Aus dem Zentrum Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde Medizinische Hochschule Hannover
Abteilung Zahnärztliche Prothetik
Belastbarkeit viergliedriger Seitenzahnbrücken aus hochfester Strukturkeramik
Eine In-vitro-Studie
Dissertation
zur Erlangung des Doktorgrades der Zahnheilkunde an der Medizinischen Hochschule Hannover
vorgelegt von Petra Schneemann
aus Hameln
Hannover, 2006
Angenommen vom Senat der Medizinischen Hochschule Hannover am 20.03.2007
Gedruckt mit Genehmigung der Medizinischen Hochschule Hannover
Präsident: Prof. Dr. Dieter Bitter-Suermann Betreuer der Arbeit: Prof. Dr. Meike Stiesch-Scholz Referent: Prof. Dr. Hüsamettin Günay Koreferent: PD Dr. Dr. Martin Rücker Tag der mündlichen Prüfung: 20.03.2007
Promotionsausschussmitglieder: Prof. Dr. Dr. André Eckardt
PD Dr. Michael Eisenburger PhD PD Dr. Thomas Tschernig
1 Einleitung und Literaturübersicht
1 1.1 Eigenschaften, Klassifikationen und Verwendungsmöglichkeitenkeramischer Werkstoffe 3
1.2 Entwicklung der Dentalkeramik 4
1.3 Abhängigkeit der Festigkeitseigenschaften der Keramiken
vom Mikrogefüge 7
1.4 Lithiumdisilikat-Glaskeramik 8
1.5 Aluminiumoxidkeramik 10
1.6 Zirkoniumdioxidkeramik (ZrO2) 11
1.7 Biokompatibilität 12
1.8 Korrosionseinfluss auf Oberflächendefekte in Keramiken 13 1.9 Testbedingungen zur Simulation intraoraler Verhältnisse 14
1.10 Kaukräfte 15
1.11 Bruchgefährdete Bereiche einer Brückenrestauration 16 1.12 Übersicht über bisherige Untersuchungen an vollkeramischen
Brückenkonstruktionen 17
1.12.1 In-vitro-Untersuchungen 17
1.12.2 Klinische Langzeiterfahrungen 19
1.13 Anforderungen an vollkeramische Brücken 21
2 Problemstellung
223 Material und Methode
3.1 Übersicht 23
3.2 Urmodell 26
3.3 Fertigung der Meistermodelle für die Herstellung der
Brückengerüste 26
3.3.1 Herstellung der individuellen Löffel 26
3.3.2 Abformung der Stümpfe des Urmodells 27
3.3.3 Ausgießen der Abformungen 28
3.3.4 Vorbereitung der Meistermodelle für die Fertigung der
Brückengerüste aus Lava 29
3.3.5 Vorbereitung der Meistermodelle für die Fertigung der
Brückengerüste aus Empress 2 29
3.4 Herstellung der Empress 2-Brückengerüste 31
3.4.1 Gerüstmodellation 31
3.4.2 Einbettung der Gerüstmodellation 32 3.4.3 Vorwärmen der Muffel und Pressen der Empress 2-
Brückengerüste 33
3.4.4 Ausbetten und Ausarbeiten der Empress 2-Brückengerüste 34
3.5 Herstellung der Lava-Brückengerüste 36
3.6 Vorschädigen der Brückengerüste 38
3.7 Herstellung der Verblendform und eines Gegenbisses 39
3.8 Verblenden der Brückengerüste 41
3.9 Herstellung der Prüfmodelle für die Belastungstests 43 3.9.1 Vervielfältigung der Kunststoffstümpfe 43
3.9.2 Ablängen der Kunststoffstümpfe 45
3.9.3 Vorversuche zur Testung verschiedener Materialien zur
Eignung als künstliches Parodontium 46 3.9.4 Herstellung des künstlichen Parodontiums 47 3.10 Zementierung der verblendeten Brücken 47 3.11 Sockelung der auf den Stümpfen zementierten Brücken 48
3.12 Künstliche Alterung der Probekörper 50
3.13 Bruchbelastungstest 51
3.14 Analyse des Bruchausgangs 52
3.15 Statistik 53
4 Ergebnisse
4.1 Bruchlasten der Empress 2- und Lava-Brücken im Vergleich 55 4.2 Einfluss von Vorschädigung und thermomechanischer
Wechselbelastung auf die Brückenbelastbarkeit 60 4.2.1 Bruchlasten von Brücken aus Empress 2 60
4.2.2 Bruchlasten von Brücken aus Lava 62 4.3 Makroskopische Analyse der Bruchstellen 64
4.3.1 Bruchmodus der Empress 2-Brücken 64
4.3.2 Bruchmodus der Lava-Brücken 68
4.4 Rasterelektronenmikroskopische Analyse der Bruchflächen
einer Empress 2-Brücke 73
4.5 Rasterelektronenmikroskopische Analyse der Bruchflächen
einer Lava-Brücke 75
5 Diskussion
5.1 Diskussion der Methodik 78
5.1.1 In-vitro-Untersuchung 78
5.1.2 Modellherstellung und Modellstumpfmaterial 79
5.1.3 Herstellung der Brücken 81
5.1.4 Gestaltung der Prüfkörper 82
5.1.5 Simulation der Pfeilerresilienz 83
5.1.6 Alterungssimulation 85
5.1.7 Wasserlagerung 87
5.1.8 Die definierte mechanische Vorschädigung
der Brückengerüste 88
5.1.9 Zementierung der Brücken 90
5.1.10 Untersuchung der Bruchlast 91
5.2 Diskussion der Ergebnisse 93
5.2.1 Bruchlasten der Brücken 93
5.2.2 Bruchverlauf 97
6 Zusammenfassung
997 Literatur
1018 Abkürzungsverzeichnis
1129 Abbildungsverzeichnis
11310 Tabellenverzeichnis
11711 Anhang
11912 Danksagung
12013 Lebenslauf
12114 Erklärung nach § 2 Abs. 2 Nrn. 5 und 6
1221 Einleitung und Literaturübersicht
In der restaurativen Zahnheilkunde stellt die definitive Versorgung einer Schalt- lücke mit zahnfarbenen festsitzendem Zahnersatz hohe Anforderungen an den Zahnarzt. Auch die Ansprüche der Patienten im Hinblick auf die Ästhetik, Bio- kompatibilität und Haltbarkeit des Zahnersatzes wachsen stetig.
Deshalb gewinnen vollkeramische Restaurationsmaterialien aufgrund ihrer ausgezeichneten Biokompatibilität, der geringen Plaqueanlagerung [40, 96] und der sehr guten ästhetischen Eigenschaften in der Zahnmedizin zunehmend an Bedeutung. Im Vergleich zu Metallkeramikkronen setzen Vollkeramikkronen keine Metallionen frei, die dunkle Verfärbungen im Bereich der Kronenränder verursachen und Parodontopathien begünstigen können [52, 60, 130]. Das Einfügen vollkeramischer Restaurationen in eine Mundhöhle mit metallischen Füllungs- und Restaurationswerkstoffen ist im Gegensatz zu Legierungen un- problematisch, weil Keramiken keine elektrische Leitfähigkeit besitzen und damit auch keine Freisetzung von Metallionen begünstigen. Keramiken sind inert, das bedeutet, sie sind sehr reaktionsträge und von ihnen geht kein Aller- giepotenzial aus.
Bereits seit längerem werden konventionelle keramische Restaurations- materialien für Frontzahnrestaurationen, kleinspannige Brücken bis zum zwei- ten Prämolaren, Einlagefüllungen, Veneers und Einzelkronen im Seiten- zahnbereich erfolgreich eingesetzt [7, 45, 78, 86, 108, 110, 114]. Um die Be- lastbarkeit dieser vollkeramischen Restaurationen zu erhöhen, wird eine adhä- sive Befestigung empfohlen [23, 76, 82]. Dies ist im Seitenzahnbereich häufig erschwert, weil hier eine absolute Trockenlegung, wie sie für die adhäsive Befestigung nötig ist, nicht immer gewährleistet werden kann.
Obwohl die Weiterentwicklung der keramischen Restaurationsmaterialien in den letzten Jahren zu einer erhöhten Festigkeit geführt hat, wird der Einsatz dieser Materialien für Brücken im Seitenzahnbereich kritisch betrachtet. Die für kleine- re Restaurationen häufig verwendeten konventionellen Vollkeramiksysteme verfügen nur über eine geringe mikroplastische Verformbarkeit, woraus eine hohe Sprödigkeit und eine geringe Bruchfestigkeit resultieren. Es konnte ge- zeigt werden, dass sich an möglichen Fehlstellen im Material, wie z.B. Poren,
Mikrorissen oder durch die Bearbeitung entstandenen Kerben, lastbedingte Spannungen konzentrieren können, die die Festigkeit der Keramik herabsetzen [40, 71, 73]. Außerdem unterliegen vollkeramische Restaurationen im korrosi- ven Milieu des Mundes und unter Kaubelastungen einer Materialalterung [103, 128, 129]. Untersuchungen zum Ermüdungsverhalten von Dentalkeramiken haben gezeigt, dass insbesondere mit Yttriumoxid teilstabilisierte Zirkoniumdi- oxidkeramiken nicht nur eine hohe Anfangsfestigkeit, sondern auch eine her- ausragende mechanische Langzeitfestigkeit aufweisen, die derjenigen konven- tioneller Dentalkeramiken weit überlegen ist [34, 113]. Deshalb wird zur Steige- rung der Belastbarkeit einer vollkeramischen Restauration für den Seitenzahn- bereich zunächst ein Gerüst aus einer hochfesten Keramik hergestellt, das anschließend mit einer speziell abgestimmten Feldspatkeramik verblendet wird.
Unterschiedliche Gerüstmaterialien verfügen über verschiedene Verstärkungs- mechanismen. Bei den konventionellen Vollkeramiksystemen findet man meist eine sogenannte Partikelverstärkung.
Seit einiger Zeit werden Zirkoniumdioxidkeramiken für den Einsatz in der Zahnmedizin weiterentwickelt. Bei diesen sogenannten Hochleistungs- keramiken wird die Umwandlungsverstärkung ausgenutzt, die dem Werkstoff die guten Festigkeitseigenschaften verleiht. Die Verwendung dieser modernen, hochfesten Keramiken als Gerüstwerkstoff erlaubt eine konventionelle Zemen- tierung auf der Basis makromechanischer Retention.
