Keramik- und Zirkoniumoxidtypen – Optische/mechanische Eigenschaften, die für das Fräsen relevant sind

Übersicht

Zahnkeramik ist ein anorganischer, nichtmetallischer Werkstoff, der aufgrund seiner ästhetischen Eigenschaften, Biokompatibilität und mechanischen Leistungsfähigkeit häufig für keramische Restaurationen verwendet wird. Innerhalb der Kategorie der Dentalkeramiken hat sich Zirkonoxid (Zirkoniumdioxid, ZrO₂) aufgrund seiner hohen Festigkeit, Bruchfestigkeit und Vielseitigkeit in Bezug auf die optischen Eigenschaften zu einem der wichtigsten CAD/CAM-bearbeitbaren Materialien entwickelt. Je nach den klinischen Anforderungen an Transluzenz, Zähigkeit und Fräseffizienz werden verschiedene Keramiktypen ausgewählt. 

Klassifizierung von Dentalkeramiken

Dentalceramics können nach ihrer Zusammensetzung und Struktur gruppiert werden, die ihre Fräsbarkeit und endgültigen Eigenschaften beeinflussen: 

Glasbasierte Keramiken

• Feldspatporzellan – hauptsächlich Glasmatrix; hohe Transluzenz und ausgezeichnete Ästhetik, aber relativ geringe Festigkeit.
• Leucitverstärkte Keramik – Glaskeramik mit Leucitkristallen für verbesserte Festigkeit.
• Lithiumdisilikatkeramik – Glaskeramik mit nadelförmigen Kristallen, die Festigkeit und Ästhetik in Einklang bringen.
  Glasbasierte Keramiken weisen in der Regel eine höhere Transluzenz auf und werden häufig für Frontzahnrestaurationen, Veneers oder kosmetische Kronen bevorzugt. 

Polykristalline Keramik

• Zirkoniumoxid – überwiegend kristallin ohne Glasphase, was zu einer hohen Biegefestigkeit und Bruchzähigkeit führt, aber im Vergleich zu Glaskeramiken eine geringere Transluzenz aufweist.
• Aluminiumoxid und zirkoniumoxidverstärktes Aluminiumoxid (ZTA) – bieten verbesserte mechanische Eigenschaften durch Verbundmikrostrukturen.
  Polykristalline Keramiken sind aufgrund ihrer überlegenen mechanischen Eigenschaften ideal für Bereiche mit hoher Belastung wie Seitenzahnkronen, Brücken und Implantataufbauten. 

Zirkoniumoxid-Generationen und Eigenschaften

In der Zahnmedizin verwendetes Zirkoniumoxid wird mit Yttriumoxid (Y₂O₃) stabilisiert, um bestimmte Kristallphasen zu erhalten, die seine optischen und mechanischen Eigenschaften beeinflussen: 

Erste Generation (3Y-TZP)

• Enthält ~3 Mol-% Yttriumoxid; hauptsächlich tetragonale Phase.
• Außergewöhnliche Festigkeit und Zähigkeit mit einer Biegefestigkeit von typischerweise 900–1200 MPa und hoher Bruchfestigkeit.
• Geringere Transluzenz, erfordert häufig eine Verblendung für ästhetische Restaurationen.
  Ideal für Brücken mit großer Spannweite und hintere, belastbare Restaurationen, bei denen mechanische Haltbarkeit entscheidend ist. 

Zweite Generation (4Y/5Y-Zirkoniumoxid)

• Erhöhter Anteil an kubischer Phase verbessert die Transluzenz und Farbanpassung.
• Im Vergleich zu 3Y-TZP leicht reduzierte mechanische Festigkeit, aber verbesserte Ästhetik.
  Wird für Restaurationen verwendet, bei denen das Aussehen wichtig ist, wie z. B. Frontzahnkronen oder monolithische Restaurationen. 

Mehrschichtige und gradientierte Zirkonia

• Mit abgestufter Transluzenz und Farbe über den gesamten Block (z. B. ästhetische Übergänge vom Zahnhals zum Schneidebereich).
• Kombiniert Festigkeit in funktionellen Bereichen mit Ästhetik, wo Lichtdurchlässigkeit wünschenswert ist.
  Dieses Design ermöglicht monolithische Kronen, die dem natürlichen Gebiss sehr nahe kommen. 

Für das Fräsen relevante mechanische Eigenschaften

Das mechanische Verhalten bestimmt die Fräsleistung, die Langlebigkeit der Restauration und die klinische Indikation: 

• Biegefestigkeit – Widerstandsfähigkeit gegen Biegekräfte; am höchsten bei Zirkoniumoxid, gefolgt von Lithiumdisilikat, leuzitverstärkter und feldspathaltiger Keramik.
• Bruchzähigkeit – Widerstandsfähigkeit gegen Rissausbreitung; der Umwandlungsverfestigungsmechanismus von Zirkonoxid verleiht ihm im Vergleich zu Glaskeramiken eine überlegene Zähigkeit.
• Verschleißfestigkeit – Entscheidend für den Kontakt mit den Gegenzähnen; Keramiken weisen im Vergleich zu Metallen eine ausgezeichnete Verschleißkompatibilität auf.
  Hohe mechanische Werte tragen zu robusten, langlebigen Restaurationen bei, können aber auch den Werkzeugverschleiß beim Fräsen von vollständig gesinterten Blöcken erhöhen. 

Optische Eigenschaften

Das optische Verhalten beeinflusst die Ästhetik und die Farbanpassung:

• Transluzenz – Feldspatkeramik weist die höchste Transluzenz auf, Glaskeramik eine mittlere, während Zirkonoxid im Allgemeinen eine geringere Transluzenz aufweist, sofern es nicht aus ästhetischen Gründen modifiziert wurde.
• Fluoreszenz und Opaleszenz – Eigenschaften, die unter verschiedenen Lichtverhältnissen den natürlichen Zahnschmelz und das Dentin imitieren und von der Keramikzusammensetzung beeinflusst werden.

Die Verbesserung der Transluzenz von Zirkoniumoxid erfordert oft eine Erhöhung des Anteils der kubischen Phase oder die Verwendung mehrschichtiger Blöcke, um ein Gleichgewicht zwischen ästhetischer Attraktivität und mechanischer Integrität herzustellen. 

Auswirkungen auf das CAD/CAM-Fräsen

Die Auswahl der Keramik- und Zirkoniumoxidtypen wirkt sich auf die Frässtrategie und das Endergebnis aus: 

• Vorgesinterte (weiche) Blöcke – Leichter zu fräsen, erfordern jedoch eine kontrollierte Sinterung nach dem Fräsen, um die endgültigen Eigenschaften zu erreichen.
• Vollgesinterte (harte) Blöcke – Bieten hohe Präzision ohne Schrumpfung, erhöhen jedoch den Verschleiß der Fräswerkzeuge und die Bearbeitungszeit.

Anpassungen der Softwarekompensation und die Auswahl der Maschinen/Werkzeuge sind entscheidend für die Aufrechterhaltung der Genauigkeit, Oberflächengüte und strukturellen Integrität bei verschiedenen Materialien. 

Klinische Relevanz

Das Verständnis der Keramik- und Zirkoniumdioxidtypen ermöglicht es Klinikern und Technikern, Materialien auszuwählen, die ästhetische Anforderungen, mechanische Anforderungen und Herstellbarkeit für Indikationen von Veneers bis hin zu langspannenden Gerüsten im Front- und Seitenzahnbereich in Einklang bringen.