Werkstoffe

Blick zurück, teils im Zorn, und heutige Lösungen

Zirkoniumdioxid verstehen – und warum Chipping immer noch ein Thema ist

06.10.2016
aktualisiert am: 20.10.2016

Inlaybrücke aus hochtransluzentem Zirkoniumdioxid.
Inlaybrücke aus hochtransluzentem Zirkoniumdioxid.

Ist heute Zirkoniumdioxid für die zahntechnische Anwendung vollkommen entschlüsselt? Unser Autor ZTM Michael Anger meint: „Nein“ und gibt im Folgenden Tipps, verbunden mit der Erläuterung von technischen und historischen Zusammenhängen. Auch wer den Weg von Zirkoniumdioxid aus seiner persönlichen Sicht als zahntechnischer Zeitzeuge kennen lernen möchte, kommt auf seine Kosten.

Das Wort „Chipping“ war im Sprachgebrauch des Labors unbekannt … bis wir Gerüste aus Zirkoniumdioxid herstellten und diese verblendeten. Abplatzungen, Ausbrüche, Sprünge, Risse in der Verblendkeramik gehörten vielerorts plötzlich zum leidvollen Alltag [1-5].

Beispiele klinischer Studienergebnisse

Beuer et al. [1]  beobachteten in ihrer klinischen 3-Jahres-Studie 18 Brücken und 50 Einzelkronen aus Zirkoniumdioxid-Gerüsten mit geschichtetet Keramikverblendung. Es wurden 3 biologische und 5 technische Misserfolge registriert, alle bei den Brückenversorgungen.

Sailer et al. (5) verfolgten 57 manuell verblendete 3- bis 5-gliedrige Brücken mit Zirkoniumdioxid-Gerüsten. Nach 5 Jahren Tragezeit konnten 33 Brücken (27 Patienten) nachuntersucht werden. In 15,2 5 der Fälle wurde Chipping der Verblendkeramik gefunden.

Das war zu Beginn der Zirkoniumdioxid-Ära nicht so gewesen. Dieses Material wurde sehr vorsichtig und ausschließlich nach Herstellerangaben bearbeitet und von Zahnärzten und Zahntechnikern wie ein rohes Ei behandelt. In den frühen Jahren wurde sehr genau auf Höckerunterstützung etc. geachtet, und nicht jeder Behandler hat sich gleich an diese Technik gewagt. In dieser Zeit hat man sehr wenig über Misserfolge wie Sprünge oder Chipping gehört, denn die Regeln wurden beachtet – zunächst, denn der Anwenderkreis war klein. Erst als das Material in zunehmendem Maße vom Markt angenommen wurde – seit etwa der Jahrtausendwende – und jeder sich davon angetan fühlte, es anzuwenden, kam es zu einer großen Welle von Misserfolgen durch Abplatzungen.

Bei Lithium-Disilikat war das anders gewesen. Diese Glaskeramik wurde 1998 eingeführt und viele Zahntechniker und auch Zahnärzte beschäftigten sich nicht zuletzt aufgrund der nötigen adhäsiven Befestigung von Presskeramik tatsächlich mit Lithium-Disilikat als Material. Der breite Einstieg in die Zirkoniumdioxid-Technik wurde leider NICHT von adäquaten Schulungen zu Verarbeitung und Handhabung begleitet, wodurch tatsächlich viele vermeidbare Fehler von allen Beteiligten gemacht wurden und heute noch gemacht werden. Zirkoniumdioxid wurde den Laboren und von den Laboren plötzlich als „weißes Metall“ angepriesen – und hierdurch kam es zu einer nicht materialgerechten, ja fast leichtsinnigen Handhabung. Zirkoniumdioxid geriet schnell in einen unverdienten schlechten Ruf. Geht man dem auf den Grund, findet man, dass die Zirkoniumdioxid-Falle, in die man als Anhänger des „weißen Metalls“ fast zwangsläufig geraten musste, auf einem falschen Verständnis oder der Verwechslung von „Härte“ und „Elastizitätsmodul“ beruht, mit dem ich gerne aufräumen möchte.

