoxid etwa doppelt so hohen Festigkeit erscheint Zirkonoxid-TZP für den Einsatz als
Gerüstwerkstoff hochbelasteter, vollkeramischer Restaurationen prädestiniert. Experimentelle
Untersuchungen zur Belastbarkeit von drei- und mehrgliedrigen Seitenzahnbrücken zeigten
bereits vielversprechende Ergebnisse. Auch erste klinische Erfahrungsberichte lassen darauf
schließen, dass sich vollkeramische Krone und Brücken mit einem Kerngerüst aus ZirkonoxidTZP unter klinischen Bedingungen bewähren werden. Dabei bieten zirkonoxidbasierte Restaurationen den Vorteil, dass auf eine zeit- und fehleranfällige adhäsive Befestigungstechnik
zugunsten einer konventionellen Zementierung mit Zinkoxid-Phosphat- oder Glasionomerzement verzichtet werden kann. Obwohl derzeit noch keine gesicherten Aussagen zum Langzeitverhalten dieser Restaurationen vorliegen, werden bereits weitere Anwendungsgebiete im
Bereich der Implantat-Abutments, Teleskop-Innenkronen oder Inlaybrücken für Zirkonoxid-
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keramiken diskutiert. Gerade beim Einsatz für die Inlaybrücken-Technik verspricht man sich
einen Lückenschluss bei größtmöglicher Schonung der Zahnhartsubstanz.6
Die Anfertigung von individuellen Kronen- und Brückengerüsten aus Zirkonoxidkeramik
erscheint in absehbarer Zeit ohne den aufwändigen Einsatz von CAD/CAM-Techniken kaum
möglich. Derzeit werden überwiegend subtraktive Fertigungsverfahren eingesetzt, die durch Fräsen oder Schleifen den Zahnersatz aus industriell vorgefertigten Zirkonoxidrohlingen herausarbeiten. Prinzipiell kann dabei die Bearbeitung der Zirkonoxidrohlinge sowohl im primär verdichteten bzw. vorgesinterten Zustand (Grün- oder Weißbearbeitung) als auch nach dem Sinterprozess (Hartbearbeitung) durchgeführt werden. Während bei Anwendung der Hartbearbeitung
mit einem höheren Arbeits- bzw. Zeitaufwand verbunden mit einem größeren Verschleiß der diamantierten Schleifkörper zu rechnen ist, erfordert die Grün- oder Weißbearbeitung einen computergesteuerten Ausgleich der Sinterschrumpfung, um nach dem Sinterprozess einen passgenauen
Zahnersatz zu gewährleisten.
Nur einige CAD/CAM-Systeme fertigen Zahnersatz durch einen additiven Aufbau von Dentalwerkstoffen auf einer Stumpfoberfläche an. Zu diesen Systemen zählen unter anderem Technologien, die auf dem Verfahren der Elektrophorese beruhen. Eine Kombination aus einer automatisierten In-Ceram-Schlickertechnik und dem Elektrophorese-Verfahren stellt das Wol-DentEPC-CAM-System (Wol-Dent, Ludwigshafen) dar.70, 71 Entsprechend dem Vorgehen bei der InCeram-Technik müssen die gesinterten In-Ceram-Gerüste anschließend noch glasinfiltriert
werden. Noch weniger Einzelheiten sind zum Verfahren des Selektiven-Laser-Sinterns (Bego,
Bremen) bekannt. Bei dieser Fertigungstechnik werden sinterfähige Pulverwerkstoffe schichtweise zu dreidimensionalen Zahnersatzformen aufgebaut. Dabei wird jede aufgetragene Pulverschicht mittels eines Lasers verschmolzen (Medifacturing; Bego Medical, Bremen).55 Auch
wenn das Selektive-Laser-Sintern bereits als das Fertigungsverfahren der Zukunft bezeichnet
wurde, können derzeit nur Metalle verarbeitet werden, während sich das Laser-Sintern von
Keramik noch in der experimentellen Erprobungsphase befindet.