1.1
Eigenschaften, Klassifikationen und Verwendungs- möglichkeiten keramischer Werkstoffe
Keramische Werkstoffe sind polykristalline, nichtmetallisch-anorganische Werk- stoffe, die durch Einwirkung hoher Temperatur verfestigt werden [120], einen kristallinen Anteil von mindestens 30 % besitzen und in Wasser schwer oder gar nicht löslich sind. In keramischen Materialien liegen Ionenbindungen und kovalente Bindungen vor. Diese Bindungsarten beeinflussen die Werkstoffei- genschaften. Charakteristisch für Keramik sind die hohe Härte, verbunden mit hoher Druckfestigkeit, das sehr geringe plastische Verformungsvermögen (geringe Zug- und Biegefestigkeit) und das Versagen unmittelbar nach Über- schreiten der Elastizitätsgrenze (Sprödbruchverhalten). Die Dauerfestigkeit bei Zug- oder Biegebeanspruchung wird durch Risswachstumsphänomene (unter- kritisches Risswachstum) limitiert. Diese Vorgänge können durch herstellungs- bedingte Gefügefehler und bearbeitungsinduzierte Mikrodefekte begünstigt werden [40, 71, 73].
Nach anwendungstechnischen Kriterien unterteilt man keramische Werkstoffe in klassische (traditionelle) und technische Keramiken. Die klassische Keramik gehört zu den ältesten von Menschen entwickelten Werkstoffen. Sie wird hauptsächlich aus Tonmineralien, Magerungsmitteln und Flussmitteln gefertigt und heute noch als Gebrauchs- und Baukeramik genutzt.
Technische Keramiken dagegen werden hauptsächlich aus synthetischen Rohstoffen hergestellt. Diese Keramiken unterteilt man in Funktionskeramik und Strukturkeramik. Funktionskeramiken besitzen für ihr Einsatzgebiet notwendige magnetische, optische oder elektrische Eigenschaften. Strukturkeramiken mit Aluminiumoxid oder Zirkoniumdioxid als Hauptbestandteil werden besonders in Konstruktionen für starke mechanische Beanspruchungen benötigt. Sie zeich- nen sich durch hohe Härte, gute Verschleißbeständigkeit und einen hohen Korrosionswiderstand gegenüber Gasen, Flüssigkeiten und Metallschmelzen aus. In der Industrie werden diese Werkstoffe für die vielfältigsten Anwen- dungen eingesetzt, z.B. als Turbolader für Verbrennungsmotoren, Schneid- werkzeuge etc. [97]. Auch in der Medizin und Zahnmedizin finden spezielle
Strukturkeramiken immer häufiger Anwendung, z.B. für Hüftge- lenkendoprothesen oder Gerüstmaterialien für zahnärztliche Restaurationen.
1.2
Entwicklung der Dentalkeramik
Dentalkeramiken sind sehr vielfältig. Sie unterscheiden sich sowohl in Bezug auf den Materialaufbau als auch auf die Verarbeitung. Die konventionellen Dentalkeramiken leiten sich zwar ursprünglich von den Porzellanen ab, sind inzwischen bezüglich der Zusammensetzung jedoch deutlich von diesen zu unterscheiden. Ihre Hauptbestandteile sind Feldspate und Quarz. Das Kaolin, welches eine wichtige Komponente der Porzellane darstellt, ist nur in geringen Mengen enthalten oder fehlt sogar ganz. Beim Brennen dieser Keramiken, dem sogenannten Sinterprozess entstehen Gefüge, die aus einer Glasmatrix mit eingebetteten Kristallen (z.B. Leuzit) bestehen [14].
Die ersten Versuche, vollkeramische Kronen herzustellen, wurden bereits im Jahre 1887 mit Feldspatkeramik durchgeführt. Charles Land brannte diese Keramik auf eine dem beschliffenen Zahnstumpf aufgepasste Platinfolie [53].
Feldspatkeramiken haben als Verblendkeramiken bis heute einen hohen Stel- lenwert. Als Basismaterial für vollkeramische Restaurationen sind sie aufgrund ihrer unzureichenden Festigkeit jedoch nicht geeignet.
McLean und Hughes erreichten 1965 durch das Einbringen von hochfesten Aluminiumoxidkristallen in die glasartige Dentalkeramik eine Festigkeits- steigerung [75]. Sie leiteten mit der Entwicklung eines aluminiumoxidhaltigen Gerüstmaterials ein neuartiges Konzept für vollkeramische Systeme ein. Auf dieser Basis entwickelten sich verschiedenste vollkeramische Systeme, die alle nach dem Prinzip aufgebaut waren, ein besonders festes Kernmaterial mit einer darauf abgestimmten Verblendkeramik zu kombinieren.
Die von Sadoun [15] entwickelte Hartkernkeramik In-Ceram Alumina (Vita, Bad Säckingen) wurde 1989 auf den Markt gebracht und war das erste in Deutsch- land erhältliche vollkeramische Kronen- und Brückensystem. Die voll- keramischen Kronen- und Brückengerüste werden mit Hilfe der sogenannten Schlickertechnik hergestellt. Bei dieser Methode werden die Gerüste zunächst
auf einem feuerfesten Modell aus einer teigartigen keramischen Grundmasse (Schlicker) modelliert. Anschließend werden die Werkstücke einem acht Stun- den dauernden ersten Sinterbrand unterzogen. Man erhält Gerüste mit einer kreideartigen Konsistenz. Diese Gerüste werden nachbearbeitet und dann in einem Spezialbrennofen einem zweiten Brennvorgang ausgesetzt, bei dem ein Lanthanglas infiltriert wird. Durch folgende Glaskontrollbrände und Schleif- prozesse werden die Glasüberschüsse entfernt. Die endgültige Zahnform erhal- ten die Werkstücke durch die Verblendung mit speziellen Keramikmassen. In- Ceram Alumina ist bis heute eine marktgängige glasinfiltrierte Aluminium- oxidkeramik, die sowohl für Einzelkronen als auch für dreigliedrige Brücken im Frontzahnbereich eingesetzt werden kann [40, 106, 118, 114, 122].
Ende der 80er Jahre kam das IPS-Empress-System (Ivoclar, Schaan/FL) auf den Dentalmarkt. Es handelt sich dabei um eine leuzitverstärkte Glaskeramik.
Bei dieser Keramik liegt der Anteil der Kristallphase zwischen 30 und 40 Vol.-%, der restliche Anteil wird durch eine silikatische Glasmatrix eingenommen [47].
Bei diesem System wird die Gerüstkeramik nach dem so genannten Lost-wax- Verfahren in eine Hohlform aus spezieller Einbettmasse gepresst.
Beim Herstellungsverfahren unterscheidet man zwischen der Schichttechnik und der Maltechnik. Bei der Maltechnik wird das Werkstück vollständig aus dem verpressten Rohling geformt und durch eine Glasur farblich individualisiert. Das Schichtverfahren arbeitet mit einer reduzierten Grundform aus Presskeramik, die mit Hilfe von Glaskeramikpulvern formvollendet und gesintert wird. Mit dieser Keramik gelang es, präzise und transluzente Einzelzahnrestaurationen herzustellen [36, 41, 131]. Für Brückenkonstruktionen war diese Keramik je- doch nicht geeignet.
Die 1998 eingeführte IPS-Empress-2-Keramik (Ivoclar, Schaan/FL) ist ebenfalls eine Presskeramik. Dieser neu entwickelte Werkstoff ist eine Lithiumdisilikat- Glaskeramik, die für Einzelkronen, Inlays, Veneers und dreigliedrige Brücken bis zum ersten Prämolaren eingesetzt werden kann [41, 69, 107]. Bei dieser Keramik liegt der Anteil der Kristallphase mit mehr als 60 Vol.-% wesentlich höher als bei IPS-Empress.
Die Werkstücke aus IPS-Empress-2 werden wie bei IPS-Empress im Schicht- verfahren hergestellt. Eine Maltechnik gibt es bei IPS-Empress-2 nicht.
Im Jahre 1999 wurde mit In-Ceram Zirconia (Vita, Bad Säckingen) eine Zirkoni- umdioxidhaltige Aluminiumoxidkeramik für die Herstellung dreigliedriger vollke- ramischer Brücken im Front- und Seitenzahnbereich eingeführt. Die Gerüstke- ramik enthält neben den Aluminiumoxidpartikeln noch gleichmäßig verteilte Zirkoniumdioxidpartikel, die als dichte Kornpackungen vorliegen und deren Zwischenräume durch eine Glasmatrix ausgefüllt sind. Dieses Material erreichte gute Festigkeitswerte [117]. Es gibt zwei unterschiedliche Herstellungsmetho- den für Kronen und Brückengerüste aus dieser Keramik. Eine Methode ist die sogenannte Schlickertechnik, die genauso angewendet wird wie bei der In- Ceram Alumina Keramik. Bei der zweiten Methode wird das Gerüst mittels Maschinenbearbeitung aus einem Blockrohling herausgefräst. Bei beiden Her- stellungsverfahren werden die Gerüste vor dem Verblenden mit einem Spezial- glas infiltriert [121].
Intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeit ermöglichte mit dem Einsatz modernster Verfahrenstechnologien die Nutzung des Werkstoffs Zirkonium- dioxid für die Zahnmedizin. Durch den Einsatz des Zirkoniumdioxids als zahn- ärztlichen Restaurationswerkstoff erschloss sich ein ganz neues Indikations- spektrum für Zahnersatz aus Vollkeramik. Das Zirkoniumdioxid wird dabei nicht nur als Zusatzstoff verwendet, sondern in einer mit Yttriumoxid teilstabilisierten Form für hochfeste Kronen- und Brückengerüste eingesetzt. Als erstes wurde dieser Werkstoff von der Firma DCS als Gerüstmaterial verwendet. Die Werkstücke werden mittels CNC-Fräsung aus heiß isostatisch gepressten („gehippten“) Rohlingen gefertigt. Zur Fertigung der Gerüste aus diesen Keramikblöcken kommt die CAD/CAM-Technik zum Einsatz. Der hohe technische Fortschritt der letzten fünf Jahre machte den Einsatz dieses Materials für die Zahnmedizin erst möglich. Da die Gerüstkeramiken aufgrund der dichten Sinterung eine geringe Transluzenz aufweisen, ist für die Herstellung eines ästhetischen Zahnersatzes die Verblendung mit konventionellen Feldspatkeramiken notwendig.