Hüpfen oder abprallen

Tatsächlich ist Zirkoniumdioxid ein extrem hartes Material! „Härte“ – gemessen nach Vickers, Brinell o. ä. – bezieht sich auf die Verletzung der Oberfläche und beeinflusst somit ganz klar die Bearbeitbarkeit im Labor und ebenso das Abrasionsverhalten im Mund. Der Elastizitätsmodul in Verbindung mit der extremen Härte ist es jedoch, der uns beim Zirkoniumdioxid einen Streich spielt. Nehmen Sie einmal eine Krone aus Zirkoniumdioxid und lassen diese auf einen gefliesten Boden fallen. Die Krone wird springen und hüpfen, bevor sie kullert, und anschließend – hoffentlich ohne Sprung – liegen bleibt. Machen Sie den gleichen Versuch mit einer Krone aus einer Gold- oder NEM-Legierung. Das Ergebnis: einmal abprallen und dann kullern – eventuell mit einem verbogenen Rand. Bei dünnen Käppchen kann man das elastische Biegeverhalten teilweise mit den Fingern oder mithilfe einer Teleskopzange spüren. Das Zirkoniumdioxidkäppchen kann sich also durch elastische Verformung in gewissen Grenzen anpassen.

Genau das kann aber unsere Verblendkeramik nicht! Wenn nun der Zahnarzt bei der Einprobe das Käppchen vorsichtig einsetzt und mit ein bisschen Druck fixiert, kann sich das Verblendgerüst, wenn es dünn genug ist, anpassen. Die fertig verblendete Krone kann das vom Gerüst her auch – aber durch dieses „Verbiegen“, diesen „Druck“ wird sich ein Spalt zwischen der Verblendkeramik und dem Gerüst bilden, da unsere Schichtkeramik diese Elastizität eben NICHT besitzt. Im günstigsten Fall wird sofort ein Stück Verblendung abplatzen und die Krone geht zur Nachbesserung oder zur Neuanfertigung zurück ins Labor – hoffentlich mit einer neuen Abformung … Im ungünstigsten Fall bildet sich tatsächlich nur ein kleiner Sprung, unbemerkt, zwischen Gerüst und Keramik und die Krone wird in gutem Glauben an ihre Intaktheit zementiert. Jetzt können Speichel und Schwebstoffe in den Spalt eindringen, und bei einer klebrigen Speise oder dem berühmten „weichen Brötchen“ fällt die Scherbe von der Krone ab. Das Ergebnis heißt CHIPPING.

Kein Fliesenleger würde auf die Idee kommen, eine Fliese ohne Fuge oder gar unter Spannung einzubauen. Und ebenso kontraproduktiv ist es, eine Krone aus Zirkoniumdioxid mit Friktion auf einem Zahnstumpf zu fertigen. Natürlich muss ein Kronenrand dicht sein und selbstverständlich sollte eine Krone in Endposition sicher auf dem Stumpf sitzen – ohne zu schaukeln oder zu schlackern. Aber eben auch nicht mehr! Friktion unerwünscht!

„Punkt, Satz und Sieg“ für die vollkeramische Ästhetik ohne Wenn und Aber – oder …?

Trotz aller Schwierigkeiten hat Vollkeramik wegen ihrer hohen Ästhetik ihren Weg gemacht. Während vollkeramische Versorgungen früher nur der „High-Society“ vorbehalten waren und sich in Kreisen von Schauspielern, Politikern und Persönlichkeiten aus dem öffentlichen Leben großer Beliebtheit erfreuten, sind vollkeramische Versorgungen seit einigen Jahren für immer mehr Patienten finanziell erschwinglich und finden auch in der alltäglichen Zahnmedizin immer häufiger ihren Einsatz. Der wesentliche Unterschied: Früher wurden lizenzierte Zahnärzte und Zahntechniker besonders für diese Versorgungen geschult und fortgebildet, und es wurde tatsächlich „High-End“-Ästhetik erzeugt. Heute wendet man ganz andere Materialien mit ästhetischen und bezüglich der Haltbarkeit sogar fraglichen Ergebnissen an.

