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Materialkunde

Im Zahntechnischen Labor werden zur Herstellung von Zahnersatz eine Vielzahl von Materialien verwendet. Die Auswahl der Komponenten ist dabei ein wesentlicher Faktor.

Laut Zahnheilkundegesetz ist der Zahnarzt derjenige, der Zahnersatz anfertigt und sich dazu eines Erfüllungsgehilfen (Zahntechnikers) bedient. Das zahntechnische Labor ist also ein Dienstleister für den Zahnarzt, der gegenüber dem Patienten vollumfänglich haftet. Um dieser Verantwortung gerecht werden zu können hat er in der Ausbildung sowohl die Zahntechnik als auch die Materialkunde als Pflicht- und Examensfächer gelernt.

Vereinfacht ausgedrückt: der Zahnarzt rezeptiert ein Material, das dann vom Zahntechniker eingesetzt wird.

Damit sollte einsichtig sein dass auch eine Aktualisierung der Materialkunde-Kenntnisse obligat ist. Es ist unzulässig sich ausschließlich auf Aussagen der Industrie oder des zahntechnischen Labors zu stützen oder sich gar völlig aus der Materialdiskussion mit dem Labor herauszuhalten. Auf einem Auftrag ans Labor müssen Angaben zum Material enthalten sein, und diese sind für den Zahnarzt als Auftraggeber ebenso rechtsverbindlich wie für den Zahntechniker, wobei, wie dargelegt, der Zahnarzt die volle Verantwortung übernimmt.

Nun wird ein Großteil der heute tätigen Zahnärzte mit Materialien arbeiten die im Studium gar nicht abgehandelt wurden. Dies ist der hohen Innovationsrate auf diesem Gebiet geschuldet. Die früher hauptsächlich eingesetzten Metalle werden zunehmend durch Keramik ersetzt, und auch die aus dem Studium bekannten Kunststoffe haben deutliche Veränderungen erfahren. Selbst die Metalle sind nicht mehr die gleichen – nur Gold ist ein beständiger Faktor, nur, es hat in der Prothetik so an Bedeutung verloren, dass dazu kaum etwas Neues zu sagen wäre. Bei Keramik darf jedoch keinesfalls der Zusammenhang mit der Fertigungstechnik vergessen werden – ohne die CAD/CAM Techniken hätte die Keramik nicht den Siegeszug antreten können, den wir beobachten konnten.

Prinzipien der Materialeigenschaften:
In der Zahnprothetik werden drei grundverschiedene Werkstoffklassen zum Verbleib in der Mundhöhle eingesetzt:

  •  Metalle
  •  Keramik
  •  Polymerwerkstoffe („Kunststoffe“)

Die grundsätzlichen Unterscheide zu kennen ist elementar. Auf den spezifischen Eigenschaften basierende Konstruktionsprinzipien sind zu beachten.

Edelmetalle

Der Patient gibt sich in der Regel mit der allgemeinen Werkstoffangabe „Gold“ zufrieden. Es ist dem Laien zwar bekannt, dass das Metall, aus dem der Zahnersatz gemacht werden soll, kein reines hundertprozentiges Gold ist, aber bei den meisten geht der Wunsch, Einzelheiten zu erfahren, nur so weit, dass …

Kunststoffe

ein Material, das von jeher eine bedeutende Rolle in der herausnehmbaren Prothetik gespielt hat! Doch Kunststoff ist nicht gleich Kunststoff. So zählt PMMA (Polymethylmethacrylat) immer noch zur innovativsten Generation und wird als nahezu idealer Kunststoff für alle Anwendungsbereiche anerkannt. …

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 Neuentwicklungen und Verbesserungen der Restaurations-materialien Folge geleistet. …

Nichtedelmetalle

Spezielle Edelstahllegierungen für die Mundsituation sind preiswerter als Edelmetall-legierungen. Diese Legierungen werden sowohl in der Kronen- und Brückentechnik, als auch in Teleskoptechnik sowie in der Klammerprothetik eingesetzt. Die von uns verwendeten NEM-Legierungen sind alle nickelfrei, …

Edelmetalle

Der Patient gibt sich in der Regel mit der allgemeinen Werkstoffangabe „Gold“ zufrieden. Es ist dem Laien zwar bekannt, dass das Metall, aus dem der Zahnersatz gemacht werden soll, kein reines hundertprozentiges Gold ist, aber bei den meisten geht der Wunsch, Einzelheiten zu erfahren, nur so weit, dass er nach dem Goldgehalt, der Karatzahl, fragt. Kaum ein Patient will jedoch wissen, welche anderen Metalle in der Legierung enthalten sind. Dies ist aber keineswegs unwesentlich. Von Art und Menge der Legierungsmetalle hängen die mechanischen und chemischen Eigenschaften des Werkstoffes ab.

