Werkstoffe


Materialwissen 4.0: Die nächste Generation Zirkoniumdioxid

07.03.2016
aktualisiert am: 11.03.2016

In diesem Beitrag geht ZTM Gerhard Stachulla auf die Unterschiede zwischen herkömmlichem und hinzugekommenem transluzentem Zirkoniumdioxid ein. Er zeigt, wo bei der nächsten Generation Zirkoniumdioxid Hürden zu nehmen sind und wo sich ein Zugewinn durch die neue Materialvariante ergibt.

Die unter Federführung von DGPro und DGZMK entstandene S3-Leitlinie zu Vollkeramischen Kronen und Brücken wurde im Frühjahr 2015 veröffentlicht. Die Leitlinie gibt eine Entscheidungshilfe bezüglich der prothetischen Versorgungsmöglichkeiten mit vollkeramischen Restaurationsmaterialien. Es werden Empfehlungen hinsichtlich der verschiedenen Materialien und ihrer Einsatzbereiche gegeben, soweit hierfür wissenschaftliche Evidenz vorhanden ist. Neue Entwicklungen wie monolithische Zirkoniumdioxidkeramiken oder sogenannte Hybridkeramiken, die auf einem dualen Keramik-Polymernetzwerk basieren, konnten leider aufgrund fehlender klinischer Studien mit entsprechenden Beobachtungszeiträumen in dieser Leitlinie keine Berücksichtigung finden. Wenn wir aber heute mit diesen neuen Materialien arbeiten wollen, müssen wir uns über deren spezifische Eigenschaften Klarheit verschaffen.

Vollkeramiken und Einsatzgebiete 

Die Materialvielfalt in der Zahntechnik nimmt immer weiter zu (Abb. 1 u. 2). Dies ermöglicht eine immer bessere Abstimmung des Werkstoffs auf die benötigte Indikation. Gleichzeitig bedeutet es aber den Erwerb einer größeren Materialkenntnis für Zahnarzt und Zahntechniker. Allein im Bereich der Vollkeramik stehen uns heutzutage einige Materialvarianten zur Verfügung. Kategorisiert man die Vollkeramiksysteme nach dem Werkstoff, so unterscheiden wir Keramiken wie Feldspatkeramik, Silikatkeramik und Zirkoniumdioxidkeramik. Anhand dieser Unterteilung konnte bisher auch eine Aufteilung entsprechend der freigegebenen Indikationsgebiete vorgenommen werden.

  • Abb. 1: Es stehen dem Zahntechniker verschiedene Vollkeramiksysteme zur Verfügung.
  • Abb. 2: Zirkoniumdioxid in Rondenform.
  • Abb. 1: Es stehen dem Zahntechniker verschiedene Vollkeramiksysteme zur Verfügung.
  • Abb. 2: Zirkoniumdioxid in Rondenform.

Feldspatkeramiken sind grundsätzlich nur für komplette Einzelzahnrestaurationen sowie Inlay-, Onlay- oder Veneerversorgungen indiziert. Eine adhäsive Befestigung ist obligat. Im Bereich der Silikatkeramik gibt es zwei Materialvarianten. Zum einen das Lithium-Disilikat, welches für Einzelkronen bis hin zu 3-gliedrigen Brücken mit einer maximalen Brückenspanne von einer Prämolarenbreite freigegeben ist. Die Befestigung kann adhäsiv oder konventionell erfolgen. Zum anderen das zirkoniumdioxidverstärkte Lithiumsilikat. Hier beschränkt sich die Indikation auf komplette Einzelzahnversorgungen sowie Inlay-, Onlay- oder Veneerrestaurationen. Eine adhäsive Befestigung wird empfohlen. Die nächste Keramikgruppe ist nun das Zirkoniumdioxid. Dieses Vollkeramikmaterial war bis vor kurzem noch eindeutig spezifiziert. Zirkoniumdioxid kann von der Einzelkrone bis hin zur weitspannigen Brücke bis maximal 2 Brückenglieder eingesetzt werden. Die Befestigung erfolgt adhäsiv oder konventionell.

Moderne Zirkoniumdioxide: tetragonal und opak oder kubisch und transluzent

  • Abb. 3: Die Materialvarianten von Zirkoniumdioxid sind auf ihre Indikationsgebiete hin optimiert.