In den Anfängen der Vollkeramik wurden Veneers oder so genannte Jacket-Kronen aus besonderen Keramiken entweder auf Platinfolie oder auf feuerfesten Stümpfen gebrannt und oft aufgrund ihrer grazilen Gestaltung und Empfindlichkeit bezüglich Beschädigungen sogar doppelt hergestellt und dem Patienten mitgegeben, um im Falle eines Bruchs, Sprunges o. ä. einzeln ausgewechselt werden zu können. Dieser Service lief ganz klar unter dem Stichwort „Luxus“ und wurde auch dementsprechend berechnet und bezahlt.

Der nächste Schritt in der Evolution: Die Vollkeramik fand in Form von Presspellets Einzug in die zahntechnischen Labore. Die Herstellung dieser Versorgungen war bereits deutlich einfacher und sicherer und die Ergebnisse waren sehr viel weniger anfällig als in der bisherigen Fertigung. Ein Punkt für das Labor also. Diese Entwicklung wurde jedoch begleitet von einer riesigen Welle neuer Investitionen in hierfür notwendig gewordene Technik. Denn während das Platinfolien-Verfahren und die Herstellung feuerfester Stümpfe zwar die richtigen Materialien und Fingerspitzengefühl erforderten, benötigte man für das Pressen von Lithium-Disilikat-Keramik jetzt auch spezielle Pressöfen, was die Sache für die Industrie natürlich noch bis heute interessant macht.

Aber wir Zahntechniker wussten uns zu helfen. Aufgrund der für damalige Zeiten hohen Investitionen haben sich erste Netzwerke unter den Kollegen gebildet. Derjenige, welcher einen Pressofen hatte, hat für diejenigen mitgepresst, die erst einmal den Markt beobachten und ihre Kunden mit dem Material bedienen und sie an das Material heranführen wollten. Eine Win-Win-Situation für alle, da der eine zu einer besseren Auslastung seines Gerätes kam und die anderen produzieren konnten, ohne investieren zu müssen. Dies waren quasi die Anfänge der ersten „Fräszentren“.

Von der Handhabung her konnte der Techniker wie gewohnt modellieren, die Modellation wurde angestiftet, und durch die Wahl des Rohlings wurde bestimmt, welcher Transparenzgrad zu verwenden war oder welcher Farbton erreicht werden sollte. Das Material selbst war zwar noch empfindlicher als heute, aber die ästhetischen Ergebnisse waren auch bei monolithischer Arbeitsweise aufgrund hoher Transparenz und des damit verbundenen Chamäleon-Effekts sehr ansprechend.

Dann fand das Zirkoniumdioxid in der Zahntechnik verstärkt Anwendung und wurde zunächst vor allem als Gerüstmaterial für Kronen und Brücken eingesetzt. Dies zähle ich noch unter ‚Punkt und Satz für die Ästhetik’. Was aber keinen Sieg auf der ganzen Linie bringt: Die Technik erforderte hohe Investitionen, denn das neue Material war jetzt nicht mehr pressbar, sondern musste auf teuren Maschinen aus Rohlingen gefräst werden. Mit Zirkoniumdioxid betrat die subtrahierende Fertigungsmethode, welche bis dahin nur in der Industrie bekannt war, die zahntechnischen Labore.

Aufgrund der hohen Kosten für den Einstieg in CAD/CAM wurde die Zusammenarbeit mit externen Fertigungsbetrieben immer wichtiger, und man war als Laborleiter schon froh, wenn man überhaupt jemanden gefunden hatte, der einem helfen konnte. Aber die Kosten für die Gerüste waren sehr hoch und somit konnten die Fräs-Anbieter mit einer sehr guten Marge arbeiten und expandieren. Gleichzeitig stieg nun auch die Wertschätzung des Materials und der Arbeit, und die hohen Preise ließen alle Beteiligten ehrfürchtig mit dem Material umgehen. Die großen Labore konnten die teilweise immensen Kosten für eigene Fräsanlagen stemmen und amortisieren und entwickelten sich dabei in vielen Fällen auch zu Fräszentren, während die kleineren Labore den Einstieg über einen eigenen Scanner und eine eigene CAD-Software suchten. Heute verfügen auch viele kleinere Labore über eine CAD/CAM-Ausrüstung. Denn: Wie so oft zuvor in unserer Branche wollte der Zahntechniker als Individualist und waschechter Handwerker mit Herzblut keinen Teil der Fertigungskette seiner Produkte jemand anderem überlassen. Zirkoniumdioxid punktete, da es aufgrund seiner Härte anders als Presskeramik „jede“ Spanne überbrücken konnte und sich – ebenfalls im Unterschied zur Presskeramik – sogar konventionell zementieren ließ. Allerdings sind die Markpreise für Zirkoniumdioxid-Arbeiten im Laufe der Zeit stark gefallen.

