8.3 Zirkonoxid

Zirkonoxid: Das weiße Gold? - Die 1. Generation

Verblendkappe aus Zirkonoxid

Zirkonoxid (ZrO₂) ist ein keramischer Werkstoff, obwohl es hauptsächlich das Metall Zirkonium enthält. Deshalb heißt es chemisch ganz korrekt Zirkoniumdioxid, aber die Zahntechnikwelt hat sich auf Zirkonoxid geeinigt. Im englischen Sprachraum sagt man Zirconia.

In der Natur kommt es in der Regel als natürliches Mineral (Rohstoff) Zirkonsilikat (ZrSiO₄) vor. Folgende Produktionsschritte durchläuft der Rohstoff bis zum Rohling (Blöcke bzw. Scheiben):

• Rohstoffabbau
• Pulvergewinnung
• Formgebung
• (Vor-) Sintern
• Rohling

Nach der Formgebung werden die Blöcke und Scheiben auch Grünling bzw. nach dem Vorsintern auch Weißling genannt. Ein fertiger Rohling enthält ca. 95 % Zirkondioxid, 5 % Yttriumoxid als Stabilisator sowie geringe Mengen an primären (Begleitoxide der Rohstoffe) und sekundären (z.B. Chlor durch den Syntheseprozess) Verunreinigungen. Die gesamten Verunreinigungen betragen maximal 0,3 %.

Je nach Temperatur liegen 3 verschiedene Kristallstrukturen des Zirkonoxid vor: monoklin (20 °C bis 1163 °C), tetragonal (1164 °C bis 2370 °C) und kubisch (2371 °C bis 2690 °C – Schmelzpunkt).

Die Funktion des Yttriums ist die Stabilisierung des Zirkoniumdioxids bei Rissbildung. Das in der Zahntechnik hauptsächlich verwendete Yttriumoxid-stabilisiertes tetragonales polykristallines Zirkoniumdioxid (Y-stabilized-tetragonal-zirconia-polycristal) wird Y-TZP abgekürzt.

Durch Zugabe von 3 Mol% Y₂O₃ (=5,1 Gew.-%) wird das Zirkoniumdioxid in eine metastabile tetragonale Phase bei Raumtemperatur überführt. Entstehen nun durch Belastungen Spannungsspitzen, können sich Mikrorisse bilden. Die Energie, die durch die Rissbildung frei wird, führt die tetragonale zurück in die monokline Phase. Da die monokline Phase ein um 4 % höheres Volumen hat, werden die Risse wieder zusammengedrückt. So kann sich der Riss nicht weiter ausbilden. Dieses Phänomen nennt man „Umwandlungsverstärkung“. Häufig wird auch eine kleine Menge (0,25 %) Aluminiumoxid zugegeben, was zusätzlich nochmals eine Erhöhung der mechanischen Eigenschaften bewirkt. Allerdings macht Aluminiumoxid das Zirkoniumdioxid opaker.

Danach folgen weitere Bearbeitungsschritte:

• Fräsen des Gerüstes
• Sintern des Gerüstes
• Evtl. Nacharbeitung (Beschleifen) des Gerüstes
• Fertiges Zirkonoxidgerüst

Folgende positive Eigenschaften besitzt das Zirkonoxidgerüst: bruchfest, biegefest, korrosionsbeständig, verschleißfest, hart und biokompatibel. Als negative Eigenschaften gelten das spröde Bruchverhalten (kein bzw. kaum plastisches Verhalten bei Belastung) und die Riss- oder Bruchzähigkeit (kleinste Gefügefehler wie Mikrorisse oder Kerben können zum Bruch führen).

Daher sollten folgende Faktoren bei der Konstruktion bzw. Bearbeitung von Zirkonoxidgerüsten beachtet werden.