Es bleibt festzuhalten, dass der Erfolg und damit die Zukunft von CAD/CAM-Systemen in der
Zahnmedizin nicht nur von der Entwicklung leistungsfähiger Systeme abhängig ist, sondern
sicherlich auch von einer Reihe gleichberechtigter Faktoren mitbestimmt wird. Ein wesentliches Ziel von CAD/CAM-Techniken wird in der Qualitätssicherung zahnärztlicher Restaurationen liegen. In diesem Zusammenhang wird die Verfügbarkeit hochfester und gewebeverträglicher Werkstoffe, die günstigstenfalls nur mithilfe von CAD/CAM-Techniken bearbeitet werden können, eine wichtige Rolle spielen. Daher werden Zirkonoxidkeramiken auch in absehbarer Zukunft weiterhin im Mittelpunkt des Interesses stehen.
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3. Klinische und labortechnische
Aspekte bezüglich Funktion und
Ästhetik des CAD/CAM Systems
Lava™ Kronen und Brücken
Ariel J. Raigrodski, DMD, MS
Director Graduate Prosthodontics Associate Professor, School of Dentistry, Restorative Dentistry, University of Washington
3.1 Einführung
Das CAD/CAM-unterstützte Vollkeramik-System Lava verwendet Yttriumoxid-stabilisiertes
tetragonales Zirkoniumdioxid (Y-TZP, in Kapitel 2 als Y-TZP-A bezeichnet) als Substruktur für
vollkeramische Restaurationen. Die hervorragenden mechanischen Eigenschaften von Y-TZP
resultieren aus einer möglichen Phasentransformation des teilstabilisierten Zirkoniumoxids von
der tetragonalen Kristallkonfiguration in eine monoklinische Kristallstruktur während der Rissbildung (siehe auch Kapitel 2). Letztere Struktur hat ein 3–5% größeres Volumen als die tetragonale Konfiguration. Dies verursacht örtliche Druckspannungen an der Spitze des Risses, die
wiederum der von extern wirkenden rissvergrößernden Zugbeanspruchung entgegenwirken.72
Ein großer Vorteil der Lava Y-TZP Restaurationen sind die einmaligen optischen Eigenschaften.
Im Gegensatz zu anderen auf Zirkoniumoxid basierenden Materialien besitzt es eine relativ hohe
Lichtdurchlässigkeit. Durch die Variabilität in der Schichtstärke und die individuelle Einfärbbarkeit hat es jedoch auch eine gewisse Abdeckungsfähigkeit, um verfärbte Pfeilerzähne, Metallstümpfe und Implantatabutments erfolgreich zu verbergen. Gemäß dem Vita Lumin Farbschema
stehen für die Gerüsteinfärbung 7 Farbtöne zur Verfügung. Dies unterstützt die Farbauswahl von
der Intaglio-Oberfläche der Restauration bis hin zur externen Ansicht der fertigen Restauration.
Materialien für Zahnrestaurationen unterscheiden sich beim radiografischen Nachweis durch
die folgenden Parametern: Dicke, Dichte, Atomzahl und Photoenergie, die zur Herstellung der
radiografischen Projektion verwendet wurde. Auf Y-TZP basierende Restaurationen haben eine
metallähnliche Röntgensichtbarkeit, die die radiografische Bewertung von Y-TZP basierenden
Brückengerüsten in Bezug auf Randsitz, korrekte Entfernung von überschüssigem Zement
nach der definitiven Zementierung und die Diagnose Sekundärkaries ermöglichen. Verglichen
mit anderen vollkeramischen Materialien werden daher die radiografische Beurteilung und
Diagnose mit Y-TZP basierenden Restaurationen wie dem Lava System erleichtert.