Galvanogold

Die steigenden Anforderungen an ästhetischen, vor allem biokompatiblen und körperverträglichen Zahnersatz erfüllt das Monometall Gold voll und ganz. Doch gibt es eindeutige fertigungstechnische und Indikative Grenzen, die es zu beachten gilt. Reines Gold besitzt eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, ist dehnbar, kohäsiv, lässt sich …

Platin-Goldlegierungen

Diese Beständigkeit moderner Dentallegierungen gegen chemische Einflüsse ist auf den Platingehalt zurückzuführen; das Platin ist ein vollwertiger Ersatz des Goldes. Ja, die Anlaufbeständigkeit des Platingoldes im Munde ist sogar eindeutig grösser als die eines Platinfreien Goldes. Dieser mehr auf dem kosmetischen Gebiet liegende Vorteil war es aber nicht, der die Fachleute veranlasste, beim Platingold auch dann zu bleiben …

Kunststoffe

Kunststoff – ein Material, das von jeher eine bedeutende Rolle in der herausnehmbaren Prothetik gespielt hat! Doch Kunststoff ist nicht gleich Kunststoff. So zählt PMMA (Polymethylmethacrylat) immer noch zur innovativsten Generation und wird als nahezu idealer Kunststoff für alle Anwendungsbereiche anerkannt. Heiß- und Kaltpolymerisate als dentale Universalkunststoffe sind in der modernen Kunststoffprothetik nicht mehr wegzudenken. PEEK sowie andere Komposithybride als Hochleistungskunststoff finden ihre Anwendung in der Zahntechnik und werden vielfach als hervorragende Alternative gerade im Bereich der metallfreien Basisversorgungen angesehen und vermehrt eingesetzt. Gleiches gilt für die weiterentwickelten High Impact-Prothesenkunststoffe, die mit ihren außergewöhnlichen Eigenschaften im Hinblick auf Bruchstabilität und Sprödigkeit die hohen Ansprüche von Zahnärzten und Patienten erfüllen.

Neue Materialien, neue Technologien:
Und wenn man denkt, man sei am Ende der Materialentwicklung angekommen, eröffnen sich neue Einsatzmöglichkeiten für die modernen Kunststofftechnologien. Kunststoffmaterialien fanden schnell Einzug in die subtraktive digitale CAD/CAM-gestützte Technologie und werden zur Herstellung von temporären Versorgungen, Aufbissschienen und Bohrschablonen bis hin zum Fräsen von Prothesenbasismaterialien genutzt. Die heute zur Verfügung stehenden Fräsrohlinge sind ausgesprochen hochwertige Materialien. Auch Zähne können im Fräsverfahren hergestellt werden, erfüllen jedoch noch nicht die Kundenanforderungen nach Qualität und Ästhetik. Die Anwendungstechnik für dental-medizinische Kunststoffe ist noch nicht am Ende ihrer Entwicklung.

Komposite

Eigenschaften: Für Verblendungen aus Kunststoff werden heute lichthärtende Kunststoffe eingesetzt. Zumeist sind es Composite, die aus verschiedenen Bestandteilen bestehen und sich durch eine hohe Homogenität und sehr gute physikalische Werte auszeichnen: …

Kunststoffe PMMA

Kunststoffe bei der Zahnersatzherstellung: Zur Herstellung von prothetischer Versorgung, wie auch der Kunststoffzähne, benötigt man ein Werkstoff der sich mit Härte, Steifigkeit, Druck-, Zug- und Biegefestigkeit auszeichnet. …

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 Neuentwicklungen 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 Einzelzahn-restaurationen bilden Vollkeramische Systeme durch kontinuierliche Verbesserungen ihrer mechanischen Eigenschaften eine echte Alternative zu Metallgussrestaurationen. Durch den Einsatz neuer und innovativer Techniken wurde es möglich, keramische Werkstoffe auch in funktionellen und ästhetisch anspruchsvollen Bereichen der Mundhöhle sicher einzugliedern.

