Ergebnisse mit einem neuen Verblendsystem für ... - Elephant Dental

SONDERDRUCK AUS
Das internationale
ZAHNTECHNIK
MAGAZIN
Ergebnisse mit einem neuen Verblendsystem
für Zikonoxidgerüste
Prof. Dr. Jef M. van der Zel
4
flohr
April
2005
verlag
Hauptstraße 22, D-78628 Rottweil

Technik
Ergebnisse mit einem neuen Verblendsystem
für Zirkonoxidgerüste
Prof. Dr. Jef M. van der Zel
204
Indizes: Zirkonoxidgerüste, Zirkonoxidverblendkeramik,
CAD/CAM, WAK, Bruchfestigkeit,
Systemgedanke
Mit der Weiterentwicklung der CAD/CAM-Technik
hat sich das Anwendungsspektrum von Zirkonoxid
für zahntechnische Strukturen, die mit Dentalkeramik
verblendet werden können, stark erweitert.
Keramische Werkstoffe haben einen hohen Qualitätsstandard
erreicht und stellen heute eine unverzichtbare
Werkstoffgruppe für die konservierende
und prothetische Zahnheilkunde dar. Die ästhetischen
Möglichkeiten sind bei ausgezeichneter
Biokompatibilität hervorragend, und die klinischen
Erfahrungen der letzten Jahre haben gezeigt, daß
für Keramiken eine differenzierte Anwendung
unabdingbar ist, um sie klinisch langfristig erfolgreich
einzusetzen. Bei korrekter Indikation und
Verarbeitung sind sie älteren restaurativen Techniken
oft in vielerlei Hinsicht überlegen.
Foto: Norbert Pack, Bad Vilbel
Die Entwicklungen mit Computer
Aided Design und Computer Aided
Manufacturing (CAD/CAM) zur Herstellung
von Zahnersatz hatten zuerst wirtschaftliche
Gründe. Bei den Überlegungen, industriell
hergestellte Hartkernkeramiken wie
vorgesinterte oder endgesinterte Zirkonoxidkeramik
als prothetischen Werkstoff einzusetzen,
stellte sich schnell heraus, daß nur
CAM-gesteuerte Fräsautomaten in der Lage
waren, Werkstücke aus diesem Material aus
einem Block herauszuarbeiten. Mit der computergestützten
Bearbeitung hat sich somit
die Vollkeramik ihren Weg in die Zahnmedizin
gebahnt.
Brücken bis zu 3 Gliedern werden manchmal
aus glasinfiltrierter Oxidkeramik gefertigt
(In-Ceram „Zirconia“). Das Material ähnelt
aber in seinem Festigkeitsverhalten und in
der Wärmeausdehnung eher Aluminiumoxid
und ist mit Zirkonoxid nicht vergleichbar.
Weitspannige Brücken bis zu 6 Gliedern wer-
ZAHNTECH MAG 9, 4, 204-209 (2005)

Technik
Tabelle 1: Keramik-Haftfestigkeit
nach
Schwickerath
des Carrara-
(Kappert,
2000) und Sakura-Systems
(Nishimura et
al., 2004)
Der Hersteller
hat die besten
Voraussetzungen
geschaffen,
um ein
neues Metall-
Keramik-
System zu
konzipieren.
Gerüst
Carrara PdF
Zirkonoxid
Keramik
Carrara Interaction
Sakura Interaction
den aus nachgesintertem Zirkonoxid, bis zu
12 Gliedern aus industriell dichtgesintertem
Zirkonoxid gefertigt (z.B. DCS, Digident).
Brückengerüste für Implantate werden aus
vorgesintertem, aber auch aus teilgesintertem
Zirkonoxid hergestellt. Für Abutments und
Suprastrukturen kommt hartkerngesintertes
Zirkonoxid zum Einsatz.
Carrara ® Original (Elephant Dental, NL-
Hoorn) war das erste System in der Metallkeramik.
Die Idee, auf gelbe Goldlegierungen
mit niedrigschmelzender, hoch expandierender
Keramik aufzubrennen, hat zur Entwicklung
eines der signifikantesten Metallkeramiksysteme
der letzten 50 Jahre geführt.