Die Lava CAD-Einheit (Lava Scan) unterstützt das maßgefertigte Design des Gerüsts/Käppchens und kombiniert dabei die traditionellen Konzepte des Designs von Brücken mit den spezifischen materialbedingten Anforderungen. Im Folgenden finden Sie die Daten, die der optische
Scanner an die CAD-Einheit sendet: Form der Stützpfeiler, Abmessungen und Position; Abstände und Form des zahnlosen Kieferkamms; Papillenabmessungen; interokklusale Abstände mit
Hilfe eines Bissregistrat. Anschließend wird mit Hilfe der Daten ein maßgefertigtes virtuellen
Wachsmodell der Restauration konstruiert. Die empfohlene Dicke des Käppchens beträgt mindestens 0,5 mm, und eine Mindestquerschnittsfläche von 9 mm2 muss für die Verbinder (Konnektoren) erreicht werden. Sobald diese Anforderungen erfüllt sind und der Designschritt abgeschlossen ist, leitet die Software die Daten an die Fräseinheit weiter (Lava Form). Diese Vorgehensweise erleichtert die Herstellung eines gleichbleibenden Gerüsts mit den gewünschten
Dimensionen und unterstützt somit die Langlebigkeit der Restauration, ohne die Gesundheit des
Stützgewebes zu beeinträchtigen.73
Y-TZP Lava-Restaurationen werden aus teilgesinterten Y-TZP Rohlingen (Lava Frame) gefertigt. Sie haben eine kalkige Konsistenz, die schnelle Fräszeiten mit minimaler Abnutzung
der Fräser ermöglicht. Um die Schrumpfung (20–25%) während der Endsinterung auszugleichen, sind die Gerüststrukturen nach dem Fräsen entsprechend vergrößert. Zwei In-vitro-Studien zur Beurteilung der Passung von Lava Restaurationen ergaben einmal einen Randspalt von
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72±36 µm für Kronenkäppchen (absolute marginal gap) und 38±20 µm (marginal gap) und in
einer zweiten erst kürzlich durchgeführten Studie einen Randspalt von 59±21µm für 3-gliedrige
Brücken (absolute marginal gap) und 25±10 µm (marginal gap).74, 75
Die Lava Verblendkeramik (Lava™ Ceram) ist in Bezug auf physikalische und optische Eigenschaften genau auf die Lava Gerüstkeramik abgestimmt. Ein Beispiel hierfür ist die genaue
Übereinstimmung des Wärmeausdehnungskoeffizient der beiden Keramiken (-0.2 ppm). Darüber hinaus ist das System aufgrund seiner mechanischen und optischen Eigenschaften für die
Herstellung von Front- und Seitenzahnkronen, drei- und viergliedrigen Brücken im Front- und
Seitenzahnbereich sowie implantatgestützte Kronen und Brücken besonders geeignet (Abb.
3.1.1, 3.1.2).
Abb. 3.1.1: Präoperative okklusale Ansicht
Abb. 3.1.2: Bukkale Ansicht der potenziellen
eines Patienten, dem sein linker unterer
Pfeilerzähne und des zahnlosen Kamms.
erster großer Backenzahn fehlt und dessen
Man beachte die okklusal-gingivale Höhe
2. Molar eine große Amalgamfüllung auf-
des zahnlosen Abschnitts, die eine adäquate
weist. Man beachte die bukko-linguale Weite
Höhe für den Konnektor einer künftigen
des zahnlosen Kamms, die eine adäquate
Y-TZP basierten Brücke aufweist.
Weite für den Konnektor einer künftigen
Y-TZP basierten Brücke zulässt.
3.2 Klinische und labortechnische Betrachtungen
Vorbereitung und Abformung
Die empfohlene Vorbereitung ist vergleichbar mit der von metallkeramischen Restaurationen76,
so dass der Behandler seine vertraute Arbeitsweise beibehalten kann (Abb. 3.2.3):
Abb. 3.2.3: Okklusale Ansicht des für eine Y-TZP basierte
Restauration vorbereiteten Pfeilerzahnes. Man beachte die
peripher abgerundete Schulterlinie.
1. Zahnsubstanzabtragung: Für Frontzahnkronen und Frontzahnbrückenpfeiler: 1,5–2,0 mm
inzisaler Abtrag, 1,0–1,5 mm lingualer Abtrag, und 1,0–1,5 mm bukkaler Abtrag. Für
Seitenzahnkronen und Seitenzahnbrückenpfeiler: 1,5–2,0 mm okklusaler Abtrag, und
1,0–2,0 mm axialer Abtrag.
2. Stumpfkonizität: Eine Konizität von mindestens 4° wird benötigt, damit der Scanner die
Masterform korrekt einlesen kann.
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3. Art und Lokalisation des Kronenrandes: Eine Hohlkehle oder eine Stufe mit abgerundeter Schulter sollten als Präparationsgrenze gewählt werden. Sie sollte leicht supragingival gelegt werden, um die Gesundheit der Gingiva aufrecht zu erhalten und die Abformung zu erleichtern.
