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Materialien

Im Zahntechnischen Labor wird zur Herstellung von Zahnersatz eine Vielzahl von Materialien ver-wendet. Die Auswahl der Komponenten ist dabei ein wesentlicher Faktor.

Verträglichkeit, Langlebigkeit und Ästhetik gehören zu den wichtigsten Materialeigenschaften in der Zahntechnik und Zahnmedizin.

Metalle

Metalle haben sich in der Zahntechnik über Jahrzehnte bewährt und waren lange unver-zichtbar, um einer prothetischen Arbeit die nötige Stabilität zu geben. Nur so konnte der Zahnersatz den enormen Kaukräften im Mund des Patienten langfristig standhalten. …

Kunststoffe und Komposite

In der Zahnmedizin werden meistens Komposite eingesetzt, die sich als zahnfarbenes Füllmaterial größter Beliebtheit erfreuen. Aber auch als Verblendmaterial sind sie in der der Zahntechnik weit verbreitet und eine mögliche Alternative zu Dentalkeramiken. …

Keramische Werkstoffe

Dem Wunsch der Patienten nach einem ästhetisch anspruchsvollen und quali-tativ hochwertigen Zahnersatz wird von Seiten der Zahnärzte, der Techniker und der Industrie durch stetige Neuentwicklungen und …

CAD/CAM Technologie

Unter CAD/CAM-Zahnersatz versteht man die Anfertigung von Kronen, Brücken oder Implantatzubehör anhand computergestützter Technologie. Dabei erfolgen sowohl der Entwurf CAD (Computer Aided Design) als auch die Herstellung CAM …

Metalle

Metalle haben sich in der Zahntechnik über Jahrzehnte bewährt und waren lange unverzichtbar, um einer prothetischen Arbeit die nötige Stabilität zu geben. Nur so konnte der Zahnersatz den enormen Kaukräften im Mund des Patienten langfristig standhalten.

Bei Dentallegierungen unterscheidet man:

  • Edelmetall-Legierungen: EM, Gold, Silber, Palladium oder Platin
  • Nichtedelmetall-Legierungen: NEM, Cobalt, Eisen, Nickel, Kupfer, Chrom, Molybdän, Titan, Wolfram,  Zinn, Zink, Rhenium, Indium, Gallium, Tantal, Bor, Iridium, Mangan, Ruthenium, Silicium, Yttrium oder Rhodium

Nichtedelmetall Legierungen

Kobalt-Chrom-Legierungen gehören wohl zu einer der am häufigsten gebrauchten Legierungsgruppe in der Zahnmedizin. Sie werden zum größten Teil für Modellgussprothesen verwendet, da sie sich neben ihrer Härte und Mundbeständigkeit durch ein günstiges Elastizitäts-Modul auszeichnen,  welches den Klammeranteilen zugute kommt.

Platinhaltige Goldlegierungen

Metalle haben ein regelmäßiges kristallines Gefüge. Man stellt sich vor, dass die positiv geladenen  Metallionen auf festen Gitterplätzen sitzen. Die negativ geladenen Elektronen sind als Gas in den Zwischenräumen des Gitters freibeweglich verteilt. Die Metallbindung gilt für alle Metalle.

Titan

Schwer zu verarbeiten – gut zu positionieren
Denn der Zahnarzt kennt und schätzt diesen Werkstoff. Schließlich kommt Titan gerade als Zahnimplantatmaterial eine besondere Bedeutung zu. Es ist bekannt, dass ihre wenige Nanometer starke, oberflächliche Oxidschicht Werkstücke aus Titan reaktionsträge und damit biokompatibel macht.

Kunststoffe und Komposite

In der Zahnmedizin werden meistens Komposite eingesetzt, die sich als zahnfarbenes Füllmaterial größter Beliebtheit erfreuen. Aber auch als Verblendmaterial sind sie in der der Zahntechnik weit ver-breitet und eine mögliche Alternative zu Dentalkeramiken.

Daneben werden Kunststoffe ebenso in der Prothetik in Form von Prothesenkörpern, Prothesenzähnen und für Kronen- und Brückenprovisorien verwendet. Jedoch handelt es sich hierbei nicht um Komposite sondern um Polymethylmethacrylat (PMMA).