1990 wurde nach intensiver Entwicklungsarbeit
das Carrara-Metall & Keramik-System
erstmals vorgestellt (Eur Patent 475.528). Die
Keramik kommt in Kombination mit der sattgelben,
multi-indikativen, kupfer- und palladiumfreien
Carrara PdF Goldlegierung zur
Anwendung.
Neben der Entwicklung von Legierungen hat
sich der Hersteller gleichzeitig mit der Entwicklung
von Keramiken befaßt und damit
alle Voraussetzungen geschaffen, um ein
neues Metall-Keramik-System zu konzipieren.
So bestand von Beginn an eine optimale
Abstimmung sattgelber Legierungen auf eine
weiche, antagonistenschonende Keramik
(Abb. 1). Nach denselben Prinzipien wurde
das Sakura ® -Verblendsystem für Zirkonoxidgerüste
entwickelt (Abb. 2).
Firma
Elephant Dental
Elephant Dental
Haftfestigkeit, MPa
55, 60 ± 4,8
45,20 ± 3.6
Die Carrara und Sakura Interaction Keramiken
sind niedrigschmelzende, antagonistenfreundliche
Aufbrennkeramiken, wobei eine
besondere Oberflächenmodifizierung dafür
sorgt, daß die Keramikoberfläche nicht signifikant
härter ist als der natürliche Zahnschmelz.
Daraus resultiert eine deutlich geringere
Abrasion der Antagonisten als bei
anderen Keramikmassen, was der Patient als
natürlich und angenehm empfindet.
Die Interaction Keramik verwirklicht ein
neues Konzept: Erstmals wurde bei niedrigschmelzenden
Metallkeramikmassen eine
konsequente, funktionelle Scheidung in Fluoreszenz
und Opaleszenz erreicht.
Haftverbund zwischen Gerüstmaterial
und Verblendkeramik
Die Ausdehnung von Legierung und Verblendkeramik
sollte unterhalb der Transformationstemperatur
möglichst bei allen Temperaturen
gleich sein. Die thermische
Ausdehnung der Carrara-Keramikmasse ist
um ein Zehntel geringer als die der Carrara-
Legierungen. Dies hat zur Folge, daß in der
Keramik nur Druckspannungen auftreten, die
von der keramischen Masse in relativ großem
Ausmaß ertragen werden. Ein guter Haftverbund
zwischen Legierung und Keramik ist
eine Voraussetzung für eine langlebige Restauration.
Für die Bestimmung der Haftfestigkeit wurde
ein Scherfestigkeitstest nach H. Schwicke-
Abb. 1: Das Carrara ® Original System: Carrara
PdF und Carrara Interaction.
ZAHNTECH MAG 9, 4, 204-209 (2005)
Abb. 2: Das Sakura ® Verblendsystem: Sakura
Interaction auf Zirkonoxidgerüst.
205

Technik
206
Tabelle 2:
Wärmeausdehnungskoeffizienten
im
Carrara und
Sakura
System.
Material
Carrara Interaction Aufbrennkeramik
Sakura Interaction Aufbrennkeramik
rath [ISO/DIS 9693 (1999) Metal-ceramic
dental restorative systems] durchgeführt
(Tab. 1). Die Haftfestigkeiten gehören zu den
höchsten Werten im Markt und übersteigen
den Grenzwert bei weitem (25 MPa nach
ISO/DIS 9693 [1999]).
Klinische Erfahrungen mit
Keramikbrücken aus Zirkonoxid
Abb. 3: Spannungsverteilung (in MPa) in Carrara- und
Sakura-Kronen.
Carrara Interaction (System 1) und Sakura Interaction
(System 2) sind fast spannungsfrei. Bei System 3, wobei
eine Verblendkeramik mit einem WAK von 9,0 statt 9,9
µm/m.K eingesetzt wurde, treten Zugspannungen in der
Okklusalfläche auf.