  • Abb. 3: Die Materialvarianten von Zirkoniumdioxid sind auf ihre Indikationsgebiete hin optimiert.
Diese eindeutige Verknüpfung des Keramikwerkstoffs mit dem Indikationsgebiet hat sich nun geändert. Neue Zirkoniumdioxidvarianten drängen auf den Markt. Das bekannte in der tetragonalen Phase teilstabilisierte Zirkoniumdioxid erhält nun zusätzliche Materialvarianten. Monolithische Restaurationen sowie Inlay- oder Onlayversorgungen waren wegen der geringen Transluzenzwerte dieses Materials aus ästhetischen Gesichtspunkten eher ungenügend. Genau aus diesem Grund findet nun ein in seiner kubischen Phase stabilisiertes Zirkoniumdioxid Anwendung (Abb. 3). Dieses verfügt allerdings nicht über die Fähigkeit der Selbstreparatur, wenn sich ein Riss bildet. Nur in tetragonalem Zirkoniumdioxid wird durch monokline Umwandlung und Volumenzunahme der Moleküle die Rissausbreitung gestoppt.

Durch die Modifikation des Zirkoniumdioxidwerkstoffs können Transluzenzwerte erzielt werden, die denen einer Lithium-Disilikatkeramik entsprechen. Die Einschränkungen des Indikationsgebietes durch die ästhetische Wirkung sind somit nicht mehr vorhanden. Allerdings geht die Erhöhung der Transluzenz einher mit einer Reduzierung der Biegefestigkeit sowie Bruchzähigkeit des Materials. Für den Techniker ist es wichtig, dass er sich mit dem Datenblatt des jeweiligen Materials auseinandersetzt. Es gibt transluzentes (T) Material mit einer Biegefestigkeit > 1.100 MPa, dieses wird auch als 1200erbezeichnet. Das hochtransluzente (HT) ist das kubische Material und die Biegefestigkeit liegt bei ca. 600 MPa bis 700 MPa. Das Indikationsgebiet der weitspannigen Brücken entfällt somit bei dieser Zirkoniumdioxidvariante. So ist nun im Bereich der Zirkoniumdioxidkeramik eine Materialvariante entstanden, die zwar unter dem Oberbegriff Zirkoniumdioxid beheimatet ist, sich in ihren Materialkennwerten und damit auch Indikationen von der herkömmlichen Variante unterscheidet. Die Kategorisierung durch den Begriff Zirkoniumdioxidkeramik ist somit für das Indikationsgebiet nicht mehr eindeutig.

Zu diesem Material gibt es eine Studie über die Anforderungen an das monolithische Zirkoniumdioxid [1]. Die Studie beschäftigt sich mit den mechanische Eigenschaften, der Alterungsbeständigkeit, der Transluzenz, sowie mit der Abrasionsbeständigkeit gegenüber Schmelzantagonisten. Zum letzten Punkt zeigt sich, dass Funktionsflächen nicht glasiert werden dürfen. Die Glasuroberfläche splittert sehr schnell unter der Benutzung. Das beste Verhalten zeigen sowohl maschinell als auch handpolierte Oberflächen.

Indikation und Transluzenz 

Lassen sich die Festigkeitswerte und Indikationsgebiete der einzelnen Zirkoniumdioxidvarianten über die Herstellerangaben eindeutig identifizieren, so ist die Beurteilung der Transluzenzwerte häufig schwieriger. Eine Angabe des Transluzenzgrades ist von Seiten der Normung nicht gefordert. Diese Problematik verstärkt sich noch, da es keine allgemein gültige Definition der Begrifflichkeit gibt. Opak, transluzent, hochtransluzent oder ultra-hochtransluzent: Das ist nicht spezifiziert und somit kann jeder Hersteller es zu seiner eigenen Definition verwenden. Dieser Umstand bedeutet, dass der Anwender zwar innerhalb eines Systems desselben Herstellers eine logische Abstimmung zwischen den einzelnen Varianten erwarten kann, dass jedoch diese Abstufung bezogen auf andere Hersteller nicht gilt. Damit kann es passieren, dass die als hochtransluzent deklarierte Variante des einen Herstellers bei einem anderen nur als transluzent bezeichnet wird (Abb. 4 u. 5). Der Anwender hat so keine verlässlichen Angaben. Für den Zahntechniker heißt dies vor allem: Ausprobieren und Vergleichen. Welche Materialvariante von welchem Hersteller für den jeweiligen Patienten die richtige ist, bedarf einer Evaluierung der verschiedenen Transluzenzgrade. Das Wissen über das vorgeschriebene Indikationsgebiet sowie die ästhetische Wirkung der Materialvariante ist essenziell für die richtige Materialauswahl. Zirkoniumdioxide mit hohen Transluzenzen sind bei unverfärbten Stümpfen sicherlich eine höchst ästhetische Alternative zu Lithium-Disilikat. Bei Verfärbungen müssen dann aber weniger transluzente Varianten eingesetzt werden (Abb. 6 u. 7).