Nicht vergessen werden sollte, dass Kunststoff auch häufig ein Bestandteil von Befestigungszementen für Kronen, Brücken und Inlays ist. Somit bilden Kunststoffe einen wesentlichen Bestandteil der Werkstoffe in der Zahnmedizin.

Kunststoffe

Kunststoffe werden bei herausnehmbaren Teil- und Vollprothesen als Werkstoffe für die Prothesenbasis verwendet. Das rosa eingefärbte Basismaterial beim Zahnersatz ist der Teil der Prothese, der das künstliche Zahnfleisch darstellt, die künstlichen Zähne trägt und auf der Mundschleimhaut aufsitzt. Aus Kunststoff sind auch die Prothesenzähne für Teil- und Vollprothesen. …

Komposite

sind zahnfarbene plastische Füllungsmaterialien für die zahnärztliche Behandlung. Laienhaft werden sie auch oft als Kunststofffüllungen bezeichnet, fälschlicherweise gelegentlich auch mit Keramikinlays verwechselt. Das zahnmedizinische Einsatzgebiet der Komposite (Füllungen und die Befestigung von Keramikfüllungen, Kronen und Wurzelstiften mittels Komposit) wird auch als …

Keramische Werkstoffe

Dem Wunsch der Patienten nach einem ästhetisch anspruchsvollen und qualitativ hochwertigen Zahnersatz wird von Seiten der Zahnärzte, der Techniker und der Industrie durch stetige Neuent-wicklungen und Verbesserungen der Restaurationsmaterialien Folge geleistet. So sind dentale Keramiken in den letzten Jahrzehnten aufgrund ihrer hohen Biokompatibilität und Mundbeständigkeit sowie ihrer hervorragenden ästhetischen Eigenschaften zu einem wichtigen Pfeiler in der Wieder-herstellung von dentalen Defekten herangereift. Bei der Herstellung von Einzelzahnrestaurationen bilden Vollkeramische Systeme durch kontinuierliche Verbesserungen ihrer mechanischen Eigen-schaften eine echte Alternative zu Goldgussrestaurationen. Durch den Einsatz neuer und innovativer Techniken wurde es möglich, keramische Werkstoffe auch in funktionellen und ästhe-tisch anspruchsvollen Bereichen der Mundhöhle sicher einzugliedern.

Unterteilung dentaler Keramiken:
Um gezielt eine Keramik betrachten zu können, ist es notwendig eine Unterteilung der verschiedenen Produkte zu treffen. Diese kann einerseits bezüglich der chemischen oder physikalischen Eigenschaften oder andererseits nach Anwendungsbereichen erfolgen.

In Anbetracht der  Thematik dieser Arbeit scheint eine Unterteilung nach Anwendungsbereichen sinnvoll:

  1. Verblendkeramik
  2. Gerüstkeramik
  3. Presskeramik
  4. Fräs- und Schleifkeramik
  5. Infiltrationskeramik

Verblendkeramik:
Hierbei kann eine Unterteilung nach der chemischen Zusammensetzung bezüglich des Leuzitgehaltes getroffen werden.  Leuzithaltige Keramiken können sowohl natürlich als auch synthetisch hergestellt werden. Natürlich hergestellte leuzithaltige Keramiken sind klassische Aufbrennkeramiken.

Synthetisch hergestellte  Leuzitkeramiken gelten als moderne Aufbrennkeramiken. Die in der Glas-phase dispers verteilten Leuzitkristalle  haben die Aufgabe durch Streuung und Trübung die trans-parente Glasphase farblich dem Zahnschmelz anzugleichen sowie die Standfestigkeit beim Brennen und die Endfestigkeit unter funktioneller Belastung zu steigern.

Gerüstkeramik:
Gerüstkeramiken sind bezüglich ihrer Herstellungsart in Presskeramik, Fräskeramik und in Infiltrations-keramik zu unterteilen.

Presskeramik:
Presskeramiken lassen sich ebenfalls bezüglich ihrer chemischen Zusammensetzung in Lithiumdisilikat-haltige und Leuzithaltige Keramiken unterteilen. Als Keramiken die Lithiumdisilikat als Kristalltyp auf-weisen, soll Empress 2 (Ivoclar) mit einer Biegefestigkeit von ca. 300 Mpa Erwähnung finden. Mit diesem Werkstoff ist sowohl die Herstellung von Einzelkronen als auch von kleineren Frontzahnbrücken möglich.

