Werkstoffe


Wie behandle ich Zirkonoxid?


Zirkonoxidkeramik stellt aufgrund ihrer guten mechanischen Eigenschaften ein überaus interessantes Material zur Herstellung von vollkeramischem Zahnersatz dar. Nicht erst im Rahmen der Modifikation der ästhetischen Eigenschaften (Stichwort transluzentes Zirkonoxid) und der damit verbundenen Anwendung von Zirkonoxid für vollanatomische Restaurationen stellt sich die Frage nach der Bearbeitung der Werkstoffoberflächen. An Bedeutung gewinnt die Tatsache weiter durch die Notwendigkeit, Zirkonoxid für die Gewährleistung einer optimalen okklusalen Kontaktsituation einzuschleifen, und durch die damit verbundene Frage der Abrasion durch ein hartes und evtl. schlecht poliertes Zirkonoxid.

Bereits kurz nach der Einführung von Zirkonoxid in die Zahnmedizin wurden die verschiedenen Ansätze und Methoden zur Vorbehandlung von Zirkonoxidkeramik für die Verblendung und die Befestigung der Versorgungen diskutiert. Da sich Zirkonoxid nicht mit herkömmlichen Verfahren anätzen lässt, sind mechanische Verfahren zur Oberflächenbearbeitung einzusetzen. Hierzu gehören das Aufrauen der Oberfläche mit rotierenden Instrumenten sowie das Strahlen mit Aluminiumoxid. Leicht nachvollziehbar ist, dass eine Bearbeitung der Oberflächen zu einer i.A. gewünschten Veränderung der Oberfläche führt. Die Bearbeitung der Materialoberflächen kann aber ebenso mit einer Beschädigung des Materials enden. Die in der Literatur verfügbaren Studien zeigen dabei teilweise widersprüchliche Ergebnisse. Es gilt jedoch, dass es durch die Bearbeitung zu einer lokalen Phasenumwandlung im Gefüge des Zirkonoxids kommen kann, die im Allgemeinen eine Schwächung des Werkstoffes darstellt.

Veränderungen des Gefüges

Was ist der Hintergrund hierfür? Zirkonoxid liegt bei verschiedenen Temperaturen in unterschiedlicher kristalliner Konfiguration vor:

- 2.706 °C: kubische Phase
- 2.370 °C: tetragonale Phase
- 1.163 °C: monokline Phase

Beim Übergang von tetragonal zu monoklin findet eine Volumenzunahme statt. Durch Zugabe von Yttrium wird nun die tetragonale Phase teilstabilisiert, d.h., es liegt auch bei Raumtemperatur tetragonales Zirkonoxid vor. Bringt man nun Energie (Riss, Bearbeitung etc.) in das System ein, wandelt sich dieser tetragonale Anteil in einen monoklinen Anteil um. Einfach ausgedrückt wird der Riss durch die Volumenzunahme aufgehalten, der Defekt durch die Bearbeitung reduziert. Erst durch die Möglichkeit der Zirkonoxidkeramik, diese sog. Phasentransformation zu durchlaufen, wurde der Einsatz von Zirkonoxid für die klinische Anwendung möglich.

Auswirkung verschiedener Bearbeitungstechniken

Durch die Anwendung von Strahlgut oder durch das Beschleifen und Polieren werden derartige Umwandlungen ausgelöst und der „Schutzmechanismus“ von Zirkonoxid geht damit teilweise verloren – der Anteil an monokliner Phase erhöht sich. Generell sind daher Behandlungen mit weniger Energieeintrag zu bevorzugen. Bei rotierenden Instrumenten gilt es, kleinere Korngrößen (fein bis extrafein, ca. 30–50 ?m) der Schleifkörper mit wenig Anpressdruck zu bevorzugen und bei strahlender Bearbeitung auf Al2O3 zwischen ca. 50 und 100 ?m bei 1–2,5 bar mit kurzen Strahlzeiten (10–20 s) zurückzugreifen.

  • Abb. 1: Geschliffene Oberfläche.
  • Abb. 2: Polierte Oberfläche.
  • Abb. 1: Geschliffene Oberfläche.
  • Abb. 2: Polierte Oberfläche.