4. Kanten brechen: Alle Winkel sollten abgerundet sein, scharfe Kanten und Unterschneidungen müssen vermieden werden.
Für die detailgetreue Wiedergabe der Stützpfeiler und des zahnlosen Kammes können Standard
Abformungverfahren eingesetzt werden. Darüber hinaus sollte ein Vinylpolysiloxan Bissregistrat abgenommen und gescannt werden, um die okklusale Ausdehnung der Restauration zu
kontrollieren und die Form des Antagonisten berücksichtigen zu können.
Design und Herstellung von Brücken
Ein Sägeschnittmodel mit separierten, entfernbaren, mit zwei Stiften versehenen Stümpfen wird
aus hellem, hochfestem Gips gegossen. Der Gebrauch von Gipshärtern, Stumpflack und das Markieren von Restaurationsrändern sollte vermieden werden. In letzterem Fall beeinträchtigt die
Reflexion der meisten Stifte (außer Bleistifte) das Scannen. Die Stümpfe, der zahnlose Kamm
und das Bissregistrat werden gescannt, digitalisiert und stehen virtuel auf dem Monitor zur Verfügung. Die Präparationsgrenzen werden erkannt und automatisch dargestellt, während Wandstärke,
Zementspalt und Kronenrand der Brückenpfeiler vom User für die spezielle Restauration definiert
werden.
Anschließend wird das Brückenglied aus einer Bibliothek ausgewählt und in Relation zu den
Stümpfen, dem zahnlosen Kieferkamm und den Antagonisten positioniert (Abb. 3.2.4, 3.2.5).
Abb. 3.2.4: Bukkale Ansicht der virtuellen
Abb. 3.2.5: Die Konnektoren sind maß-
Pfeilerstümpfe und des virtuellen Brücken-
geschneidert, um die Mindestoberfläche von
zahnes mit dem virtuellen interokklusalen
9 mm2 zu gewährleisten, ohne das Träger-
Registrat. Man beachte den nötigen Platz
gerüst zu beeinträchtigen.
für die Verblendkeramik.
Ähnlich erfolgt das Design der Konnektoren in Relation zu den Pfeilerzähnen, Brückengliedern, approximalen Papillen und der Gegenbezahnung. Ein obligatorischer minimaler Querschnitt von 9 mm2 für die Konnektoren wird sichergestellt (Abb. 3.2.6).
Abb. 3.2.6: Das fertige virtuelle Modell des Gerüsts der
festsitzenden Brücke mit virtuellen Haltestiften (blau).
Die Software berechnet anschließend die Dimensionen der Restauration unter Berücksichtigung der zu erwartenden Schrumpfung während der finalen Sinterung. Dadurch wird ein um
den entsprechenden Faktor vergrößertes Gerüst entworfen und aus einem teilgesinterten Rohling (Abb. 3.2.7) gefräst.
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Abb. 3.2.7: Teilgesinterte Y-TZP Rohlinge für
Abb. 3.2.8: Bukkale Ansicht des Y-TZP
Kronen und Brücken.
basierten Brückengerüstes auf dem Mastermodell. Man beachte den hervorragenden
marginaler Randschluss.
Die durchschnittliche Fräszeit für eine Krone beträgt 35 Minuten und für eine dreigliedrige
Brücke 75 Minuten. In dem Magazin der Fräseinheit haben bis zu 20 Rohlinge Platz, deren
Barcode die benötigten Informationen (Schrumpfparameter etc.) zum Fräsen liefert. Mehrere
Restaurationen können somit über Nacht gefräst werden. Nach der Fertigstellung werden die
Gerüste im gewünschten Farbton gefärbt und gesintert und anschließend die Passung auf dem
Meistermodell überprüft (Abb. 3.2.8).
Einprobe des Brückengerüstes
Die Einprobe des Gerüstes wird im Mund des Patienten vorgenommen, um die Passung und
Randschlussqualität mittels eines Fit-Checkers zu überprüfen (Abb. 3.2.9). Bei Passungenauigkeiten wird die jeweilige Krone an der entsprechenden Stelle mit einem wassergekühlten Schleifinstrument (Turbine) angepasst.
Abb. 3.2.9: Okklusale Ansicht des auf Y-TZP
basierten Gerüsts im Mund des Patienten
Verblenden
Ein Schichtschema wird dem Keramiker zur Verfügung gestellt, damit er die Lava™ Verblendkeramik optimal anwenden kann. Sie besteht aus einem 16-stufigen Farbschichtsystem, basierend auf den Vita-Klassik Farben, sowie zusätzlichen Spezialeffekt- und Färbungsmaterialien,
die eine natürliche mit dem Gerüst harmonierende Transluzenz haben (Abb. 3.2.10 – 13).