Leuzithaltige Glaskeramiken können weiterhin in leuzitverstärkte Glaskeramiken und Glaskeramiken mit einem klassischen Leuzitgehalt unterteilt werden. Als Glaskeramiken bezeichnet man mineralische Massen, die im geschmolzenen Zustand als Glas vorliegen und während der Abkühlphase aus dem Kalifeldspat des Glases Kristalle bilden. Glaskeramiken die als leuzitverstärkt gelten weisen einen WAK von ~16·10-6K auf und haben einen Kaliumgehalt bis 14%. Der wohl bekannteste Vertreter dieser Gruppe ist IPS-Empress (Ivoclar). Durch eine optimale Verteilung der Leuzitkristalle in der Glasphase werden Biegefestigkeitswerte, die im Bereich von 150 MPa bis 200 MPa liegen erreicht.

Fräs- und Schleifkeramik:
Auch in der Gruppe der Fräs- und Schleifkeramiken soll vorab eine Unterteilung bezüglich der chem-ischen Zusammensetzung getroffen werden.
So sind: Glaskeramiken zur Herstellung von Inlays und Kronen, Infiltrationskeramiken (In-Ceram Aluminia, Spinell und Zirkonia von Vita), Aluminiumoxidverstärkte Keramiken, Aluminiumoxid und Zirkoniumoxid zur Fertigung von Kronen und Brücken mittels Fräs- und Schleiftechnik geeignet.

Als Vorteil von Restaurationen aus Aluminium-  und Zirkoniumoxid gegenüber anderen Vollkeramiken kann eine drei- bis vierfach höhere Biegefestigkeit (600 MPa bis 1000 MPa) sowie Elastizitätsmodule zwischen 200 GPa bis 300 GPa genannt werden. Sie vereinigt die zur Zeit besten, für die Zahnheilkunde nutzbaren Materialeigenschaften. Ein beachtenswerter Punkt liegt in der Verarbeitungsweise. So kann Zirkoniumoxid einerseits im nachverdichteten, „gehipten“ Zustand unter großem Zeitaufwand be-schliffen werden oder andererseits als vorgepresster und vorgesinterter Rohling beschliffen und im anschließenden, mehrstündigen Sinterbrand verdichtet werden.

Die Betrachtung der Herstellungsweise  lässt eine Unterteilung in das Kopierschleifverfahren und die echten CAD/CAM-Systeme wie beispielsweise das CAM-System Cercon (Degdent) zu. Cercon unterscheidet sich von CAD/CAM-Systemen durch eine in Wachs modellierte Restauration, welche eingescannt wird und in einer anschließenden computerunterstützten Fertigungsphase (CAM) gefräst wird.

Infiltrationskeramik:
In dieser Gruppe stellt die Keramik In-Ceram (VITA, Bad Säckingen) eine wichtige und interessante Variante dar. Es handelt sich hierbei um zwei dreidimensional-infiltrierende Phasen aus Aluminiumoxid und einem Glas. Das Gerüst wird mit Feldspatkeramik beschichtet. Die Festigkeitswerte schwanken, abhängig von der Testmethode, zwischen 236 MPa und 446 MPa und kommen denen von Metallkeramik nahezu gleich. In-Ceram Kronen haben eine entsprechende Bruchfestigkeit wie metallkeramische Kronen (Kappert und Krah 2001).

Eigenschaften einer Dentalkeramik
Die Anforderungen an eine Keramik, um sie als zahnärztlichen Werkstoff zu etablieren, sind vielfältig. So ist eine gute mechanische und physikalische Eigenschaft ebenso notwendig wie einfache Handhabung und präzise Verarbeitung. Optische Eigenschaften sowie Verträglichkeit und Beständigkeit in der Mundhöhle, sind weitere Auswahlkriterien bei der Suche nach neuen Werkstoffen  im keramischen Bereich.