Wärmeausdehnungskoeffizient, µm/m.K Meßbereich in °C
Keramik
14,7
Gerüst
Carrara PdF: 15,8
Keramik
25 - 500
Gerüst
25 - 500
9,9 Y-TZP Zirkonoxid: 10,5 25 - 500 25 - 500
Für CAD/CAM-gefertigte Keramikbrücken
im Seitenzahngebiet (Cercon, DCS, Digident,
Lava) liegen bislang wenig klinische
Langzeitergebnisse vor. Gefertigt aus teilgesinterten
Weißlingen oder ausgeschliffen aus
endgesinterten Hartkernkeramik-Blanks, steht
der Einsatz des Werkstoffs Zirkonoxid in der
zahnmedizinischen Prothetik erst seit 7 Jahren
unter klinischer Beobachtung.
Aufgrund der hohen Werte für Biegefestigkeit
und Rißzähigkeit sowie der vielversprechenden
Ergebnisse mit 3-gliedrigen
Brücken im Molarenbereich ist jedoch eine
positive Prognose angezeigt.
Bei Brücken treten unter Belastung immer
Biegemomente auf, die Zugspannungen zur
Folge haben. Hier ist der Einsatz des bruchzähen
Zirkonoxid besonders indiziert, um
eine Rißbildung unter Dauerlastwechsel zu
verhindern. Dennoch müssen die Verbinder
zwischen Brückengliedern ausreichend dimensioniert
sein. Ungeeignete Präparationsformen,
zu dünne Wandstärken, unterdimensionierte
Konnektoren, zu tief separierte Verbinder,
nachträgliches Separieren, Bearbeitungsfehler
beim Schleifen im Labor (zu hoher Anpreßdruck,
keine Wasserkühlung der Laborturbine)
- all das kann Mikrorisse im Werkstoff
verursachen, die Monate oder Jahre später
zur Fraktur führen können.
Zirkoniumoxid ist mit einem Elastizitätsmodul
von 210 GPa (GigaPascal) vergleichbar
mit CoCr-Legierungen. Diese Analogie erlaubt
es, die Erfahrungen mit Dentallegierungen
auf die Verwendung von Dentalkeramiken
zu übertragen und können hilfreich für
die Dimensionierung von Wandstärken, Verbindern
und Brückenlängen sein.
Die geringe Reklamationsquote zeigt, daß
sich viele Zahnärzte mit dem Präparationsdesign
und Zahntechniker mit der sorgfältigen
Bearbeitung der Keramik positiv auseinandergesetzt
haben.
In Tabelle 2 werden die Daten in Bezug auf
die WAK-Werte der Verblend- und Gerüstmaterialien
angegeben.
Der WAK ist sowohl bei Carrara Interaction
als auch bei Sakura Interaction ca. ein Zehntel
niedriger als beim Gerüstmaterial. Es kann
mit Hilfe von Finite Element (FE)-Analysen
der Wärmespannungsverteilungen nachgewiesen
werden, daß bei dieser Differenz eine
ideale „thermische Kompatibilität“ realisiert
wird (Lenz et al, 2005). Grund für Abplatzungen
können unregelmäßig aufgetragene Verblendschichten
sein, die unter Kaudruck zu
Zugspannungen in der Struktur führen. Deshalb
arbeiten CAD/CAM-Labore an einem
homogen reduzierten Kronengerüst, um für
die Verblendung eine gleichmäßige Schichtstärke
zu erzielen. Oft sind Abplatzungen
aber auch einem zu niedrigen WAK der Verblendkeramik
zuzuschreiben (Abb. 3).
Davon ausgehend, daß alle Zirkonoxid-
Gerüstwerkstoffe einen gleichen WAK-Wert
in einem Meßbereich von 25-500 °C aufweisen,
der bei rund 10,5 µm/m.K liegt, ist ein
um ein Zehntel niedrigerer WAK für die Verblendkeramik
gewählt worden. So ist ein
ZAHNTECH MAG 9, 4, 204-209 (2005)

Elephant_Keramik_Sakura.tif
Abb. 4: Versuchsanordnung des Bruchtestes.
Abb. 5: Beispiel Gerüstbruch.
In einem invitro-Versuch
wurden
Brückenversorgungen
aus
Zirkonoxid,
verblendet mit
Sakura Interaction,
auf
ihre Bruchfestigkeit
beurteilt.