Um in den Frühzeiten des Zirkoniumdioxids den hohen CAD/CAM-Anschaffungskosten aus dem Wege zu gehen, gab es noch eine andere Möglichkeit – die aber ihrerseits auch nicht ohne Probleme blieb. Die wesentlich kostengünstigere Variante der Herstellung fand sich in der manuellen Kopierfräse bzw. dem Pantographen, der auch heute noch erhältlich ist. Zunächst wurde ein Kunststoffgerüst gefertigt, welches der Zahntechniker mit einer Kopierfräse physisch abtastete, während zeitgleich das Zirkoniumdioxidgerüst mit dem entsprechenden Skalierungsfaktor aus dem Blank gefräst wurde. Diese Technik zeigte sich jedoch in Bezug auf den Einsatz der Arbeitszeit sehr viel aufwendiger und fehleranfälliger als das automatisierte Verfahren. Andererseits konnten extreme Winkel realisiert werden, die selbst heute noch in modernen computergesteuerten Anlagen unmöglich sind. Aber der Alltag zeigte: Mit dieser Technik wurde bezüglich der korrekten Unterstützung von Verblendkeramik durch das Gerüst oft zu wenig sorgfältig gearbeitet und die Qualität der Gerüste war sehr abhängig von der „Tagesform“ des Technikers.

Die ersten Zirkoniumdioxide auf dem Markt waren extrem opak und ausschließlich in der Farbe Weiß erhältlich. Nur die wenigsten sind auf die Idee gekommen, dieses Material monolithisch, also vollanatomisch, als NEM-Ersatz anzubieten. Vor allem aufgrund des hohen Preises war dies eigentlich nicht möglich gewesen. Jedoch seit einigen Jahren vorwiegend aus Kostengründen, aber auch aufgrund der Haltbarkeit, um Chipping aus dem Weg zu gehen, wird das Material immer häufiger monolithischvollanatomisch verwendet. Mit Kompromissen hinsichtlich der Ästhetik.

Folgerichtig dem Bedarf entsprechend betraf der nächste Schritt in der Entwicklung des Materials Variationen mit höheren Transparenz-Werten. Diese resultierten aus der Absenkung des Aluminium-Anteils, wobei auch mit höheren Sintertemperaturen gearbeitet wurde, um mehr Lichtdurchlässigkeit durch Kristallwachstum zu erreichen.

Tipps für die Ästhetik und Haltbarkeit: Was Tauchen und Pinseln bewirken

Gleichzeitig kamen die ersten Flüssigkeiten zum Einfärben von Zirkoniumdioxid vor dem Sintern auf den Markt. Sie sollten dem Gerüst eine angenehmere Farbe und möglichst bereits einen Farbverlauf geben, um den Untergrund für die Verblendung besser angepasst herzustellen. Bei der reinen Pinseltechnik dringen die Farbpartikel nicht sehr tief in die Oberfläche ein – falls Einschleifmaßnahmen nötig werden, stößt man sehr bald auf weißes Zirkoniumdioxid. Durch die Vereinigung beider Techniken wird dieser Effekt vermieden.