Mechanische und physikalische Eigenschaften:
Um anhand der Festigkeit der Keramik eine Aussage über die Eignung als Zahnersatz geben zu können, müssen Kaukräfte, die an natürlichen Zähnen gemessen wurden, als Vergleichswert herangezogen werden. Die mittlere Belastbarkeit von Einzelzähnen reicht von ca. 150 N bei Frontzähnen bis ca. 360 N für Molaren. Als Maximalwerte können im Molarenbereich Kräfte bis ca. 530 N auftreten. Sie sind im wesentlichen von der Wurzelform, der Wurzelgröße und vom Wurzelquerschnitt abhängig (Hessel 1976). Ein Vollkeramiksystem sollte demnach diesen Belastungen standhalten. Ein Versagen gegenüber diesen Belastungen zeigt sich in Form von Rissen, Sprüngen, Abplatzungen oder gar im Bruch der Keramik. Für einen Gerüstwerkstoff sind der Elastizitätsmodul und die Biegefestigkeit als wichtige Kenngrößen zu nennen. So beschreibt der Elastizitätsmodul den Widerstand gegen eine elastische Verformung. Die Biegefestigkeit ermittelt die elastische Verformung, die durch Druck- und Zug-spannung auftritt. Hierbei liegt die einen Bruch auslösende Spannung auf der Zugseite der Keramik, da herstellungsbedingt eine Druckspannung erzeugt wird, aus der  eine höhere Druckfestigkeit resul-tiert. Erreicht die Biegezugspannung den kritischen Wert, bei dem ein Bruch durch Rissbildung eingeleitet wird, so ist die Biegefestigkeit erreicht, welche die Grenze der elastischen Belastbarkeit einer Dentalkeramik darstellt. Beim Überschreiten dieser Grenze erfolgt der unerwünschte Bruch der Restauration (Kappert und Krah 2001). Um eine Beurteilung der Festigkeitseigenschaften einer Keramik vornehmen zu können eignet sich die Prüfung der biaxialen Biegefestigkeit. Klassische Grundlagen  17 Glaskeramiken haben einen Elastizitätsmodul von ca. 60 GPa bis 80 GPa und eine Biegefestigkeit von 60 MPa bis 80 MPa. Der Wärmeausdehnugskoeffizient stellt bei Keramikverbundsystemen eine weitere Komponente bezüglich der Gesamtfestigkeit dar. Hierbei sollte der Gerüstwerkstoff einen leichten, bis 15 % höheren WAK haben als die Verblendmasse, um so die Verblendmasse während der Abkühlphase  leicht unter Druck zu setzen. Als Voraussetzung muss jedoch gewährleistet  sein, dass der Gerüstwerkstoff der entstehenden Zugspannung sowohl von der Dimension als auch von der Festigkeit her standhält. Für die Belastbarkeit eines keramischen Verbundsystems ist unter anderem auch die Festigkeit der miteinander verbundenen Schichten von großer Bedeutung. Da es sich hierbei meist um Materialien mit unterschiedlichen Festigkeitswerten handelt, hat die Anordnung und der Querschnitt der einzelnen Schichten einen großen Einfluss auf das Ergebnis. Liegt das Material mit der höheren Festigkeit in einer dickeren Schichtstärke und in einem Bereich mit  höherer Beanspruchung vor, so wird die Gesamtkonstruktion um so belastbarer. Eine Steigerung der Belastbarkeit wird auch durch das Verlagern der Kernmassenschicht in  den Bereich der Zugzone erreicht. Die Belastbarkeit wird weiterhin durch die Dimension beeinflusst. Sowohl eine hohe Schneidekante als auch eine geringe Dicke im Bereich des Zahnäquators, verringern die Festigkeit einer Keramikrestauration nachweislich. In Seitenzahnbereich ist die okklusale Schichtstärke für die Festigkeit von Bedeutung. Weiterhin stellt die mechanische Bearbeitung der Oberfläche eine Belastung der Dentalkeramik dar. Sie ist im allgemeinen dem Gleit- und dem Stoss-Gleit-Roll-Verschleiß ausgesetzt, der sich hauptsächlich aus abrasivem und adhäsivem Verschleiß zusammensetzt. Hierbei entstehen durch den Aufprall der Schleifkörper auf der Oberfläche Mikrorisse in der obersten Schicht der Keramik. Die unter Druck stehenden Schleifkörper führen Rollbewegungen aus und bewirken so eine Vergrößerung der Risse und das Absplittern der spröden Keramik. Durch fortschreitende Zerstörung der Oberfläche wird dem Materialabtrag kein wesentlicher Widerstand mehr entgegen-gesetzt. Dieser Prozess wird sichtbar durch eine Glanzminderung in der Oberfläche. Die Ursache der Glanzminderung liegt jedoch in der Zunahme des diffusen Reflexionsanteils bei Lichteinfall auf Kosten der regulären Diffusion. Um ähnliche Belastungen, wie sie unter solchen Bedingungen in der Mund-höhle auftreten, zu simulieren, existiert kein geeignetes Testverfahren. Im Zusammenhang mit der Oberflächenbeschaffenheit wurde von  Schwickerath (1987) gezeigt, dass eine glasierte Oberfläche weniger Abrieb zeigt als eine beschliffene, ohne aber den Schmelz des Antagonisten in größerem Masse abzunutzen.