1. Anatomische Gerüstgestaltung (CAD): Grundsätzlich sollten bei der Gerüstgestaltung sowohl die Bedürfnisse der Gerüstkeramik als auch der Verblendkeramik berücksichtigt werden. Das Problem der Verblendfrakturen oder Absplitterungen (Chipping) ist ein spezielles Zirkonoxid-Problem. Man weiß mittlerweile, dass eine anatomische Ausformung des Gerüstes ("anatomische Unterstützung der Verblendkeramik") absolut notwendig ist! So wird eine gleichmäßige Verblendungsstärke garantiert, die das Chippingrisiko vermindert. Grundsätzlich sollten die vom jeweiligen Hersteller angegebenen Wand- und Verbinderstärken (Ein Verbinder sollte z.B. nicht unter 9mm² stark sein) unbedingt eingehalten werden, da sonst z.B. die Bruchgefahr erhöht wird. Bezüglich der Konstruktion von Zirkonoxidgerüsten gelten somit andere regeln als bei Metallgerüsteb.
2. Computergestützte Fertigung (CAM): Das Zirkonoxidgerüst wird computergesteuert aus dem vorgesinterten Weißling herausgefräst und anschließend beim Sintern im Hochtemperaturofen erhält es seine Enddichte (Schrumpfungsprozess) und seine hohe Festigkeit. Sowohl beim Fräsen als auch beim Sintern sind die jeweiligen Herstellerangaben sorgfältig einzuhalten, da es sonst zu Gefügefehler wie Mikrorisse kommen kann. Aus diesem Grund sind auch die Nacharbeitungen im Dentallabor zu minimieren
3. Nacharbeitung: Ist das nachträgliche Beschleifen unvermeidbar, sollte vor allem darauf geachtet werden, dass es zu keiner Überhitzung des empfindlichen Gerüstmaterials (vor allem an den Verbinderstellen) kommt und diese Schäden in der Oberflächenstruktur bewirken, welche Ausgangspunkte für Mikrorisse sind. Diese lokalen Überhitzungen führen zu Phasenumwandlungen in der Kristallstruktur (vgl. oben). Grundsätzlich wird aus diesem Grund für große Nacharbeiten (z.B. Kronenrand kürzen oder Wanddicke reduzieren) das Nassschleifen mit der Turbine empfohlen. Für kleinere und präzise Nacharbeiten (z.B. beim Aufpassen oder Einschleifen) wird aus optischen Gründen (man sieht wegen des Wassers nicht genau genug) eher die Trockenbearbeitung bevorzugt. Bei der Entscheidung, ob trocken oder nass, sollte der Zahntechniker immer die Empfehlungen der Materialhersteller beachten. Das Abstrahlen kann das Gerüstmaterial Zirkonoxid leicht beschädigen. Anders als bei Metallgerüsten ist ein Abstrahlen von Zirkondioxid vor dem Verblenden auch nicht erforderlich, es entsteht auch ohne Abstrahlen eine chemische Verbindung zwischen Gerüst und Verblendung. Ein Abstrahlen der Innenflächen zur Befestigung der Restauration sollte, falls erforderlich, nur mit geringem Druck (1,0 bis 1,5 bar) und nur mit geringer Körnung (30 bis 100 µm) stattfinden.

Monolithische Zirkonoxidversorgungen? Die 2. und 3. Generation von Zirkonoxid!

Alles was du ober über Zirkoniumdioxid gelernt hast, betrifft die sogenannte 1. Generation des Werkstoffs. Monolithische Versorgungen aus Zirkoniumdioxid sind aber eine günstige und ästhetische Versorgungsmöglichkeit. Außerdem können solche Restaurationen klassisch im Mund zementiert werden.

In diesem Artikel findest du alles wissenswerte über die 2. und 3. Generation des Werkstoffs: Transluzentes Zirkonoxid.

Die 2. und 3. Generation von Zirkoniumdioxid

Einer deiner Zahnarztkunden verweigert die Weitergabe eures Laborinformationsflyers für monolithische (Monolith) Zirkonoxid-Kronen. Er begründet dies mit der zu geringen Transluzenz und zu hoher Härte gegenüber dem Antagonisten!

Lese den obigen Artikel der Europäischen Gesellschaft für dentale Technologie (EADT) und fasse die Informationen zu den verschiedenen Generationen zusammen. Wenn du möchtest, kannst du dich zusätzlich noch über den Vergleich Lithiumdisilikat Vs. Zirkonoxid informieren.

Schreibe einen E-Mail-Text, um deinen Zahnarztkunden von der Weitergabe des Flyers zu überzeugen!

Weitere umfangreiche Informationen gibt es unter www.zirkondioxid.de.