Durch die lokale Wärmeentwicklung, verbunden mit erhöhtem Druck, werden derartige Umwandlungen weiter begünstigt. Leider bemerkt man die Wärmeentwicklung beim Schleifen des Zirkonoxids im Vergleich zur Metallkonstruktion aufgrund der schlechteren Wärmeleitfähigkeit nicht direkt an den Fingerspitzen. Jeder hat bei der Bearbeitung von Zirkonoxid auch schon Funkenflug beobachtet, gerade wenn man viel Material in der immer knappen Zeit wegschleifen möchte. Hierbei spielen vermutlich vor allem zu hohe Drehzahlen und stumpfe Schleifkörper eine große Rolle.

  • Abb. 3: Einschleifen.

  • Abb. 3: Einschleifen.
 Daher besteht die dringende Notwendigkeit, das zu bearbeitende Werkstück während des Einschleifvorgangs zu kühlen und mit wenig Anpressdruck zu arbeiten. Da ungebrauchte Instrumente meist eine bessere Schneidwirkung aufweisen, führt deren Anwendung bereits bei weniger Anpressdruck zu besseren Ergebnissen. Die Anwendung einer lokalen Kühlung muss gewährleisten, dass das Kühlwasser effektiv arbeiten kann, also wirklich ausreichend Spraywasser am Zielort ankommt. Dies ist leider nicht immer der Fall und muss evtl. auch individuell geprüft werden. Das Einschleifen sollte somit immer unter Kühlung erfolgen. Es gibt Hinweise darauf, dass unter Kühlung mehr Abtrag stattfindet und weniger Verspannungen im Kristallgitter der Keramik auftreten, man also effektiver und schonender arbeitet. Wird die Bearbeitung sorgfältig und vorsichtig durchgeführt, liegen die Anteile der Phasenumwandlung unter 0,1 % – es erfolgt also nur eine geringfügige Veränderung der Oberfläche der Zirkoniumdioxidkeramik.

Klinische Aspekte

In der klinischen Anwendung sind glatte Werkstoffoberflächen von enormer Bedeutung. Neben bekannten Aspekten wie reduzierter Plaqueanlagerung, spürbar glattem Anfühlen und Glanz bedeuten glatte Oberflächen auch eine reduzierte Anfälligkeit gegen Risswachstum (erhöht die Lebensdauer der Versorgung!) und eine Verbesserung des Verschleißverhaltens der Antagonisten. Da sich eine glatte Zirkonoberfläche aufgrund der großen Härte des Materials nicht oder nur wenig abradiert, ist sie im Vergleich zu herkömmlichen Keramiken sogar schonender zu den Antagonisten. Auch deshalb gilt: Je glatter und runder die Oberflächen sind, desto länger halten Versorgung und Antagonist.

Fazit

  • Abb. 4: Übersicht verschiedene intraorale Poliersets.

  • Abb. 4: Übersicht verschiedene intraorale Poliersets.
Daher sollten die Versorgungen nach dem Einstellen der Kontaktsituation und evtl. auch bei gelegentlichen Recalls gewissenhaft glattpoliert (und/oder glasiert) werden. Hierfür gibt es eine Vielzahl von verschiedenen Poliersets, die sich in Zusammensetzung und Polierleistung unterscheiden. Wissenschaftliche Ergebnisse weisen in die Richtung, dass mit der stufenweisen Steigerung der Feinheitsgrade der Polierer die besten Ergebnisse in puncto Abtragsleistung und Oberflächenschonung erzielt werden können. Auch bei der Trockenbearbeitung mit Polierern gilt es, die Energieeinbringung so gering wie möglich zu halten. Hierzu tragen besonders ein geringer Anpressdruck sowie angepasste Drehzahlen bei, sodass die dabei auftretenden Temperaturen i.A. unter 100 °C liegen. Die so erzielten Rauigkeiten liegen dann im Bereich einer Glasur. Zusammenfassend gilt, dass jede Manipulation der Oberflächen, wie Schleifen, Polieren oder Strahlen, wenn möglich auf ein Mindestmaß reduziert werden sollte. 

Näheres zum Autor des Fachbeitrages: Dr. Martin Rosentritt - Dr. Verena Preis

Bilder soweit nicht anders deklariert: Dr. Martin Rosentritt , Dr. Verena Preis


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