Chemische Eigenschaften:
Dentale Keramiken zählen zu der Materialgruppe der Gläser, welche sich durch eine hohe Beständigkeit gegenüber fast allen Chemikalien im üblichen Temperaturbereich auszeichnen. Die Ausnahme bildet hierbei  die Flusssäure, welche zu einem sofort sichtbaren Angriff der Oberfläche führt. Gläser und Keramiken sind dennoch nicht unempfindlich bezüglich wässriger Lösungen. Unter Hydrolyseeinfluss treten Reaktionen mit allerdings sehr langsamen Reaktionsgeschwindigkeiten auf (Scholze 1988). In der Mundhöhle wird die Keramik mit einer Fülle von chemischen Reaktionen konfrontiert. So sind sowohl die mit der Nahrung aufgenommenen Säuren als auch die von Mikroorganismen  in der Plaque gebildeten Säuren als schädigende Substanzen zu nennen. Aufgrund der Häufigkeit einer Säureexposition in der Mundhöhle ist diesem Angriff weit  mehr Aufmerksamkeit zu widmen als einem basischen Angriff. Die chemische Löslichkeit einer Keramik hängt jedoch noch von einigen anderen Parametern wie der chemischen Zusammensetzung, der Homogenität sowie dem Zustand und der Vorbehandlung der Oberfläche ab (Schäfer und Kappert 1993). Eine Dentalkeramik sollte demnach eine gewisse Beständigkeit gegenüber chemischen Substanzen aufweisen, ohne an Funktion, Struktur oder Ästhetik zu verlieren.

Optische Eigenschaften:
Eine dentalkeramische Restauration soll in Farbe und Form so nah wie möglich an das Erscheinungsbild des natürlichen Zahnes herankommen. Dabei sind die Grundlagen 19 physikalischen Eigenschaften der Keramik in Bezug auf Lichtleitung und Lichtreflexion von großer Bedeutung. Durch Beimengung verschiedener Pigmente in Schmelz- und Dentinmassen wird eine bestimmte Färbung und Transluzenz der Keramik erreicht. Eine glatte Oberflächengestaltung gewährleistet einen ungehinderten Licht-transport in tiefer gelegene Schichten der Restauration. Die Auswahl des Befestigungsmediums spielt im optischen Erscheinungsbild der Restauration ebenso eine wichtige Rolle. Der Lichttransport sollte zwischen keramischer Restauration und präpariertem Zahn ungehindert erfolgen, damit die Farbe des natürlichen Zahnes in die Restauration einstrahlen kann und so bei der Farbgebung mitwirken kann (Kühn 1996). Weiterhin sollte sich eine keramische Oberfläche nicht durch in Nahrungs- und Genuss-mittel enthaltene Substanzen verfärben.