WAK von 9,9 µm/m.K ideal. Bei einem
WAK unter 9,2 µm/m.K kann es schon zu
Abplatzungen der Verblendkeramik kommen,
weil die Spannungen bei Zirkonoxid
nicht wie bei Metall durch Relaxation auf
natürlichen Weise abgeführt werden.
Bei einem Bruchfestigkeitstest von Sakura
Interaction auf den Zirkonoxidgerüstkäppchen
verschiedener Hersteller zeigte
sich eine herausragende Verbundhaftung
der Systeme Cerec Inlab, Lava, Cercon,
Procera und DCS.
Bruchfestigkeit des Verbundes
Sakura/Zirkonoxidgerüst
In einer in-vitro-Untersuchung wurden auf
natürliche Zahnstümpfe adhäsiv befestigte
dreigliedrige Brückenversorgungen aus Zirkonoxid,
verblendet mit Sakura Interaction,
auf ihre maximale Bruchfestigkeit (Abb. 4)
beurteilt und die semi-quantitative Randqualität
im Rasterelektronenmikroskop bewertet.
Die Brücken wurden im Kausimulator einer
5-jährigen Belastung unterzogen (Rosentritt
et al., 1997).
ZAHNTECH MAG 9, 4, 204-209 (2005)
Produktname
Vertrieb
Hersteller
Kristalltyp
WAK
Zu welchen Gerüstmaterialien
möglich
E-Modul
Biegefestigkeit
Verbundfestigkeit:
A) zu welchen Gerüsten
B) welcher Test
C) welche Werte in N
D) wer hat getestet
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A) Bonder
B) Opaker
C) Erstes Dentin
D) Glanzbrand
Langzeitabkühlung
bei welchen Materialien / wie ?
Markteinführung Europa?
Klinische 2-Jahresstudien: ja / nein
Sortiment zu welchem
Farbringsystem?
Welche Farben sind lieferbar?
Wie viele Intensiv-Dentine
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-
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6 Action-I Dentine
16 Pasten-Opaker,
16 Opak-Dentine, 16 Dentiner
alle Transpamassen opalisierend
8 X-Tra Incisals (3 Value-steuernde und
5 individualisierende) und 4 Schneiden
-
-
207

Technik
208
Die Bruchfestigkeiten
der
Zirkonoxidbrücken
mit
Sakura Interaction
Verblendung
erwiesen sich
als gleich oder
besser als für
vergleichbare
andere
Systeme.
Bei hochfestem
Zirkonoxid
spielt die
Abstimmung
der WAKs von
Gerüst- und
Verblendmaterial
eine
entscheidende
Rolle.
Zur Brückenherstellung wurden jeweils 2
frisch extrahierte, dritte Molaren im Abstand
von ca. 10 mm (= Spannweite des Brückenzwischengliedes)
in kaltpolymerisierendem
Kunststoff (Palapress Vario, Heraeus-Kulzer,
Hanau) gesockelt. Es wurden in etwa gleich
große Zähne verwendet. Durch eine dünne
Schicht Polyetherabformmasse (Impregum,
3M ESPE, Seefeld) zwischen Zahnwurzel
und Kunststoffsockel wurde die physiologische
Zahnbeweglichkeit im Parodontalspalt
simuliert.
Die vollkeramischen Brückengerüste wurden
im Cercon-Verfahren (DeguDent, Hanau)
aus teilstabilisiertem Zirkonoxid angefertigt.
Die Verblendung der Brücken erfolgte in
konventioneller Technik mit Sakura Interaction
Verblendkeramik. Nach Vorgabe wurden
alle Versorgungen mit dem dualhärtenden
Verbundsystem Syntac Classic/Variolink II
(Ivoclar Vivadent, FL-Schaan) adhäsiv befestigt.