1.3
Abhängigkeit der Festigkeitseigenschaften der Keramiken vom Mikrogefüge
Die Eigenschaften der keramischen Werkstoffe werden besonders durch das mikroskopische Gefüge bestimmt. Wesentliche Parameter sind Korngröße, Korngestalt und das Vorliegen von Porositäten. Die Festigkeit steigt mit zu- nehmender Dichte und Feinheit des Gefüges und mit zunehmender Reinheit des Pulvers. Die Hochleistungskeramiken zeichnen sich durch hohe Härte und hohe Biegefestigkeit aus. Zur Sicherstellung dieser physikalischen Eigenschaf- ten ist eine Vermeidung von Mikroporen und Inhomogenitäten eine Grundvor- aussetzung. Aus diesem Grund muss die Herstellung der Zirkonium- dioxidblöcke für hochfeste Zahnrestaurationen industriell unter reproduzierba- ren Bedingungen erfolgen.
Konventionelle keramische Materialien enthalten herstellungsbedingt noch immer Poren, Risse, Einschlüsse und Inhomogenitäten, die im Werkstück und an seiner Oberfläche verteilt sind. Aufgrund ihrer Kerbwirkung haben sie einen besonders großen Einfluss auf die mechanische Festigkeit einer Keramik. Aus diesem Grund erlaubt erst die Kombination von konventionellen Festigkeits- prüfungen mit Statistik und Bruchmechanik eine materialspezifische Beschrei- bung der Zuverlässigkeit sowie Lebensdauervorhersagen [67].
1.4
Lithiumdisilikat-Glaskeramik
Dieses Material wurde zur Herstellung von Einzelkronen, Inlays, Veneers und Gerüstkonstruktionen für dreigliedrige Brücken bis zum zweiten Prämolaren entwickelt. Es handelt sich dabei um eine Glaskeramik mit mehr als 60 Vol.-%
Kristallgehalt. In dem homogenen Gefüge der Glasmatrix liegen ineinander verschränkt angeordnete Lithiumdisilikatkristalle vor. Die Hauptkristallanteile bestehen aus 0,5 µm bis 6 µm langen und 1,5 µm breiten Lithiumdisilikatkristal- len. Daneben sind auch noch 0,1 µm bis 0,3 µm große Kristalle Lithium- Orthophosphat nachweisbar [42, 51]. Die Besonderheit der Lithiumdisilikat- Glaskeramik ist der hohe kristalline Anteil. Durch die dichte Formation der Kristalle in der Glasmatrix soll eine Rissausbreitung in dem Kernmaterial behin- dert bzw. unterbunden werden. Ein Riss, der in die Glasmatrix hineinläuft, wird an der Grenzschicht zwischen kristallinem Partikel und Glasmatrix gestoppt oder in seiner Richtung umgelenkt, so dass sich der Rissweg verlängert [51].
Durch Energieabsorption soll die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Risses reduziert werden. Dieser Partikelverstärkung genannte Mechanismus verleiht dem Werkstoff eine erhöhte Stabilität und Bruchzähigkeit [101]. Ein weiterer bestimmender Faktor für die Bruchfestigkeit von Keramiken ist die nach dem Sintern vorhandene Restporosität. Da diese Poren gewöhnlich an Korngrenzen auftreten, verringern sie den Widerstand des Werkstoffs gegen interkristallinen Bruch. Durch Verfahren wie das Heißpressen werden Restporositäten minimiert [20]. Das Kernmaterial wird in industriell gefertigten, zylinderförmigen Rohlingen geliefert und bei der Verarbeitung zum Kronen- oder Brückengerüst mit einer Verpresstemperatur von 920 °C in die nach dem Lost-wax-Verfahren vorbereitete Hohlform gebracht.
Die dazugehörige Verblendkeramik wird als Pulver geliefert und mit einer Mo- dellierflüssigkeit angemischt. Sie ist ein niedrigschmelzender Werkstoff, der bei einer Temperatur von 820 °C gesintert wird. Die Zusammensetzungen der Gerüst- und Verblendkeramik sowie die physikalischen Eigenschaften des Kernmaterials sind in den Tabellen 1 a+b dargestellt.
Die vom Hersteller empfohlene Mindestschichtdicke des Kernmaterials beträgt 0,8 mm. Bei Brückenkonstruktionen sollten die Verbinder einen Mindest- querschnitt von 16 mm2 aufweisen, wobei eine Abmessung von 4 mm x 4 mm angestrebt werden sollte [46].
Material- bestandteile
Zusammensetzung des Empress-2-Kernmaterials
(Lithiumdisilikat-Glas- keramik)
in ma.-%
Zusammensetzung der Empress-2-Verblend-
keramik
(Fluorapatit-Glaskeramik) in ma.-%
SiO2 57 - 80 45 - 70
Al2O3 0 - 5 5 - 22
K2O 0 - 13 3 - 9
La2O3 0,1 - 6 0
Li2O 11 - 19 0
MgO 0 - 5 0
P2O5 0 - 11 0,5 - 6,5
ZnO 0 - 8 0 - 8
F 0 0,1 - 2,5
Na2O 0 4 - 13
Zusätze 0 - 6 < 10 *
Farbsubstanzen 0 - 8 0
(* z.B.: B2O3, La2O3, Ba2O, MgO, ZnO, SrO, TiO2, ZrO2, CeO2)
Tab. 1 a: Zusammensetzungen des Empress-2-Kernmaterials und der Empress 2-Verblendkeramik in Masse-% [47]
Dreipunkt-Biegefestigkeit nach ISO 6872 (350 ± 50) MPa Bruchzähigkeit, einseitig eingekerbte Probe (3,2 ± 0,3) MPa m1/2
E-Modul (96) GPa
Löslichkeit < 100 µg/cm2
Tab. 1 b: Physikalische Eigenschaften des Empress-2-Kernmaterials (Lithiumdisilikat-Glaskeramik)[47]
1.5
Aluminiumoxidkeramik
Ein häufig in Studien untersuchtes Vollkeramiksystem ist In-Ceram Alumina (Vita, Bad Säckingen), eine glasinfiltrierte Aluminiumoxidkeramik [49]. Hierbei wird ein Grundgerüst aus porösem Aluminiumoxid im Originalmaßstab herge- stellt und anschließend mit Lanthanglas infiltriert. Es entsteht ein Verbundwerk- stoff aus Aluminiumoxidpartikeln und einer Glasmatrix in deren Zwischenräu- men. Die Kombination von Kristalliten und keramischer Glasmatrix ist eine gängige Methode zur Gefügeverstärkung. Durch die Kristallite werden soge- nannte Misfit-Spannungen erzielt, die einen Riss ablenken und damit den Riss- weg verlängern und den Rissfortschritt erschweren [30, 58, 71].
Diese Keramik wurde in zahlreichen klinischen Studien daraufhin untersucht, ob sie für Brückenkonstruktionen im Front- und Seitenzahnbereich geeignet ist.
Dabei wurde für In-Ceram-Alumina-Brücken eine eingeschränkte Empfehlung für den Einsatz im Seitenzahnbereich abgeben, wohingegen der Einsatz im Frontzahnbereich möglich ist [7, 108, 122].
Ein weiteres Vollkeramiksystem auf der Basis einer Aluminiumoxidkeramik ist Procera-AllCeram (Procera, Nobel Biocare, Göteborg/Schweden). Bei diesem Verfahren wird hochreines Aluminiumoxidpulver durch kalt-isostatisches Pres- sen auf einem vergrößerten Stumpfmodell verdichtet. Nachfolgend wird der ent- standene Grünling CNC-gesteuert nachbearbeitet und anschließend dichtge- sintert [64, 98]. Aus diesem Keramikmaterial können Einzelkronen und drei- gliedrige Brücken für den Front- und Seitenzahnbereich hergestellt werden. Bei der Anfertigung von Brücken werden die Einzelteile (Brückenanker und Brückenglieder) nach der Einzelherstellung mittels Sinterungsbrand zusam- mengefügt. Die Fügespalten müssen mit der Verblendkeramik vollständig be- deckt werden [32].
1.6
Zirkoniumdioxid-Keramik (ZrO
2)
Als Rohstoff für verschiedene medizinische Konstruktionen kommt Zirkon (ZrSiO4) zur Anwendung. Reines Zirkoniumdioxid kann temperaturabhängig in verschiedenen Kristallstrukturen vorliegen. Unterhalb des Schmelzpunktes von 2680 °C weist Zirkoniumdioxid ein kubisches Kristallgitter auf. Bei weiterer Abkühlung wandelt es sich ab 2370 °C zunächst in die tetragonale Modifikation um, die bis zu einer Temperatur von 1170 °C stabil ist. Ab 1170 °C bis Raum- temperatur liegt dann eine monokline Kristallstruktur vor (Tab. 2).
Bei der Modifikationsumwandlung von der tetragonalen in die monokline Kris- tallstruktur kommt es zu einer Volumenveränderung von 3 % bis 5 %. Daher ist reines Zirkoniumdioxid nicht für die Herstellung rissfreier und dichter Keramik- konstruktionen geeignet [97]. Mit dem TZP (tetragonal zirconia polycrystal) wurde ein neuer Werkstofftyp entwickelt, indem durch den Einbau von Fremd- oxiden (sog. Stabilisatoren) in das Kristallgitter eine Teilstabilisierung der tetra- gonalen Modifikation bis auf Raumtemperatur erreicht wurde. Die volumen- verändernde Umwandlung in die monokline Kristallstruktur unterbleibt somit zunächst [67]. Als Stabilisator wird Yttriumoxid (Y2O3) verwendet. Die so ge- wonnene Keramik zeichnet sich durch ein extrem reines Gefüge aus feinkörni- gen Kristalliten (<1 µm) aus metastabilem tetragonalen Zirkoniumdioxid aus und hat eine hohe Festigkeit.