Während die Hersteller der Flüssigkeiten vor allem auf Tauchen ODER Pinseln gesetzt haben, liegt das Geheimnis der Ästhetik in deren Kombination. Für eine tiefe Diffusion der Farbpartikel in die Oberfläche benötigt man die Tauchtechnik mit dünnflüssigen Liquids. Um einen Farbverlauf zu erreichen, gibt man vor dem Tauchen Farbeffekte mit dem Pinsel in die Oberfläche, sodass diese Bereiche bereits mit Effektfarben gesättigt sind und dort weniger Farbpartikel der Grund- oder Dentinfarbe eindringen können. Auf diese Weise erreicht man auch fließende Übergänge und deutet ebenfalls transparente Effekte durch das Einlegen von violetten Bereichen an oder erhält Zahnhalseffekte und Fissuren-Einfärbungen durch braune Flüssigkeiten. Die Abbildungen 1-6 stellen einige meiner ersten Kronen aus halbtransluzentem Zirkoniumdioxid vor.

Für die Trocknung der Gerüste nach dem Einfärben muss man sich ebenfalls Gedanken machen und sich über die Zusammensetzungen der hierfür verwendeten Flüssigkeiten informieren. Diese basieren teilweise auf Säuren und können hierdurch die Sinterstäbe der Öfen in kurzer Zeit zerstören. Andere Liquids sind auf Zuckerbasis hergestellt und verschließen bei der Trocknung die Poren der Gerüste. Die Folge: Die restliche Flüssigkeit kann nicht ausdringen und sprengt unter Umständen beim Erhitzen das Gerüst.

Ein weiterer Tipp: Die reine Politur des Zirkoniumdioxids sollte vermieden werden, da der Anschein einer tatsächlichen Politur und damit einer wirklich glatten Oberfläche oft nur durch eine optische Täuschung erweckt wird. Er kommt in Wahrheit lediglich durch das Einreiben von Silikonpartikeln aus der Polierpaste oder dem Silikonpolierer zustande. Daher empfehle ich grundsätzlich, auch monolithische Zirkoniumdioxidarbeiten in jedem Fall zu glasieren.

Das Material Zirkoniumdioxid heute

Je mehr Vertrauen das Material Zirkoniumdioxid und die Zirkoniumdioxid-Technik in der Branche genießen und je stärker das Therapiemittel „Zahnersatz“ nach seinen Kosten ausgewählt wird, desto eher wird auch bei Versorgungen der Frontzähne auf Voll-Zirkoniumdioxid gesetzt. Während die ersten Anwendungen von vollanatomischem Zirkoniumdioxid im Frontzahnbereich speziell bei Epileptikern oder Extrem-Bruxern aus Gründen der Haltbarkeit der Versorgung stattfanden, wird diese Lösung immer häufiger aus Kostengründen gewählt (Abb. 7). Aber nicht nur die Kosten, sondern ebenfalls die Angst vor Chipping, also Abplatzungen, sind die Ursache für die immer häufigere Verwendung in der monolithischen Form.

  • Abb. 1: Einfärben des Grünlings mit dem Pinsel.
  • Abb. 2: Kombinieren verschieden eingefärbter Flüssigkeiten.
  • Abb. 1: Einfärben des Grünlings mit dem Pinsel.
  • Abb. 2: Kombinieren verschieden eingefärbter Flüssigkeiten.

  • Abb. 3 u. 4: Die eingefärbten Gerüste direkt nach dem Sintern.
  • Abb. 5 u. 6: Die Zirkoniumdioxidgerüste nach der Glasur.
  • Abb. 3 u. 4: Die eingefärbten Gerüste direkt nach dem Sintern.
  • Abb. 5 u. 6: Die Zirkoniumdioxidgerüste nach der Glasur.

  • Abb. 7: Komplette Unterkiefer-Rehabilitation mit unverblendetem opakem Zirkoniumdioxid als Sonder-Versorgung.
  • Abb. 7: Komplette Unterkiefer-Rehabilitation mit unverblendetem opakem Zirkoniumdioxid als Sonder-Versorgung.

Jedoch auch wenn die Ergebnisse auf dem Modell teilweise ganz annehmbar wirken, fehlt hier immer noch der echte Lichteinfall, die echte Transmission, welche natürlichem Zahnschmelz zu eigen ist. Hierdurch „blinken“ diese Kronen im Mund aus der Zahnreihe heraus und integrieren sich unverblendet leider nicht wirklich in die Zahnreihe.