Nach Säuberung der Versorgungen erfolgte
die Kaubelastung für ca. 8,3 Tage im Regensburger
Kausimulator (6000 x 5°C / 55°C,
2 min je Zyklus, 1,2*10 6 Kaukraftzyklen
à 50 N), die einer ca. 5-jährigen intraoralen
Tragedauer entspricht. Als Antagonisten für
alle untersuchten Serien dienten Humanzähne,
die über ein Bißregistrat bereits während
der Brückenherstellung den Brücken zugeordnet
wurden. Die Kausimulation wurde
nach 400.000, 800.000 und 1.200.000 mechanischen
Zyklen zur optischen Kontrolle
der Brücken unterbrochen.
Die acht Versorgungen wurden nach Kaubelastung
einem Bruchtest unterzogen. Die
Belastung wurde in einer Zwick-Universalprüfmaschine
1446 (Zwick, Ulm) mit einer
Vorschubgeschwindigkeit von 1 mm/min
durchgeführt. Die automatische Brucherkennung
wurde bei einem 10%igen Kraftabfall
vom Momentankraftwert bzw. durch ein
erkennbares akustisches Signal detektiert.
Die Krafteinleitung erfolgte zentral auf die
Okklusalfläche des Brückenzwischengliedes
über eine Stahlkugel (Ø 12,5 mm). Eine
Zinnfolie (0.4 mm) zwischen Versorgung
und Stahlkugel verhinderte die Ausbildung
von Kraftspitzen.
Die Ergebnisse der Kausimulation zeigten,
daß während der Simulation keine Beschädi-
gungen im Verblendmaterial aufgetreten
sind. Das Versagen im Bruchversuch war bei
allen Brücken durch eine Fraktur von Verblendung
und Gerüst gekennzeichnet.
Ein Beispiel für das Versagen der Verblendung
bzw. des Gerüstes zeigt Abbildung 5.
Die mittlere Bruchfestigkeit liegt nach
1.200.000 mechanischen Zyklen Kausimulation
noch immer bei 1440 ± 344 N (Rosentritt
et al, 2004).
Die Bruchfestigkeiten der Zirkonoxidbrücken
mit der Sakura Interaction Verblendung
erwiesen sich als gleich oder besser als
für vergleichbare andere Systeme. Während
der Kausimulation wurden keine Beschädigungen
der Brücken festgestellt. Das Bruchverhalten
eines kombinierten Bruches von
Gerüst und Verblendung deutet insgesamt auf
einen sehr guten Verbund zwischen Gerüst
und Verblendung hin. Die Randqualität ist
insgesamt als sehr gut zu beurteilen, es traten
kaum Veränderungen durch die Kausimulation
auf.
Fazit
Mit dem Gerüstwerkstoff Zirkonoxid kann
das Frakturrisiko von Brücken auf ein Minimum
gesenkt werden, wenn ein gut darauf
abgestimmtes Verblendsystem, wie z.B. die
Sakura Interaction Aufbrennkeramik, eingesetzt
wird. Bei hochfestem Zirkonoxid spielt
die Abstimmung der WAKs von Gerüst- und
Verblendmaterial eine noch wichtigere Rolle
als z.B. beim Carrara Metallkeramik-System,
weil die Druckspannungen im Verblendmaterial
bei einem zu niedrigen WAK nicht durch
elastische oder plastische Relaxation abgebaut
werden können und entsprechend Abplatzungen
der Verblendungen entstehen
können. Die Vorteile des Systemgedankens
werden sich beim Sakura-System ebenso
unter Beweis stellen wie beim Carrara-System.
Prof. Dr. Jef M. van der Zel
Academic Center for Dentistry Amsterdam,
Department of Material Science,
Louwesweg 1, NL-1066 EAAmsterdam
Literatur beim Verlag.
ZAHNTECH MAG 9, 4, 204-209 (2005)

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Elephant
9
Zirkonoxid-Gerüste*
13
Traditionelle Legierungen*
16
Universallegierungen*
* Niedrigschmelzende Dentalkeramik für
Zirkonoxid-Gerüste mit WAK 10,0 - 10,6 µm/m.K
* Hochschmelzende Hydroxylkeramik für
Aufbrennlegierungen mit WAK 13,8 - 14,9 µm/m.K
* Niedrigschmelzende Hydroxylkeramik für
Universallegierungen mit WAK 15,8 - 16,9 µm/m.K
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0336
01- apr -2005