Temperatur 2680 °C bis 2370 °C bis 1170 °C Raumtemperatur Kristallstruktur Schmelzpunkt kubisch tetragonal monoklin
Tabelle 2: Kristallstrukturen des reinen Zirkoniumdioxids in Abhängigkeit von der Temperatur
Bei dem mit Yttriumoxid teilstabilisierten Zirkoniumdioxid (Y-TZP= Yttria- stabilized Tetragonal Zirconia Polycristals) wird zur Steigerung der Risszähig- keit ein Phänomen ausgenutzt, das als Umwandlungsverstärkung bezeichnet wird. Dabei wandelt sich die teilstabilisierte tetragonale Modifikation des
Zirkoniumdioxids (Y-TZP) unter Spannung in seine stabile monokline Modifika- tion um. Diese Umwandlung ist martensitisch und läuft spontan ab. Die mit der Umwandlung verbundene Volumenausdehnung des Teilchens erzeugt an der Rissspitze eine Druckspannung, die dort der von außen wirkenden Belastung entgegenwirkt und den ankommenden Riss wirksam schließt [16, 20]. Hoch- entwickelte Herstellungsmethoden haben die Nutzung des teilstabilisierten Zirkoniumdioxids für Zahnrestaurationen möglich gemacht. Bei den ersten Systemen, die mit Zirkoniumdioxid arbeiteten, wurden die Kronen aus dichtge- sinterten Keramikblöcken herausgefräst, eine aufgrund der hohen Materialfes- tigkeit zeitaufwändige und kostenintensive Herstellungsart. Wegen der extre- men Festigkeitswerte des gesinterten Zirkoniumdioxids erschien die Bearbei- tung des Materials in diesem Zustand als wenig sinnvoll. Im Unterschied dazu versprach die Bearbeitung von lediglich vorgesintertem Zirkoniumdioxid im so genannten Weißzustand einen effektiveren Herstellungsprozess. Die kreideähn- liche Konsistenz des Weißlings ermöglicht eine zügige Bearbeitung bei langen Werkzeugstandzeiten. In neuester Zeit sind die Herstellungsverfahren von vorgesinterten Weißlingen derart verfeinert worden, dass es möglich ist, ein Gerüst vergrößert auszufräsen und danach in einem Hochtemperaturofen zu sintern. Die Sinterschrumpfung des Rohlings kann abhängig von der Charge genau vorhergesagt werden und durch einen Strichcode am Weißling in die Fräsmaschine eingelesen werden und beim Fräsen berücksichtigt werden, so dass eine passgenaue Restauration entsteht.
1.7
Biokompatibilität
Zwischen Kronenrestauration und Schleimhaut entstehen oft flächige Kontakt- bereiche. Für diesen Dauerkontakt ist eine vollkeramische Kronenversorgung vorteilhafter als eine Metallkeramikkrone, da keine Grenzfläche zwischen unter- schiedlichen Materialien vorliegt und allergische Reaktionen bei diesem inerten Material nahezu ausgeschlossen sind [100, 109, 98].
1.8
Korrosionseinfluss auf Oberflächendefekte in Keramiken
Unter Korrosion versteht man die Reaktion eines Werkstoffs mit seiner Umge- bung, die eine messbare Schädigung des Werkstoffs zur Folge hat. Die neues- ten Definitionen unterscheiden dabei die Korrosion von metallischen und kera- mischen Werkstoffen. In Bezug auf metallische Legierungen wird Korrosion als die physikochemische Wechselwirkung zwischen einem metallischen Werkstoff und seiner Umgebung erklärt [18]. In Bezug auf keramische Werkstoffe wird Korrosion als der Materialabtrag durch chemischen Angriff auf einen Keramik- körper durch ein ihn umgebendes Medium beschrieben [19].Keramische Werkstoffe sind hinsichtlich ihrer Korrosionsresistenz anderen Werkstoffgruppen im Allgemeinen überlegen. Im wässrigen Milieu beginnt der korrosive Angriff hauptsächlich an den Korngrenzen, weil dort die Bindung zwischen den Atomen am schwächsten ist [132].
Die korrosive Wirkung von Wasser spielt auch beim Wachstum von Rissen eine wichtige Rolle. Wenn kleinste Gefügefehler in Keramiken, wie z.B. Inhomo- genitäten, Poren, Risse oder Einschlüsse, in Kontakt mit einer wässrigen Kom- ponete treten, können an diesen Stellen durch Korrosion Ausgangspunkte für das Versagen keramischer Restaurationen entstehen. An diesen Fehlstellen wird durch Anlagerung und Wechselwirkung von Wassermolekülen die für das Risswachstum notwendige Energie herabgesetzt. Die Einwirkungen der zykli- schen Kaubelastungen und des korrosiven Mundmilieus führen an diesen Fehl- stellen zu weiterem Risswachstum. Man bezeichnet dies auch als Spannungs- risskorrosion [68, 91, 127, 129]. So kann nach einer bestimmten Tragedauer die Festigkeit einer keramischen Restauration so weit vermindert sein, dass diese sogar bei einer normalen Belastung versagt [114].
Die Anwesenheit von Wasser kann die Festigkeit von Gläsern reduzieren. Die Dentalkeramiken, die man als Glaskeramiken bezeichnet, enthalten eine Glas- matrix. Glaskeramiken sind ebenfalls anfällig gegenüber Risswachstum, das durch Feuchtigkeitseinwirkung mit der Zeit verstärkt wird. Das langsame Riss- wachstum, hervorgerufen durch die Reaktion von Wasser und Glasmatrix in der Rissspitze, kann schließlich zu einem zeitlich verzögerten Bruch der Glaskera-
mikrestauration führen und muss bei entsprechenden Festigkeits- untersuchungen berücksichtigt werden.
1.9
Testbedingungen zur Simulation intraoraler Verhältnisse
Materialien für Zahnersatz unterliegen in der Mundhöhle neben den korrosiven Einflüssen des Mundmilieus auch den Beanspruchungen beim Kauvorgang. Es ist bekannt, dass ständig sich wiederholende Belastungen zur Zerstörung einer Konstruktion führen können. Bei keramischen Materialien unterscheidet man eine Anfangs- bzw. statische Festigkeit und eine Dauerfestigkeit. Die Anfangs- festigkeit wird direkt nach der Herstellung ohne jegliche Art von Alterung ge- messen. Bei Keramiken ist die Dauerfestigkeit klinisch wesentlich relevanter als die üblicherweise gemessene Anfangsfestigkeit, weil die sich ständig wiederho- lenden Belastungen beim Kauvorgang zu einer Verminderung der Festigkeit führen können. In verschiedenen In-vitro-Studien wurde beobachtet, dass die Bruchfestigkeitswerte von Keramiken nach Dauerschwellbeanspruchung niedri- ger ausfielen als nach statischer Belastung [26, 34, 103]. Die zahnärztlichen Restaurationen in der Mundhöhle sind auch einer Dauerschwellbeanspruchung von Null bis zu einer Obergrenze ausgesetzt, hierbei ist die tatsächliche Größe der Last je nach Kautätigkeit unterschiedlich. Um abzuschätzen, ob ein Werk- stoff für den Einsatz im Front- oder Seitenzahnbereich geeignet wäre, ist neben dem statischen Belastungstest somit eine Simulation der Kaubelastungen und des Mundmilieus über einen möglichst langen Zeitraum sinnvoll.Auch die Langzeitlagerung in Wasser und thermische Wechsellast sind aner- kannte Methoden, um Alterungsprozesse und intraorale Belastungen nachzu- ahmen. Einige Studien, die Thermocycling und/oder Langzeitlagerung in Was- ser anwandten, konnten signifikante Unterschiede zwischen gealterten und nicht gealterten Probekörpern aus Vollkeramik feststellen.
Fechtig [26] untersuchte vollkeramische Adhäsivbrücken nach Simulation mundähnlicher Verhältnisse und beobachtete eine Abnahme der Brückenstabili- tät infolge Wasserlagerung und Thermocycling in vitro.
Geis-Gerstorfer et al. [33] untersuchten IPS-Empress- und In-Ceram- Probekörper, die sechs Monate lang in 37 °C temperiertem destillierten Wasser
lagerten, um Anzeichen für Spannungsrisskorrosion zu ermitteln. Von der stati- schen Ermüdung einer Keramik wird generell angenommen, dass sie einer spannungsabhängigen chemischen Reaktion zwischen Wasserdampf und Oberflächendefekten im Material zuzuordnen ist. Als Folge davon wird ein von Defekten ausgehendes Risswachstum verursacht, das eine kritische Größe erreichen kann, so dass es zum spontanen Bruch kommt, ohne die Probe maximal belastet zu haben [48].
Diese erhöhte Anfälligkeit gegenüber Spannungsrisskorrosion könnte das Resultat einer erhöhten Hydroxyionenkonzentration (von der chemischen Reaktion zwischen Wasser und Glas) in den Rissspitzen sein [33]. Wiederhorn konnte zeigen, dass die Rissgeschwindigkeit mit zunehmender Hydroxyionenkonzentration zunimmt [128].
1.10
Kaukräfte
Es gibt zahlreiche Untersuchungen über Kaukraftmessungen. Ludwig unter- suchte mit induktiven Kaukraftnehmern die Absolutkraft des Kauorgans. Dabei schwankten die Kraftwerte im distalen Molarenbereich zwischen 441 N und 736 N (bei unilateraler punktförmiger Krafteinleitung an vitalen Zähnen). An marktoten Zähnen wurden Höchstbelastungswerte von 834 N-1080 N gemes- sen [63]. Dagegen gibt Gerlach [37] nach seinen Messungen im vollbezahnten natürlichen Gebiss für den Frontzahnbereich nur Belastungswerte zwischen 80 N und 310 N an. Im Molarenbereich liegen die Belastungswerte mit 250 N bis 649 N hingegen deutlich höher. Im Seitenzahnbereich nehmen die Kaufkräf- te nach posterior zu, womit auch die funktionellen Anforderungen an Seiten- zahnbrücken im Vergleich zu Frontzahnbrücken steigen. Schwickerath fordert unter Berücksichtigung der möglichen Kaukräfte in der Mundhöhle für Front- zahnersatz direkt nach der Herstellung eine Belastbarkeit von mindestens 400 N und für Seitenzahnersatz mindestens 600 N [103].