Biokompatibilität:
Unter Biokompatibilität verstehen wir die Verträglichkeit und Beständigkeit eines in den Körper eingebrachten Stoffes, ohne hierauf Reaktionen des Körpers auszulösen. Dentalkeramiken zeigen allgemein eine recht gute Biokompatibilität. Im Bereich des marginalen Parodont und der Klebefuge ist eine uneingeschränkte Biokompatibilität jedoch nicht zu erwarten (Küpper und Biniek 1989). Für die Biokompatibilität ist es von besonderer Bedeutung, dass im Bereich des Kronenrandes die Kernmasse nicht bis an die Präparationsgrenze heranreicht. Hierbei zeigten sich vermehrt inhomogene Bereiche und Porositäten, die zu einer vermehrten Plaqueanlagerung und Keimbesiedelung führen  (Küpper und Biniek 1989). Eine Tendenz zu geringerer Plaqueanlagerung konnte mittels Plaque- Index (Quigley- Hein) und Papillen- Blutungs- Index (Mühlemann) zeigen, dass die glatte Oberfläche einer Vollkeramik den Bereich des marginalen Parodonts weitaus weniger beeinflusst als eine Metallkeramik. Die Biokompatibilität wird weiterhin durch die Art der Befestigung eingeschränkt. Hierbei ist das Augenmerk auf die adhäsiv befestigten Restaurationen zu richten. Probleme, die bei der Befestigung mittels Komposit auftreten können, sind Polymerisationsschrumpfung, Dentinhaftung, Wasseraufnahme und Quellung, sowie langfristige hydrolytische Degradation (Pröbster 1996).

Dentalkeramik

Keramikmassen stehen zwischen Glas und Porzellan. Wie bei herkömmlicher Keramik werden während des Brennvorgangs Kristalle gebildet (hier nennt man die Leuzitkristalle). Der Hauptunterschied zwischen der Dentalkeramik und dem Porzellan besteht in der Verarbeitungsweise der Massen.

Zirkoniumdioxid

Über kaum einen Werkstoff aus der Zahnheilkunde wird zur Zeit soviel diskutiert wie über Zirkoniumdioxid und die damit verbundene Bearbeitung mit CAD/CAM-Technologie. Vorweggenommen werden kann, dass das Potenzial dieses Metallfreien Werkstoffes für die Zahnheilkunde enorm ist und die verschiedenen Ver- bzw. Bearbeitungsmöglichkeiten mittlerweile einen Zuverlässigkeitsgrad erreicht haben, der keine Wünsche mehr offen lässt.

CAD/CAM Technologie

Unter CAD/CAM-Zahnersatz versteht man die Anfertigung von Kronen, Brücken oder Implantatzubehör anhand computergestützter Technologie.

Dabei erfolgen sowohl der Entwurf CAD (Computer Aided Design) als auch die Herstellung CAM (Computer Aided Manufacturing) mit Hilfe intelligenter Softwareprogramme und durch mit diesen vernetzten Fräseinheiten.

Voraussetzung hierfür waren die rasanten Entwicklungen in der Computertechnologie im Verlauf der letzten Jahrzehnte, welche ermöglichen, dass komplizierte Programmsteuerungen mit in ihren Bewegungsmöglichkeiten erweiterten Fräsen gekoppelt werden können. Zunächst für Raumfahrt und Autoindustrie entwickelt, wurde die Technologie schließlich in die moderne Zahntechnik übernommen.

Die CAD/CAM-Technologie kann von der Oberflächenerfassung des präparierten (beschliffenen) Zahnes bis zum Fräsen des Werkstücks alle Arbeitsschritte umfassen. Zunächst muss die Präparation drei-dimensional übertragen werden. Danach erfolgt die Konstruktion des Werkstücks unter Berück-sichtigung der Lagebeziehung zu den Nachbarzähnen und den Zähnen des Gegenkiefers. Schließlich wird die Konstruktion durch einen Fräsroboter in das Werkstück umgesetzt.

Während die Herstellung von Zahnersatz im Seitenzahnbereich bereits häufig monolithisch (aus einem Stück) erfolgt, werden Kronen und Brücken im ästhetisch anspruchsvolleren Frontzahnbereich in aller Regel dadurch hergestellt, dass zunächst ein CAD/CAM-Gerüst angefertigt und dieses danach mit keramischen Massen verblendet wird. Diese Verblendung wird nach wie vor von Hand durch einen erfahrenen Zahntechniker in mehreren Farbschichten aufgetragen und aufgebrannt.

Die CAD/CAM-Technologie hat den Einsatz hochwertiger, biokompatibler keramischer Materialien (Feldspat, Glaskeramik, Lithiumdisilikat, Zirkondioxid) vorangebracht. Aber auch Cobalt-Chrom-Legierungen, Kunststoffe und bioverträgliches Titan können mit der CAD/CAM-Technologie bearbeitet werden.

Die moderne Zahnmedizin und Zahntechnik wurde in den letzten Jahren ständig weiterentwickelt und so wurden auch die Ergebnisse immer besser.