Abb. 3.2.10+11: Die Intaglio-Oberfläche der fertigen Restauration zeigt die ästhetische Mög68
lichkeiten der Verblendkeramik und seine Anpassung an die Gerüststruktur.
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Abb. 3.2.12+13: Die bukkale Ansicht der fertigen Restauration auf dem Mastermodell zeigt
die hervorragende Passung nach dem Brennen der Verblendkeramik. Man beachte: offene
gingivale Zwischenräume für eine adäquate Zahnpflege.
Einpassung und Zementierung
Die fertige Restauration wird im Mund anprobiert und in folgender Reihenfolge beurteilt:
approximale Kontaktstellen, innere Oberfläche der Kronen hinsichtlich der Passung und gingivaler Kontakt des Brückenzahns sowie okklusale Kontaktpunkte.
In besonderen Fällen wird eine adhäsive Befestigung mit Ätzung und glashaltigen Keramiksystemen vorgenommen. Diese basieren auf der Adhäsion zwischen der Keramik und der
Zahnsubstanz mittels Silanschicht, Bondings, Kompositschicht und einer weiteren Adhäsivschicht. Diese Vorgehensweise erhöht die Festigkeit der Restauration deutlich und sichert die
Langlebigkeit. Eine adhäsive Befestigung kann jedoch verfahrensbedingt anfällig sein,
besonders wenn die Präparationsgrenze aufgrund früherer Restaurationen, Karies oder der
Notwendigkeit einer verstärkten Retention im Dentin endet. Hierbei kann eine ausreichende
Trockenlegung vielleicht nicht gewährleistet werden, wodurch es zu einer minderwertigen
Verbundschicht mit Auswirkungen auf die Langlebigkeit der Restauration kommt. Y-TZPStäbe wiesen in In-vitro-Studien77, 78 eine Bruchfestigkeit von 900–1200 MPa auf. Die
Bruchfestigkeit von dreigliedrigen Frontzahnbrücken, die mit Glasionomerzement zementiert
wurden, betrug 1457 N unter Wechselbelastung, was eine 5-jährige klinische Belastung
simuliert und weit über den erforderlichen 1000 N liegt79. Deshalb ist es bei einer Lava Restauration nicht notwendig, eine adhäsive Befestigung vorzunehmen. Sie kann konventionell
mit Glasionomerzement oder lichthärtenden Glasionomerzement eingegliedert werden.
Mittels Röntgenaufnahmen wurde an diesem Beispiel die Passgenauigkeit der Lava™-Restaurationen dokumentiert (Abb. 3.2.14, 3.2.15).
Abb. 3.2.14+15: Röntgenaufnahmen von der fertigen Restauration. Man beachte die metallähnliche Röntgentransluzenz der Restaurationen und ihren hervorragenden Sitz.
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3.3 Ergebnis
Bisherige In-vitro-Daten über das 3M ESPE System Lava™ zu Kronen und Brücken sind vielversprechend. Zur Zeit werden klinische Langzeitstudien durchgeführt, um die Dauerfestigkeit
von Brücken zu beurteilen. Die Möglichkeit des Systems, sowohl einzelne Kronen als auch
drei- und viergliedrige Brücken zu entwerfen und herzustellen, vergrößert seinen Anwendungsbereich und unterstützt auch einheitliche ästhetische Ergebnisse, wenn für einen Patienten verschiedene Restaurationstypen indiziert sind (Abb. 3.3.16 – 20).
Abb. 3.2.16+17: Die okklusalen Ansichten der fertigen
Restaurationen zeigen ihre
adäquate Form und Ästhetik.
Abb. 3.2.18-20: Die bukkalen und okklusalen
Ansichten der fertigen Restaurationen zeigen
die gute Integration in bestehenden Situationen.
Außerdem hat der Behandler die Möglichkeit, den Patienten mit metallfreien, ästhetischen Restaurationen im Seiten- sowie im Frontzahnbereich zu versorgen. Dies geschieht auf relativ einfache Weise im Wesentlichen mit den herkömmlichen Arbeitsmethoden und ohne techniksensitive Verfahren, wie z.B. die Verwendung von Kompositbefestigungswerkstoffen. Die
metallähnliche Röntgensichtbarkeit der Y-TZP Gerüste ist ein weiterer Vorteil, um das System
in der Zahnarztpraxis zu verwenden, denn Röntgendiagnosen und Nachsorgemaßnahmen sind
wie bisher zu evaluieren (Abb. 3.2.14+15). Die notwendigen Konnektorabmessungen von ca.