Körber und Ludwig ermittelten in einer Literaturrecherche eine „mittlere maxi- male Kaukraft“ von etwa 300 N [55]. Tinschert et al. fordern einen Sicherheits- aufschlag von 200 N auf diesen Wert. Da Materialermüdung und unterkritisches Risswachstum zu einer Verringerung der Festigkeit in Keramiken führen, sollten
nach Tinschert et al. [115] vollkeramische Restaurationen eine Anfangsbelast- barkeit von 1000 N erreichen.
1.11
Bruchgefährdete Bereiche einer Brückenrestauration
Bei Belastungsuntersuchungen an Brücken, die mit beweglichen Pfeilerzähnen durchgeführt werden, bilden sich im Verbindungsbereich zwischen Pfeiler und Zwischenglied neben starken Biegemomenten auch Scherspannungen aus, die bei einer starren Lagerung der Ankerzähne nur in abgeschwächter Form auftre- ten.Naheliegend ist der Gedanke, besonders bruchgefährdete Zonen einer kera- mischen Restauration, z.B. den Übergang zwischen Ankerkrone und Zwischen- glied einer Brücke, voluminöser zu gestalten [122]. Dieses bedeutet aber nur unter gewissen Bedingungen eine Steigerung der Belastbarkeit. Voraussetzung dafür ist auf jeden Fall, dass sich die Volumenzunahme im Sinne der Span- nungsreduktion in diesem Übergang auswirkt. Wäre die Volumenzunahme in ihrer Geometrie so beschaffen, dass sich nur eine geringfügige Spannungsre- duktion ergibt, so könnte durch den folgenden Effekt die Volumenzunahme sogar eine Verringerung der Belastbarkeit bewirken. Nach Tinschert et al. [112]
nimmt nämlich die statische Festigkeit spröder Materialien im Prinzip mit zu- nehmendem Volumen ab und zwar um so stärker, je kleiner der Weibull-Modul m ist, denn mit zunehmender Bauteilgröße steigt die Wahrscheinlichkeit, an kritischen Stellen Fehlerstellen in die Keramik einzubringen, die wiederum Ausgangspunkte für Risse sein können.
1.12
Übersicht über bisherige Untersuchungen an vollkeramischen Brückenkonstruktionen
1.12.1 In-vitro-UntersuchungenIn der Literatur zu vollkeramischen Zahnersatzmaterialien werden sowohl expe- rimentelle als auch klinische Untersuchungen beschrieben. In den In-vitro- Studien befassten sich die Autoren hauptsächlich mit der Untersuchung der physikalischen Eigenschaften vollkeramischer Materialien, um davon die Indika- tionsgebiete ableiten zu können. In Laborversuchen wurden physikalische Eigenschaften wie Bruchfestigkeit, Bruchzähigkeit, Biegefestigkeit und Elasti- zitätsmodul untersucht. In ersten Versuchen an dreigliedrigen Brücken aus konventioneller Vollkeramik wurden Bruchlasten zwischen 200 N und 400 N erzielt [5, 13, 22, 61, 103] . Demgegenüber konnte Baum [5] bei einer Untersu- chung an dreigliedrigen Brücken aus der damals neu entwickelten Infiltrations- keramik In-Ceram eine Steigerung der Belastbarkeit um mehr als das Dreifache feststellen. In der Untersuchung von Baum wurden die Brücken auf einem starren Prüfmodell statisch bis zum Bruch belastet. Kappert et al. konnten zeigen, dass die Bruchfestigkeit einer vollkeramischen Brückenkonstruktion von der Beweglichkeit der Pfeilerzähne abhängig ist. Es wurden bei starrer Lage- rung dreigliedriger In-Ceram-Brücken Bruchlasten von 2225 N gemessen, während bei resilienter Lagerung nur Bruchlasten von 910 N erreicht wurden [50]. Die Autoren simulierten die physiologische Pfeilerresilienz durch Umman- telung der Wurzelanteile der Metallpfeilerzähne mit elastischen Gummiringen und Einbettung in PMMA-Kunststoff. Kappert et al. untersuchten außerdem das Festigkeitsverhalten verblendeter In-Ceram-Brücken bei mechanischer und thermischer Wechsellast im Kunstspeichel mit 10.000 Belastungszyklen zwi- schen 5 °C, 37 °C und 55 °C. Dabei reduzierte sich die Festigkeit um 10-15 %.
Die mechanische Wechselbelastung erfolgte für 105 Zyklen bei 0,3 Hz mit
„submaximaler“ Belastung von 50 N bis 100 N.
In Ihren Untersuchungen an dreigliedrigen Brücken aus In-Ceram mit starrer und resilienter Pfeilerlagerung erhielten Scharnagl [99] und Grebe [39] eben- falls deutlich niedrigere Bruchlasten für die Brücken mit resilienter Lagerung.
Die Ergebnisse der Untersuchung von Scharnagl [99] zeigten Bruchlasten von 848 N für die starr gelagerten Brücken und 334 N für die resilient gelagerten Brücken. Grebe [39] erzielte in seiner Untersuchung Bruchlasten von 1286 N für die Brücken bei starrer Lagerung und 899 N bei beweglicher Pfeilerlagerung.
Pauli [79] griff den Versuchsaufbau von Kappert et al. [50] wieder auf. Er unter- zog die dreigliedrigen In-Ceram-Brücken aber einer künstlichen Alterung durch Lagerung im Kunstspeichel und Thermocycling. Die künstlich gealterten Brücken erlangten bei starrer Lagerung Bruchlasten von 1276 N und bei resilienter Lagerung 930 N [79] Tinschert et al. [119] untersuchten dreigliedrige Brücken zum Ersatz des Zahnes 16 aus In-Ceram-Alumina, IPS-Empress und Zirkoniumdioxid, hergestellt nach dem DCS-System (DCS Production AG, Allschwil/ Schweiz), auf ihre statische Belastbarkeit. Bei starrer Lagerung und konventioneller Zementierung erreichten die Brücken aus In-Ceram Alumina mittlere Bruchlasten von 827 N, die IPS-Empress-Brücken erreichten 481 N und die Zirkoniumdioxidbrücken 2289 N. Unter der Annahme, dass eine Anfangsbe- lastbarkeit von 1000 N für Brücken im Seitenzahnbereich hinreichend hoch ist, erschien es den Autoren möglich, dreigliedrige Seitenzahnbrücken aus Zirkoni- umdioxid einzusetzen, wohingegen die Festigkeitseigenschaften der Keramiken In-Ceram-Alumina und IPS-Empress für diesen Verwendungszweck nicht aus- reichen.
In einer weiteren Studie von Tinschert et al. wurden bei gleichem Versuchsauf- bau drei andere Vollkeramiksysteme untersucht: IPS-Empress 2, In-Ceram- Zirkonia und DC-Zirkon. Bei dieser Untersuchung wurden mittlere Bruchlasten von 1332 N für Brücken aus Empress 2, 1692 N für Brücken aus In-Ceram- Zirkonia und 2289 N für Brücken aus DC-Zirkon ermittelt. Bei diesen Voll- keramiksystemen besteht nach Aussage der Autoren genügend hohe Festigkeit für den Einsatz von Brücken im Seitenzahnbereich. Bei Empress 2 wurde je- doch auf den vom Hersteller empfohlenen Indikationsbereich (bis zum zweiten Prämolaren) verwiesen [117].
Lüthy et al. [65] führten an unverblendeten viergliedrigen Brückengerüsten aus Empress 2, In-Ceram Zirconia und der Zirkoniumdioxidkeramik Cercon Bruch- belastungstests durch. Die Brückengerüste wurden mit einer Konnektorstärke von 7,3 mm2 ausgestattet. Die Brücken wurden nicht auf die resilient gelagerten
Pfeilerstümpfe zementiert. Die Empress 2-Brückengerüste erreichten hierbei mittlere Bruchlasten von 282 N, die In-Ceram Zirconia-Brückengerüste lagen dagegen mit 518 N deutlich höher und die Cercon-Brückengerüste erreichten mit 755 N die höchste mittlere Bruchlasten in dieser Untersuchung. Die Autoren kamen zu dem Ergebnis, dass weder Empress 2 noch In-Ceram Zirconia für den Einsatz viergliedriger Brücken geeignet ist. Cercon hingegen hat bei stati- scher Belastung bis 880 N eine 97 %-ige Überlebenswahrscheinlichkeit.
Tinschert et al. [119] untersuchten drei-, vier- und fünfgliedrige unverblendete und verblendete Brücken aus Empress 2, In-Ceram Zirconia und DC-Zirkon auf einem starren Modell. Für die dreigliedrigen verblendeten Brücken aus Empress 2 erhielten sie Bruchlasten von 1332 N, aus In-Ceram-Zirconia 1692 N und aus DC-Zirkon 2289 N. Die verblendeten viergliedrigen Brücken aus DC- Zirkon erlangten mittlere Bruchlastwerte von 1607 N und die fünfgliedrigen Brücken aus DC-Zirkon erreichten 1262 N.
1.12.2 Klinische Langzeiterfahrungen
Das konventionelle Zementieren vollkeramischer Kronen mit einem Hartkern- gerüst ist für den Front- und Seitenzahnbereich wissenschaftlich aner- kannt [85].
Von Steyern [122] untersuchte in vivo 20 konventionell zementierte drei- gliedrige Seitenzahnbrücken aus der glasinfiltrierten Vollkeramik In-Ceram (Vita, Bad Säckingen) über einen Beobachtungszeitraum von fünf Jahren. Zwei der Brücken frakturierten. Außerdem untersuchten von Steyern et al. [123]
zwanzig konventionell zementierte drei- bis fünfgliedrige Brücken aus der Voll- keramik DC-Zirkon (DCS Dental AG, Allschwil, Schweiz) über einen Zeitraum von zwei Jahren. Drei der Brücken zeigten Bruchstellen.
In einer prospektiven klinischen Langzeitstudie untersuchten Bornemann et al.