  • Abb. 4: Transluzenzen unterschiedlicher Vollkeramikmaterialien. V. l.: Celtra Duo HT A2, priti®Multidisc HT weiß, IPS e.max CAD/CAM HT A2, priti®Multidisc HT Alight.
  • Abb. 5: Transluzenzwerte nach Auflichtmessung (interne Messung von pritidenta, Leinfelden-Echterdingen).
  • Abb. 4: Transluzenzen unterschiedlicher Vollkeramikmaterialien. V. l.: Celtra Duo HT A2, priti®Multidisc HT weiß, IPS e.max CAD/CAM HT A2, priti®Multidisc HT Alight.
  • Abb. 5: Transluzenzwerte nach Auflichtmessung (interne Messung von pritidenta, Leinfelden-Echterdingen).

  • Abb. 6: Herkömmliches opakes Zirkoniumdioxid.
© ZT Wolfgang Borgmann
  • Abb. 7: Modernes hochtransluzentes Zirkoniumdioxid.
© ZT Wolfgang Borgmann
  • Abb. 6: Herkömmliches opakes Zirkoniumdioxid. © ZT Wolfgang Borgmann
  • Abb. 7: Modernes hochtransluzentes Zirkoniumdioxid. © ZT Wolfgang Borgmann

  • Abb. 8: Frontzahnästhetik, realisiert mit kubischem Zirkoniumdioxid.
  • Abb. 8: Frontzahnästhetik, realisiert mit kubischem Zirkoniumdioxid.

Zusammenfassung

Die neuen Zirkoniumdioxidvarianten ermöglichen eine erneute Erweiterung des Indikationsgebietes dieses Vollkeramikmaterials. In ihrer optimierten ästhetischen Wirkung stehen sie nicht hinter den bekannten, aber weniger stabilen Vollkeramikwerkstoffen wie Feldspatkeramik und Lithiumsilikatkeramik zurück (Abb. 8). Das Labor erhält erstmalig die Möglichkeit, in einem Vollkeramiksystem von weitspannigen Brücken bis hin zu hochästhetischen Einzelzahnversorgungen die verschiedensten Indikationen abzudecken.

Die Bedingung für diese universellen Einsatzmöglichkeiten ist allerdings das Wissen um die optischen Eigenschaften sowie Materialkennwerte der einzelnen Zirkoniumdioxidvarianten. Die herstellerseitigen Titulierungen der Transluzenzen ermöglichen keinen objektiven Vergleich zwischen den Herstellern. Dem Zahntechniker obliegt die Auswahl anhand seiner Materialkenntnis und Erfahrung. Hat er sich diese Kenntnisse erarbeitet, ermöglicht ihm die Vielfalt im Zirkoniumdioxidbereich einen im Vergleich zu anderen Vollkeramikmaterialien reduzierten Aufwand in Bezug auf Handwerk, Technik und Lagerhaltung. So hat man ein Material vor sich, das sich aufgrund der verschiedenen Varianten für einen Großteil der anfallenden Restaurationen eignet. Dies bedeutet, dass durch die Einführung einer neuen Materialvariante erstmalig die unterschiedlichen Verarbeitungsprozesse im Vollkeramikbereich verschlankt werden können.

Näheres zum Autor des Fachbeitrages: ZTM Gerhard Stachulla

Bilder soweit nicht anders deklariert: ZTM Gerhard Stachulla


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