7 mm2 erlauben den Einsatz des Systems auch im Frontzahnbereich, obwohl hier die interokklusalen Abstände oft sehr begrenzt sind.80 Das Lava System ist somit gegenwärtig als eines der
führenden Vollkeramik-System hervorzuheben, das aufgrund der inhärenten mechanischen und
optischen Eigenschaften des Y-TZP Gerüstwerkstoffs und der Lava CAD/CAM Technik für
verschiedenste Indikationen geeignet ist.
70
Danksagungen: Der Autor möchte Herrn Andreas Saltzer, (Keramikdesign, Mannheim,
Deutschland) für die Herstellung der Restaurationen für diesen Artikel danken.
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Marginal Fit of CAD/CAM Manufactured All Ceramic Zirconia Prostheses
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Ob grün, gesintert oder gehippt – ein Vergleich lohnt sich
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„Sehr gute Ästhetik – vom Gerüst bis hin zur Verblendung“
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Funktionalität und Ästhetik vollkeramischer Kronen und Brücken sind ausgereift
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Grünbearbeitung von Zirkondioxid – Neue Möglichkeit in der CAD/CAM-Technologie
19. H. Bellmann (dental dialogue, 5. Jahrgang 2004, 46-49)
Die Zukunft ist farbig – Zirkonoxid, eine Alternative zur Gusstechnik
Siehe auch Technische Produktprofile der einzelnen 3M ESPE Produkte
Warenzeichen
3M, ESPE, Garant, Adper, Aplicap, Clinpro, Compolute, Concise, EBS, Elipar, Filtek, Impregum, Imprint, Ketac, Lava, L-Pop, Paradigm, Penta, Permadyne, Position, Prompt, Protemp,
RelyX, Rocatec, Silorane, Sinfony, Sof-Lex, Vitrebond,Vitremer, Z100 sind Warenzeichen von
3M oder 3M ESPE AG.
In-Ceram, YZ-Cubes sind ein Warenzeichen von Vita Zahnfabrik.
Empress ist ein Warenzeichen von Ivoclar Vivadent.
Procera ist ein Warenzeichen von Nobel Biocare.
Cerec und Cerec Inlab sind Warenzeichen von Sirona.
Mirage ist ein Warenzeichen von Chameleon Dental Products.
Optec ist ein Warenzeichen von Jeneric/Pentron.
Everest ist ein Warenzeichen von KaVo.
DCS ist ein Warenzeichen von DCS Dental AG.
Dicor ist ein Warenzeichen von Corning Glass Works.
Silicoater ist ein Warenzeichen von Heraeus Kulzer.
© 3M ESPE 2004. All rights reserved.
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Kontaktadressen:
Prof. Dr. Peter Pospiech
Universität Homburg
Zentrum für ZMK, Klinik für Zahnärztl. Prothetik & Werkstoffkunde, Gebäude 71.2
D-66421 Homburg / Saar
Email: zmkppos@uniklinik-saarland.de
PD Dr. Joachim Tinschert
Klinik für Zahnärztliche Prothetik der Medizinischen Fakultät der RWTH Aachen
Pauwelsstr. 30
D-52074 Aachen
ZTM Gerd Natt
Dental Technik GmbH G. Natt
Beuelsweg 22 2x
D-50733 Köln
3M (Schweiz) AG
3M ESPE Dental Products
Eggstrasse 93
8803 Rüschlikon
Telefon 044 7 24 93 31
Telefax 044 7 24 92 38
3M Österreich GmbH
Brunner Feldstraße 93
A-2380 Perchtoldsdorf
Telefon 00431 866 86-434
Telefax 00431 866 86-330
E-mail: dental-at@mmm.com
Empress, Celay, InCeram, HiCeram, VITA,
Vitadur, Cerec, Procera, Dicor, DCS Cerapearl
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3M, ESPE, Lava, Rocatec, Cojet, Ketac,
RelyX, Procem, Scutabond NR, are trademarks of 3M or 3M ESPE AG.
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