[8] konventionell zementierte drei- und viergliedrige Seitenzahnbrücken aus der Zirkoniumdioxidkeramik Cercon (Degudent, Hanau) über einen Zeitraum von zwei Jahren. Von 73 Brücken zeigten zwei Brücken Frakturen in der Verblend- keramik. Die Gerüstkeramiken zeigten keine Frakturen. Rinke [90] untersuchte
26 konventionell zementierte vollkeramische Extensionsbrücken aus Cercon über einen Zeitraum von 1022 (± 224) Tagen. Es traten keine Gerüstfrakturen auf. An einer Brückenkonstruktion gab es eine geringe Abplatzung an der Ver- blendkeramik. Sturzenegger et al. [111] untersuchten dreigliedrige voll- keramische Seitenzahnbrücken, die nach dem DCM-System hergestellt wurden. Nach einem Jahr Tragezeit wurden keine Frakturen an Verblendung und Gerüstkeramik festgestellt. Tinschert et al. [116] untersuchten drei- und mehrgliedrige Brücken im Front- und Seitenzahnbereich mit einem Gerüst aus der Zirkoniumdioxidkeramik DC-Zirkon über einen mittleren Zeitraum von ca. drei Jahren. Die Frontzahnbrücken wurden adhäsiv und die Seitenzahn- brücken konventionell zementiert. Es wurden keine Frakturen der Gerüst- keramik festgestellt. Es traten in vier von 65 Fällen Abplatzungen der Verblend- keramik an den Seitenzahnbrücken auf.
Brauner [9] untersuchte in einer klinischen Studie dreigliedrige Front- und Sei- tenzahnbrücken aus Empress 2 über einen Zeitraum von 43 Monaten. Bei den Brücken, die außerhalb des empfohlenen Indikationsbereiches lagen, sich also weiter als bis zum ersten Prämolaren nach distal erstreckten oder mehr als dreigliedrig waren, stellte sich eine Verlustquote von 36 % ein. Bei den Brücken, die innerhalb des Indikationsbereiches lagen, traten keine Frakturen auf.
1.13
Anforderungen an vollkeramische Brücken
Die Diskussion um die Biokompatibilität von Kronen und Brücken mit Metall- gerüst und von Füllungen aus Amalgam bzw. Kunststoffen hat zu einer inten- siven Forschung in Bezug auf Alternativen geführt. Ästhetische Restaurationen aus biokompatibler Keramik sind eine sehr wichtige Entwicklung für den adäquaten Ersatz verlorengegangener Zahnhartsubstanz. Vollkeramische Materialien müssen für den Einsatz in der Mundhöhle über entsprechend hohe mechanische Stabilität verfügen, die auch unter den korrosiven Bedingungen des Mundmilieus Bestand hat. Die vollkeramischen Materialien sollten über genügend Festigkeit verfügen, so dass eine konventionelle Befestigung im Munde möglich ist.
Neben der Dauerfestigkeit und den ästhetischen Aspekten müssen voll- keramische Restaurationen eine gute Passgenauigkeit aufweisen. Daneben ist eine leichte Verarbeitbarkeit im zahntechnischen Labor wünschenswert.
Der wichtigste Aspekt bei der Beurteilung von Restaurationen aus neuen Voll- keramiken ist jedoch die Frage nach der Langzeitstabilität, die ganz wesentlich von den Faktoren des unterkritischen Risswachstums und der Spannungsriss- korrosion bestimmt wird.
2 Problemstellung
Bisher konnte in In-vitro-Studien gezeigt werden, dass das Indikationsspektrum für Restaurationen, die Zirkoniumdioxid als Gerüstwerkstoff verwenden, auf- grund der hohen Bruchfestigkeit auf dreigliedrige Brücken im Seitenzahnbereich erweitert werden kann [28, 94]. In-vitro-Studien, in denen die Bruchlast vier- gliedriger Seitenzahnbrücken aus Vollkeramik in repräsentativer Anzahl unter- sucht wurden, liegen in der Literatur bisher nicht vor.
In dieser In-vitro-Studie sollen viergliedrige Seitenzahnbrücken aus zwei ver- schiedenen Vollkeramiksystemen auf ihre Bruchfestigkeit untersucht werden.
Als Vertreter eines konventionellen Vollkeramiksystems wird das am Markt etablierte System Empress 2 der Firma Ivoclar (Schaan/FL) betrachtet. Als Vertreter einer Hochleistungskeramik auf Zirkoniumdioxidbasis wird das Lava- Vollkeramiksystem der Firma 3M Espe (Seefeld) verwendet.
Es soll außerdem der Einfluss einer definierten mechanischen Vorschädigung am Brückengerüst, sowie die künstliche Alterung durch Wasserlagerung und thermomechanische Wechselbelastung auf die Bruchfestigkeit analysiert wer- den.
Mit den ermittelten Ergebnissen hinsichtlich der Bruchlasten soll versucht werden, eine Aussage über den Einsatz viergliedriger Brücken aus Zirkonium- dioxid im Seitenzahnbereich abzuleiten.
Aus den Ergebnissen der Kombination von künstlichen Alterung und definierter mechanische Vorschädigung soll versucht werden, Rückschlüsse auf die Aus- wirkung eines Bearbeitungsfehlers bei der Herstellung der Restaurationen zu ziehen.
3 Material und Methode
3.1Übersicht
In dieser In-vitro-Studie sollten viergliedrige Seitenzahnbrücken aus zwei ver- schiedenen Vollkeramiken auf ihre Bruchlast hin untersucht werden. Außerdem sollte der Einfluss einer definierten mechanischen Vorschädigung am Brücken- gerüst sowie der Einfluss einer künstlichen Alterung mittels Wasserlagerung und thermomechanischer Wechselbelastung auf die Bruchlastwerte analysiert werden.
Der Studienverlauf ist in der Abbildung 1 schematisch dargestellt. Ein Ober- kiefermodell aus Kunststoff diente als Urmodell (Frasaco-Modell A-3T OK 119).
Von diesem Urmodell wurden 60 partielle Abformungen mit individuellen Löffeln genommen. Davon wurden 40 Abformungen zur Herstellung von Pindex- Sägemodellen für die Modellation der Empress 2-Brückengerüste verwendet.
20 Abformungen dienten zur Erstellung der Modelle für die 40 Brückengerüste aus Lava. Es wurden von jedem der beiden Vollkeramiksysteme 40 vier- gliedrige Brückengerüste auf den Pfeilerzähnen 24 und 27 hergestellt. Die Brückengerüste jedes Vollkeramiksystems wurden nach ihrer Herstellung randomisiert auf vier Gruppen zu jeweils zehn Stück verteilt. An jeweils 20 Brückengerüsten beider Materialien wurde vor dem Verblenden eine definierte mechanische Vorschädigung durch einen 30 µm tiefen und 180 µm breiten Ritz basal zwischen den Brückengliedern 25 und 26 vorgenommen. Alle Gerüste wurden mit den systemeigenen Verblendkeramiken verblendet. Die fertigen Brücken wurden mit einem Glasionomerzement auf resilient gelagerte Kunst- stoffstümpfe zementiert, sodass jede zementierte Brücke ein einzelnes Prüfmo- dell darstellte. Die vier Gruppen unterschieden sich in der Vorschädigung und der künstlichen Alterung auf folgende Weise:
Gruppe A: Je zehn Brücken pro Material blieben ohne definierte Vor- schädigung, ohne thermomechanische Wechselbelastung und ohne Wasser- lagerung. Diese dienten als Kontrollgruppen und wurden direkt nach der Her- stellung bis zum Bruch belastet.
Gruppe B: Je zehn Brücken pro Material mit definierter Vorschädigung aber ohne thermomechanische Wechselbelastung und ohne Wasserlagerung wurden bis zum Bruch belastet.
Gruppe C: Je zehn Brücken pro Material blieben ohne definierte Vor- schädigung wurden aber thermisch (20.000 Zyklen 5 °C/55 °C) und mechanisch wechselbelastet (106 Zyklen mit einer Schwellast von 100 N) sowie 220 Tage in 36 °C temperiertem Wasser gelagert. Danach erfolgte die Belastung bis zum Bruch.
Gruppe D: Je zehn Brücken pro Material wurden definiert vorgeschädigt, thermisch (20.000 Zyklen 5 °C/55 °C) und mechanisch (106 Zyklen mit einer Schwellast von 100 N)wechselbelastet, sowie 220 Tage in 36 °C temperiertem Wasser gelagert. Danach erfolgte die Belastung bis zum Bruch.
Alle Brücken wurden in einer Universalprüfmaschine (Typ 20K, Fa. UTS-Test- systeme, Ulm) bis zum Bruch belastet. Die Ergebnisse wurden mit Hilfe des Programms SPSS- 11 für Windows statistisch ausgewertet.
Abb. 1:Schema Studienverlauf
Modellherstellung 20 ungesägte Modelle für Lava Brücken
Modellherstellung 40 Sägemodelle für
Empress 2-Brücken 60 Abformungen Urmodell
Herstellung von Brückengerüsten aus Empress 2 (n=40)
Definierte mechanische Vorschädigung (n=20) ohne Vorschädigung
(n=20)
Definierte mechanische Vorschädigung (n=20) Verblendung und Zementierung der Brückengerüste (n=40)
Gr.A ohne Vorschädi- gung (n=10)
Gr.A ohne Vorschädi- gung (n=10)
Gr.D mit Vorschädi- gung (n=10) Gr.C ohne
Vorschädi- gung (n=10) Gr.B mit
Vorschädi- gung (n=10) Gr.D mit
Vorschädi- gung (n=10) Gr.C ohne
Vorschädi- gung (n=10) Gr.B mit
Vorschädi- gung (n=10)
Mechan.- u. therm.
Wechselbelastung, 220 Tage Wasser- lagerung 36°C
Bruchbelastungstest
Verblendung und Zementierung der Brückengerüste (n=40) ohne Vorschädigung
(n=20)
Herstellung von Brückengerüsten aus Lava (n=40)
Mechan.- und therm.
Wechselbelastung, 220 Tage Wasser- lagerung 36°C
Bruchbelastungstest
3.2
Urmodell
Als Urmodell diente ein Oberkiefermodell aus Kunststoff (A-3T OK 119, Fa. Frasaco, Tettnang). Die Zähne 24 und 27 wurden als Brückenpfeiler ausgewählt und durch eine zirkuläre Hohlkehlpräparation für die Aufnahme einer viergliedrigen Vollkera- mikbrücke vorbereitet (Abb.2 a+b). Unter Beachtung einer gemeinsamen Einschub- richtung wurden die Pfeilerzähne an der zahnärztlichen Einheit mit dem roten Win- kelstück unter Wasserkühlung präpariert. Als Präparationsinstrumente wurden dia- mantierte Schleifkörper mit abgerundeten Kanten verwendet. Es wurde eine 1,0 mm breite zirkuläre Hohlkehle angelegt und okklusal wurden die Zähne um 1,5 mm redu- ziert. Die okklusalen Kanten wurden mit einem Arkansasstein abgerundet.