Um gezielt eine Keramik betrachten zu können, ist es notwendig eine Unterteilung der verschiedenen Produkte zu treffen:

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 Glasphase dispers verteilten Leuzitkristalle  haben die Aufgabe durch Streuung und Trübung die transparente Glasphase farblich dem Zahnschmelz anzugleichen sowie die Standfestigkeit beim Brennen und die Endfestigkeit unter funktioneller Belastung zu steigern.

Gerüstkeramik
Presskeramik:
Presskeramiken lassen sich ebenfalls bezüglich ihrer chemischen Zusammensetzung in Lithiumdisilikathaltige und Leuzithaltige Keramiken unterteilen.

Fräs- und Schleifkeramik:
Auch in der Gruppe der Fräs- und Schleifkeramiken soll vorab eine Unterteilung bezüglich der chemischen Zusammensetzung getroffen werden:

  • Glaskeramiken zur Herstellung von Inlays und Kronen
  • Zirkoniumoxid zur Fertigung von Kronen und Brücken mittels Fräs- und Schleiftechnik geeignet.

Als Vorteil von Restaurationen aus Zirkoniumoxid gegenüber anderen Vollkeramiken kann eine höhere Biegefestigkeit (600 MPa bis 1400 MPa) sowie Elastizitätsmodule zwischen 200 GPa bis 300 GPa genannt werden. Sie vereinigt die zur Zeit besten, für die Zahnheilkunde nutzbaren Materialeigenschaften.

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. 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 Zugspannung auftritt. Hierbei liegt die einen Bruch auslösende Spannung auf der Zugseite der Keramik, da herstellungsbedingt eine Druckspannung erzeugt wird, aus der  eine höhere Druckfestigkeit resultiert. 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.

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. 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.

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 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 Lichttransport 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. Weiterhin sollte sich eine keramische Oberfläche nicht durch in Nahrungs- und Genussmittel 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.

Gerüstmaterial

Sind die ästhetisch bedeutenden Bereiche der Brückenkonstruktion mit Keramik beschichtet, spricht man von einer Keramikverblend-brücke. Eine Keramikverblendbrücke besitzt ein Gerüst aus Metall oder Keramik, das großenteils von zahnfarbener Keramik ummantelt ist. Das Gerüst selbst kann sowohl aus einer …

Verblendmaterial

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

Nichtedelmetalle

Spezielle Edelstahllegierungen für die Mundsituation sind preiswerter als Edelmetalllegierungen. Diese Legierungen werden sowohl in der Kronen- und Brückentechnik, als auch in Teleskoptechnik sowie in der Klammerprothetik eingesetzt. Die von uns verwendeten NEM-Legierungen sind alle nickelfrei, weshalb das Risiko einer Allergieauslösung sehr gering ist. In der Implantologie und Implantatprothetik werden überwiegend Titanlegierungen eingesetzt. Titan ist sehr körperverträglich und zeichnet sich durch ein äußerst geringes Allergierisiko aus.

NEM Legierungen

bestehen hauptsächlich aus Chrom, Kobalt und Molybdän mit wechselnden Anteilen, und Beimengungen aus Silizium und anderen Bestandteilen. Dieses Material wird von Zahnärzten und Zahntechnikern zuweilen auch fälschlich als „Edelstahl“ bezeichnet, fälschlich deshalb weil in diesen Legierungen keinen Stahl oder Eisen enthalten ist. …

Titan

Titan verfügt über außergewöhnliche Materialeigenschaften gegenüber anderen Werkstoffen. Das geringe Gewicht und die extrem hohe Festigkeit von Titan und Titanlegierungen haben zu einer Vielzahl verschiedener erfolgreicher Nutzungen mit hohen Anforderungen an Zuverlässigkeit in der Zahnmedizin geführt. …