Um hier ästhetische Fortschritte zu erzielen, sehen wir heute die neueste Generation von Zirkoniumdioxiden vor uns. Auch diese Variante gehört zum Yttrium-teilstabilisierten tetragonalen polykristallinen Zirkoniumdioxid Y-TZP. Enthalten die opake und halbtransluzente Variante (3Y-TZP) aber rund 3 mol-% Yttriumoxid, so wurde der Gehalt in der neuen Erscheinungsform (5Y-TZP) auf 5 mol-% erhöht und das Material verfügt zusätzlich zur tetragonalen auch über eine kubische Kristallphase. Das kubische Zirkoniumdioxid-Material kommt LT-Lithium- Disilikat (Low Translucency) in Transluzenz, aber auch bezüglich der Haltbarkeit und Biegefestigkeit schon sehr nahe. Bei allen Versuchen, mehr Transparenz bei Zirkoniumdioxiden zu erlangen, hat dies immer dazu geführt, dass die Belastbarkeit reduziert wurde. Während die opaken und die halbtransluzenten Zirkoniumdioxide noch für großspannige Brücken etc. geeignet waren, sind die neuen hochtransluzenten Varianten nur noch für Kronen oder Teilkronen und für Brücken mit maximal einem Brückenglied verwendbar.

Bereits die Oberfläche der neuen hochtransluzenten Zirkoniumdioxide wirkt optisch sehr viel weicher (Abb. 8-10) als bei allen anderen Zirkoniumdioxiden vorher. Auch im Schleifverhalten ähnelt die neue Zirkoniumdioxid- Variante den Lithium-Disilikat-Keramiken. Doch erst bei dünn auslaufenden Bereichen dieser Konstruktionen wird der transparente Effekt wirklich deutlich (Abb. 11-13). Durch diese Transparenz kommt hierbei ein Chamäleon-Effekt zustande, der die Rekonstruktion im Munde tatsächlich fast „verschwinden“ lässt und durch adhäsive Befestigung mit einem farblich abgestimmten Komposit noch verstärkt wird.

  • Abb. 8-10: Hochtransluzente Zirkoniumdioxidkrone direkt nach dem Sintern.
  • Abb. 11: Inlaybrücke aus hochtransluzentem Zirkoniumdioxid.
  • Abb. 8-10: Hochtransluzente Zirkoniumdioxidkrone direkt nach dem Sintern.
  • Abb. 11: Inlaybrücke aus hochtransluzentem Zirkoniumdioxid.

  • Abb. 12 u. 13: Makroaufnahmen von Teilkronen aus hochtransluzentem Zirkoniumdioxid.
  • Abb. 12 u. 13: Makroaufnahmen von Teilkronen aus hochtransluzentem Zirkoniumdioxid.

Vergleicht man das kubische Zirkoniumdioxid mit niedrigtransluzenter Presskeramik, beruhen Vorteile unter anderem auf der automatisierten Fertigungstechnik. Damit gehen sowohl ein geringerer Materialeinsatz einher als auch eine geringere Bindung von Arbeitszeit und einfache Reproduzierbarkeit. Das bringt insgesamt eine hohe Kosteneffizienz mit sich.

Eine gesteigerte Kosteneffizienz findet sich auch bei Verwendung der neuen Mehrschicht-Rohlinge („Multilayer“). Diese besitzen integrierte Farbbereiche für das inzisale, mittlere und zervikale Drittel und dienen dazu, das selektive Einfärben zu ersetzen.

Die aufkommende Beliebtheit des monolithischen Weges ist zunächst aus der Chipping-Historie heraus zu verstehen. Sie wächst auch durch die Wünsche von Patienten nach bezahlbarem Zahnersatz aus Vollkeramik. Was dem Zirkoniumdioxid nun noch fehlt, ist Fluoreszenz … der nächste Entwicklungsschritt? Oder wird am Ende der Sieg weniger harten, zahnähnlicheren Gerüstmaterialien gehören?

Näheres zum Autor des Fachbeitrages: ZTM Michael Anger

Bilder soweit nicht anders deklariert: ZTM Michael Anger


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