Abb. 2a: Urmodell von okklusal Abb. 2b:Urmodell von bukkal
3.3
Fertigung der Meistermodelle für die Herstellung der Brückengerüste
3.3.1 Herstellung der individuellen Löffel
Das Urmodell wurde zunächst mit zwei Schichten rosa Plattenwachs der Stärke 1,25 mm an der abzuformenden Stelle ausgeblockt (Tab. 3). An fünf Stellen wurden quadratische Aussparungen mit der Kantenlänge 3 mm in das Wachs geschnitten.
Diese ergaben später die sogenannten Stops. Diese Stops dienten dazu, bei der Abformung ein Durchdrücken der Abformmasse zu verhindern und eine gleichmäßi-
ge Materialstärke zu erzielen. Die Stops befanden sich mesial des Stumpfes 24, distal des Stumpfes 27 sowie mittig zwischen den beiden Pfeilerzähnen. Zwei Stops lagen palatinal, ca. 5 mm unterhalb des marginalen Zahnfleischsaumes. Für jede Abformung wurde ein individueller Löffel hergestellt. Um diese individuellen Löffel möglichst gleichförmig zu gestalten, wurde mittels Dublierung ein Silikonmodell des ausgeblockten Urmodells hergestellt. Auf diesem Silikonmodell wurden alle Löffel angefertigt.
Material Produktname Hersteller
Plattenwachs Omni Dent/Rodgau
Silikonmodell (A- Silikon) Panasil fast set Kettenbach/Eschenburg Löffelmaterial lichthärtend Palatray XL Heraeus Kulzer/Hanau Tab. 3: Materialien zur Löffelherstellung
3.3.2 Abformung der Stümpfe des Urmodells
Zur Abformung der Stümpfe des Urmodells wurde Polyetherabformmaterial mit indi- viduellen Löffeln verwendet (Abb. 3 a+b, Tab. 4). Die individuellen Löffel wurden 15 Minuten vor der Abformung auf der Innenseite mit Haftlack bestrichen. Das Abform- material wurde in einem Mischgerät angemischt und eine Einphasenabformung durchgeführt. Dabei wurden die Stümpfe vor dem Aufbringen des mit Abformmasse gefüllten individuellen Löffels mit dem gleichen Material umspritzt. Da die Wärme des Mundmilieus fehlte, wurde die Verweildauer auf dem Urmodell verlängert. Nach Herstellerangaben hat das verwendete Abformmaterial eine Mundverweildauer von 3,5 Minuten, bei einer Abbindezeit ab Mischbeginn von 6,0 Minuten. Nach zehn Minuten wurde die Abformung vom Urmodell abgenommen und eine Rückstellphase von zwei Stunden eingehalten, bevor die Modellherstellung erfolgte.
Es wurden 60 Abformungen vom Urmodell genommen. Jede Abformung wurde nur einmal mit Gips ausgegossen.
Abb.3 a: Abformung mit Abb.3b: Abgeformte Stümpfe individuellem Löffel
Material / Gerät Produktname Hersteller
Abformmaterial Impregum Penta H Duo soft 3M Espe/Seefeld
Haftlack Polyether Adhäsiv 3 M Espe/Seefeld
Abformmassemischgerät Pentamix 1 3 M Espe/Seefeld Tab. 4: Materialien und Geräte zur Abformung des Urmodells
3.3.3 Ausgießen der Abformungen
Nach Beendigung der zweistündigen Rückstellphase wurden die Abformungen mesi- al und distal mit Plattenwachs der Stärke 1,25 mm abgedämmt und danach unter kaltem fließenden Wasser gespült. Überschüssiges Wasser wurde mit Druckluft verblasen. Die Abformungen wurden mit einem Klasse-IV-Gips ausgegossen (Tab. 5), der nach dem vom Hersteller vorgegebenen Mischungsverhältnis mit destil- liertem Wasser angemischt wurde. Das Anmischen des Gipses erfolgte 60 Sekunden lang unter Vakuum im Mischgerät. Das Befüllen der Abformungen erfolgte auf dem Rüttler. Bis zum Entformen wurden 60 Minuten abgewartet. Die blasenfreien Meis- termodelle wurden am Trimmgerät trocken getrimmt.
Material / Gerät Produktname Hersteller
Plattenwachs Omni Dent/Rodgau
Klasse-IV-Gips Fujirock, weiß GC/Tokyo/Japan
Gipsmischgerät Vacuret Reitel/Bad Essen
Rüttler Rüttler Reitel/Bad Essen
Trimmgerät Rotronic Reitel/Bad Essen
Tab. 5: Materialien und Geräte zum Ausgießen der Abformungen
3.3.4 Vorbereitung der Meistermodelle für die Fertigung der Brückengerüste aus Lava
Das Erfassen der Stumpfgeometrie erfolgte mit Hilfe eines lichtoptischen Abtast- systems. Um ein korrektes Abtasten zu ermöglichen, erhielten die Meistermodelle (Abb. 4) eine scharfe Unterkehlung der Präparationsgrenzen. Dazu wurde ein Ro- senbohrer (ISO H71104023, Fa. Brasseler, Lemgo) verwendet. Damit die Präparati- onsgrenzen nicht beschädigt wurden, erfolgte dieser Vorgang bei zehnfacher Ver- größerung unter dem Stereomikroskop (Fa. Eschenbach, Nürnberg). Es wurden zwanzig Meistermodelle hergestellt. Auf jedem Modell wurden zwei Brückengerüste angefertigt und aufgepasst.
Abb.4: Meistermodell für die Herstellung
der Lava-Brückengerüste
3.3.5 Vorbereitung der Meistermodelle für die Fertigung der Brückengerüste aus Empress 2
Für die Modellation der Empress 2-Brückengerüste wurden Sägemodelle benötigt.
Dazu war es notwendig, die 40 Meistermodelle noch weiter zu bearbeiten. Mit einer Pinbohrmaschine (Tab. 6) wurden sechs Bohrlöcher für die Aufnahme von Pins basal in die Gipsmodelle gesetzt. Jeweils zwei Bohrungen wurden unterhalb der Zahn- stümpfe 24 und 27 sowie im Bereich zwischen den beiden Stümpfen platziert. In diese Bohrungen wurden die 11 mm langen Pins mit Sekundenkleber eingeklebt.
Nach Erhärten des Klebers wurden die Pinhülsen auf die Pins gesteckt und das Gipsmodell wurde von basal gegen Gips isoliert. Gesockelt wurden diese vorbereite- ten Modelle mit einem dünnflüssigen Klasse-IV-Sockelgips, der nach dem vom Her- steller vorgegebenen Mischungsverhältnis mit destilliertem Wasser angemischt
wurde. Das Anmischen des Gipses erfolgte 60 Sekunden lang unter Vakuum im Mischgerät. Nach Aushärten des Gipses wurden die Gipsüberschüsse am Trimmge- rät trocken abgetrimmt. Mit einer diamantierten Trennscheibe wurde jeweils ein Sägeschnitt distal des Zahnstumpfes 24 und mesial des Zahnstumpfes 27 angelegt (Abb. 5). Die Stümpfe wurden mit einer Schicht Distanzlack bestrichen, wobei die Lackierung 1 mm vor der Präparationsgrenze endete. Die Präparationsgrenze wurde mit einem Markierstift kenntlich gemacht.
Abb. 5: Sägemodell für die Herstellung der Empress 2-Brückengerüste
Material / Gerät Produktname Hersteller
Pinbohrmaschine Pindex Gerät Coltène Whaledent/USA
Pins, rund Pindex Pins Coltène Whaledent/USA
Gips-gegen-Gips-Isolierung Super-Sep Kerr/Karlsruhe
Klasse-IV-Sockelgips Suppensockler blau Shera/Lemförde
Gipsmischgerät Vacuret Reitel/Bad Essen
Trimmgerät Rotronic Reitel/Bad Essen
Trennscheibe diamantiert ISO H333C300 Horico/Berlin
Distanzlack silber Vernax-S Hager&Werken/Duisburg
Markierstift Buntstift blau Pentel/Japan
Tab. 6: Materialien und Geräte zur Meistermodellherstellung für die
Empress 2-Brücken
3.4
Herstellung der Empress 2-Brückengerüste
3.4.1 GerüstmodellationDie Gipsstümpfe des Meistermodells wurden mit Gips-gegen-Wachs-Isolierung (siehe Tab. 7) dünn bestrichen und der Überschuss wurde mit Druckluft verblasen.
Anschließend wurden die Stümpfe im Wachstauchgerät zweimal in 87 °C warmes, flüssiges Wachs getaucht. Der Wachsüberschuss wurde an der Präparationsgrenze zunächst mit einer spitzen Skalpellklinge abgeschnitten. Damit die Ankerkronen der Brücken einen guten Randschluss erhielten, wurden dann die Ränder mit der glei- chen Sorte Gusswachs mit einem elektrischen Wachsmesser unter Betrachtung durch ein Stereomikroskop bei zehnfacher Vergrößerung exakt nachmodelliert. Das Wachskäppchen wurde mit einem Tasterzirkel entgegen Herstellerangaben auf gleichmäßige Schichtstärke von 0,7 mm überprüft, um eine Vergleichbarkeit mit den Lava-Brücken zu gewährleisten. Für die Vervielfältigung der Brückenzwischenglieder wurde eine Silikonform verwendet, in die tropfenweise Modellierwachs eingebracht wurde. Mit Hilfe eines Silikonschlüssels konnten die fertiggestellten Brückenglieder immer gleichartig zwischen den Brückenankern festgewachst werden. Dabei wurde darauf geachtet, dass die Stärken der Konnektoren in bukko-palatinaler Richtung 5,0 mm und in okkluso-zervikaler Richtung 3,0 mm betrugen. An die Brückenmodel- lation wurden zwei Presskanäle aus Wachs mit einem Durchmesser von 3,0 mm und einer Länge von 8,0 mm angebracht. Es wurde ein Presskanal am Brückenglied 25 und ein zweiter am Brückenanker 27 jeweils von vestibulär angebracht (Abb. 6a). Die Brückenmodellation wurde auf den Sockelformer für die 200-g-Muffel gewachst (Abb. 6 b), anschließend wurde eine Papiermanschette mit Stabilisierungsring ange- legt.
