Für den klinischen Einsatz werden verschiedene Zirkonoxide mit unterschiedlichen Eigenschaften und Indikationen angeboten. Die Grundlagen der Materialien sind von enormer Bedeutung. Eine Differenzierung zwischen tetragonalen und kubisch/tetragonal-basierten Zirkonoxiden sind wichtig. Die tetragonalen Zirkonoxiden unterliegen einer Phasenstabilisierung und besitzen eine erhöhte Festigkeit.

Eigenschaften

Zirkonoxid als Werkstoff gibt es in drei verschiedenen Phasen vor: monoklin (m), tetragonal (t) und kubisch (k). Der Anteil der Phasen bestimmt die Eigenschaften. Die Umwandlungen zwischen den einzelnen Phasen verlaufen in bestimmten Temperaturbereichen und sind reversibel. Die Zirkonoxide werden nach den folgenden Kriterien benannt:

  • die Menge des dotierten Stoffs (zum Beispiel 1 Mol%), 
  • die Bezeichnung des hinzugefügten Stoffs (zum Beispiel Y2O3)
  • die Phasenkonfiguration ( tetragonal, zirconia, polycrystal). 

Das klassische Zirkonoxid der ersten Generation besteht aus einem mit 3 Mol% Y2O3-dotierten tetragonalen polykristallinen Zirkonoxid (TZP: tetragonal zirconia polycrystal). Dieses Zirkonoxid besitzt zu circa 98 Prozent eine tetragonale Phase. Mit höherer Y2O3-Dotierung steigt der Anteil der kubischen Phase (4Y-TZP: circa 25 Prozent) bis auf circa 53 Prozent bei 5Y-TZP.

ATZ oder ZTA stehen für Zirkonoxide (Z), die mit Aluminiumoxid (A) „toughenend“ (T) = verstärkt sind (ATZ: alumina toughenend zirconia), also Werkstoffe, die häufig als Abutmentmaterial und/oder Implantatwerkstoffe verwendet werden. Manchmal werden Materialzusätze, die in nur geringen Mengen beigefügt sind, auch am Schluss der Bezeichnung angefügt (3Y-TZP-A: hier steht A für das Aluminiumoxid Al2O3). