Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung moderner Zahnrestaurationstechnologie hat sich Zirkonoxid aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften und seiner überlegenen Biokompatibilität allmählich zu einer wichtigen Wahl für Zahnrestaurationsmaterialien entwickelt.
Zirkonoxid ist ein Hochleistungskeramikwerkstoff, der nicht nur eine starke Leistung bietet, sondern auch den ästhetischen Ansprüchen der Patienten gerecht wird. Bei der Bewertung der Leistungsfähigkeit von Zirkonoxidwerkstoffen ist die Bruchzähigkeit ein wichtiger Indikator, der sich direkt auf die klinische Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Restauration auswirkt.
Was ist Bruchzähigkeit?
Die Bruchzähigkeit wird als die Fähigkeit eines Materials definiert, einem Bruch bei Vorhandensein eines Risses zu widerstehen, üblicherweise in der Einheit MPa·m1/2.
Dieser Indikator quantifiziert die Fähigkeit eines Materials, die weitere Rissausbreitung unter Belastung zu verhindern. Bei Zahnrestaurationsmaterialien bedeutet eine höhere Bruchzähigkeit eine längere Lebensdauer. In der Praxis wirkt sich die Bruchzähigkeit direkt auf die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit des Materials aus. Materialeigenschaften, Mikrostruktur, Herstellungsprozess und Oberflächenbehandlung sind wichtige Faktoren, die die Bruchzähigkeit beeinflussen.
Bruchzähigkeit von Zirkonoxid
Zirkonoxid verfügt über einen einzigartigen Phasenumwandlungsmechanismus, der für seine hervorragende Bruchzähigkeit entscheidend ist. Bei Belastung des Materials führt die Umwandlung der tetragonalen in die monokline Phase zu einer Volumenausdehnung und erzeugt ein Druckspannungsfeld an der Rissspitze, das die Rissausbreitung wirksam hemmen kann. Diese spannungsbedingte Phasenumwandlung ist der wesentliche Grund für die hohe Bruchzähigkeit von Zirkonoxid.
Die Mikrostruktur hat einen entscheidenden Einfluss auf die Bruchzähigkeit. Größe, Verteilung und Ausrichtung der Materialkörner beeinflussen den Phasenumwandlungshärtungseffekt. Eine kleinere Korngröße trägt eher zur Verbesserung der Materialstabilität bei, eine zu kleine Korngröße verringert jedoch den Phasenumwandlungshärtungseffekt. Daher spielt die Optimierung der Korngröße eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Bruchzähigkeit.
Vergleich der Bruchzähigkeit verschiedener Zirkonoxid-Typen
Verschiedene Zirkonoxidarten weisen eine unterschiedliche Bruchzähigkeit auf. Traditionelles 3Y-TZP-Zirkonoxid weist aufgrund seines höheren tetragonalen Phasenanteils eine höhere Bruchzähigkeit von etwa 6,9 MPa·m1/2 auf. Daher weist dieses Material eine hervorragende klinische Leistung auf und ist zudem relativ transparent.
Neueste Forschungsergebnisse zeigen, dass Zirkonoxid durch die Zugabe von kubischen Phasen transparenter wird, die Bruchzähigkeit jedoch abnimmt. Die Bruchzähigkeit einiger hochtransparenter Zirkonoxid-Werkstoffe kann bis zu 5,0 MPa·m² betragen. Das neue mehrschichtige Zirkonoxid-Material weist eine sinnvolle Gradientenstruktur auf, behält jedoch eine ausreichende Bruchzähigkeit bei und erzielt gute ästhetische Effekte.
Einfluss der Oberflächenbehandlung auf die Bruchzähigkeit
Oberflächenbehandlungsprozesse haben einen komplexen Einfluss auf die Bruchzähigkeit. Richtiges Schleifen kann die Bruchzähigkeit durch die Erzeugung von Oberflächenspannungen verbessern. Übermäßiges Schleifen kann jedoch den gegenteiligen Effekt haben und zu Oberflächendefekten führen.
Ebenso können durch Feinpolierprozesse die Oberflächenqualität und Bruchzähigkeit verbessert werden.
Glasieren ist ebenfalls eine Form der Oberflächenbehandlung. Dieses Verfahren kann die ästhetische Wirkung verbessern, aber die Bruchzähigkeit von Zirkonoxid verringern. Experimentellen Daten zufolge ist die Bruchzähigkeit von glasierten Zirkonoxidproben deutlich geringer als die von nur polierten Proben.
Obwohl eine Wärmebehandlung die Verarbeitungsspannungen abbauen kann, kann sie auch Phasenänderungen hervorrufen und dadurch die Bruchzähigkeit beeinträchtigen.
Daher sollte das am besten geeignete Oberflächenbehandlungsverfahren mit Bedacht ausgewählt werden.
Vorschläge für die klinische Anwendung
In der klinischen Anwendung müssen bei der Auswahl von Zirkonoxid-Materialien viele Faktoren umfassend berücksichtigt werden. Basierend auf der Bewertung der Bruchzähigkeit empfehlen wir, bei der Auswahl der Restaurationsmaterialien den funktionalen Anforderungen der Restaurationsstelle Priorität einzuräumen.
Für Bereiche wie die Backenzähne, die oft größeren Kaukräften standhalten müssen, empfehlen wir Ihnen, 3Y-TZP-Zirkoniumoxid mit höherer Bruchzähigkeit zu wählen, während Sie für die Vorderzähne hochtransparentes Zirkoniumoxid wählen können, um ein Gleichgewicht zwischen Schönheit und Leistung zu wahren.
Die Optimierung des klinischen Prozesses ist für die Erhaltung der Bruchzähigkeit des Materials von entscheidender Bedeutung. Wir empfehlen die Verwendung der CAD/CAM-Verarbeitungstechnologie, einer Präzisionsverarbeitungstechnologie, die die Genauigkeit Ihrer Restauration gewährleistet. Gleichzeitig müssen Schleifkraft und -zeit während der Oberflächenbehandlung streng kontrolliert werden. Um übermäßige Spannungskonzentrationen zu vermeiden, empfiehlt sich ein schrittweises Polierverfahren.
Abschluss
Die Bruchzähigkeit ist der wichtigste Leistungsindex von Zirkonoxidmaterialien und spielt eine wichtige Rolle für die langfristige Nutzung und Zuverlässigkeit von Restaurationen. Vielen Dank für das Lesen dieses Artikels. Wir hoffen, er hilft Ihnen weiter.
Weiterführende Literatur: Zirkonoxid-Materialleitfaden