Abb. 6 a: Modelliertes Empress 2- Abb. 6 b: Zur Einbettung angestiftete Brückengerüst auf dem Brückenmodellation auf
Meistermodell dem Sockelformer
Material/Gerät Produktname Hersteller
Gips-gegen-Wachs-Isolierung Die Lube Dentaurum/Ispringen
Wachstauchgerät Hotty II Renfert/
Tauchwachs Flexi-Dip orange Al dente/Meckenbeuren elektrisches Wachsmesser Wax-tip Degudent/Hanau
Silikon Platinum Zhermack/Rovigo/Italien
Modellierwachs grau Pro-mod VKS Al dente/Meckenbeuren Wachs für Presskanäle Sticky sticks Al dente/Meckenbeuren Tab.7: Materialien und Geräte für die Modellation der Empress 2-Brückengerüste
3.4.2 Einbettung der Gerüstmodellation
Die Einbettung erfolgte mit der systemeigenen Speed-Einbettmasse. Entgegen der Herstellerempfehlung wurde auf Grund von Erfahrungen aus Vorversuchen eine Konzentration der Anmischflüssigkeit von 40 % gewählt. Es wurden 21,5 ml speziel- ler Anmischflüssigkeit auf 32,5 ml destilliertes Wasser gegeben und mit 200 g Pulver ca. zehn Sekunden manuell durchgespatelt. Das Anmischen der Einbettmasse er- folgte drei Minuten unter Vakuum. Die Einbettmasse wurde auf einem Rüttler in die Muffel (Abb.7a+b) eingefüllt und danach für 35 Minuten ruhig stehen gelassen.
Abb.7a: Muffelzubehör Abb.7b: Brückenmodellation in der Muffel
Material/Gerät Produktname Hersteller
Einbettmasse Speed-Einbettmasse für
Empress 2 Ivoclar/Schaan/FL Spezielle Anmischflüssigkeit Spezialfluid Ivoclar/Schaan/FL
Vakuumanrührgerät Varcuret-S Reitel/Bad Essen
Rüttler Rüttler Reitel/Bad Essen
Tab. 8: Materialien und Geräte für die Einbettung der modellierten
Empress 2-Brückengerüste
3.4.3 Vorwärmen der Muffeln und Pressen der Empress 2- Brückengerüste
Die Muffel und der für das Pressen benötigte Al2O3-Kolben wurden in den auf 850 °C vorgeheizten Vorwärmofen gestellt (Tab. 9a, Abb. 8a). Nach einem 60-minütigen Vorwärmvorgang wurde der Pressvorgang eingeleitet, der im zuvor kalibrierten Pressofen (Abb. 8 b) mit den in Tabelle 9 b aufgeführten Pressparametern durchge- führt wurde. Für den Pressvorgang wurde pro Muffel ein großer Kernmasse-Rohling (siehe Tab. 9a) kalt in den Presskanal der heißen Muffel gelegt. Mit dem auf 850 °C vorgeheizten Al2O3-Kolben (Abb. 8c) wurde die beim Pressvorgang plastifizierte Keramikmasse mit definiertem Druck in den Hohlraum gepresst.
Material/Gerät Produktname Hersteller
Al2O3-Kolben Presskolben Ivoclar/Schaan/FL
Vorwärmofen M3 MIHM-Vogt/Karlsruhe
Pressofen EP 600 Ivoclar/Schaan/FL
Kernmasse Rohling Rohling für Schichttechnik 200 Ivoclar/Schaan/FL Tab.9 a: Materialien und Geräte für das Vorwärmen und Pressen der
Empress 2-Brückengerüste
Abb. 8 a: Abb. 8 b: Abb. 8 c:
Muffel und Presskolben Pressofen Muffel im Pressofen
im Vorwärmofen
Presskolben
Muffel
Bereitschaftstemperatur bei Programmstart 700 °C Aufheizrate in °C/min 60 °C Temperatur beim Pressvorgang 920 °C Haltezeit 20 min
Temperaturbereich unter Vakuum 500 °C bis 920 °C Nachpresszeit 0
Druck 5 bar
Tab. 9 b : Pressparameter
3.4.4 Ausbetten und Ausarbeiten der Empress-2-Brückengerüste
Die erkaltete Muffel wurde gemäß der Verarbeitungsanleitung ausgebettet [47]. Nach dem Ausbetten wurden die Brückengerüste zur Entfernung der Reaktionsschicht (Abb. 9a) für ca. zehn Minuten in ein Ultraschallbad mit spezieller Reini- gungsflüssigkeit (Flusssäuregehalt < 1%) gelegt. Nach Abspülen unter fließendem Wasser und Lufttrocknung wurden die Reste der Reaktionsschicht durch Sandstrah- len mit Aluminiumoxid der Korngröße 100 µm bei 1 bar Druck entfernt.
Abb.9 a: Empress 2-Brückengerüst mit Reaktionsschicht nach dem Ausbetten
Das Abtrennen der Presskanäle erfolgte zunächst mit einer diamantbeschichteten Trennscheibe bei einer Drehzahl von 20.000 min-1 unter Wasserkühlung (Abb. 9b).
Danach wurden die Trennstellen mit Karborundumsteinen ebenfalls unter Wasser- kühlung versäubert.
Vor dem Aufpassen der Brückengerüste auf die Meistermodelle (Abb. 9c) wurde der Distanzlack auf den Gipsstümpfen mit Aceton und Watte entfernt. Geringe Störstel- len wie kleine Positivbläschen oder Unebenheiten wurden mit einer roten Markie-
rungspaste aufgezeigt und unter Wasserkühlung mit einem feinen Diamanten an der Turbine (Tab. 10) entfernt.
Die Schleifvorgänge an den Brückengerüsten wurden auf das Notwendigste reduziert und stets unter Wasserkühlung („nasses Schleifen“) durchgeführt, um die für den Werkstoff schädigende Hitzeeinwirkung zu vermeiden. Die Passungskontrolle an den Kronenrändern erfolgte bei zehnfacher Vergrößerung unter dem Stereomikroskop.
Die Gerüste wurden abschließend mit 100 µm Aluminiumoxid bei 1 bar Druck sand- gestrahlt.
Material/Gerät Produktname Hersteller
Ultraschallgerät Sonorex super RK 102 H Bandelin/Berlin
Reinigungsflüssigkeit Invex Liquid Ivoclar/Schaan/FL Diamantierte Schleifscheibe ISO H350220 Horico/Berlin
Karborundumsteine Dura-Green-Steine Shofu/Ratingen
Turbine STS 890 Bien-Air/Bienne/Schweiz
Stereomikroskop Eschenbach/Nürnberg
Tab.10: Materialien und Geräte zum Ausbetten und Ausarbeiten der Empress 2-Brückengerüste
Abb. 9 b: Abb. 9 c
Abtrennen der Presskanäle Auf das Modell aufgepasstes am Empress 2-Brückengerüst Empress 2-Brückengerüst unter Wasserkühlung
3.5
Herstellung der Lava-Brückengerüste
Die Herstellung der Lava-Brückengerüste erfolgte auf speziell vorbereiteten unge- sägten Modellen aus Klasse-IV-Gips (Fujirock weiß, Fa. GC, Tokyo, Japan) bei der Firma 3M ESPE. Dort wurden pro Modell zwei Brückengerüste gefertigt (Abb. 10e).
Die Herstellung der Lava-Brückengerüste erfolgte im CAD/CAM Verfahren. Die Stümpfe und die Kieferkammanteile unterhalb der Brückenglieder wurden mehrfach und von verschiedenen Seiten lichtoptisch mit einem Weisslichtscanner (Lava Scan) detektiert und digitalisiert. Nach dem Scanvorgang erschien die Modellsituation dreidimensional auf dem Bildschirm. Die Brückengerüste wurden danach mit Hilfe der Software Lava-CAD am Computer konstruiert.
Abb. 10a: Fräseinheit (Lava Form) Abb. 10b: Bedienteil zur Fräseinheit
Die Wandstärke der Kronengerüste betrug 0,7 mm und lief zum Präparationsgren- zenbereich auf 0,3 mm zu. Die Verbinder der Lava-Brückengerüste wurden mit fol- genden Querschnitten hergestellt:
Verbinder von Pfeiler 24 / Brückenglied 25 = 12,5 mm2 (b = 5,0 mm, h= 3,1 mm) Verbinder der Brückenglieder 25 / 26 = 15,6 mm2 (b = 5,2 mm, h= 3,9 mm) Verbinder von Brückenglied 26 / Pfeiler 27 = 11,6 mm2 (b = 5,2 mm, h= 2,9 mm).
Die Lava-Brückengerüste wurden aus industriell vorgesinterten Rohlingen, den sogenannten Weißlingen, herausgefräst (Abb. 10c). Vor dem Einspannen in die Fräseinheit (Lava Form) wurde der Barcode des Rohlings eingescannt. Dieser Bar- code enthält Informationen über die spätere Sinterschrumpfung der jeweiligen Rohlingcharge. Diese Schrumpfung wird durch entsprechende Größenzugabe bei der Gerüstkonstruktion berücksichtigt, um ein passgenaues Gerüst zu erhalten.
Abb. 10c: Weißkörper während des Abb. 10d: Ausgefräste Frontzahn-
Fräsvorgangs brücke
Nach dem Fräsvorgang ist das Gerüst noch über schmale Verbindungsstege mit dem Rohling verbunden (Abb. 10d). Diese Stege wurden mit einem diamantierten Schleifkörper durchtrennt und versäubert.
Vor dem endgültigen Sintervorgang wurden die gefrästen Gerüste durch Eintauchen in spezielle Pigmentlösungen, entsprechend der vorgegeben Zahnfarbe, eingefärbt.
Der endgültige Sintervorgang, der dem Material die hohe Festigkeit verleiht, erfolgt vollautomatisch bei ca. 1350 °C im Sinterofen (Lava Therm) und dauert inklusive Aufheiz und Abkühlphase ca. 8 Stunden.
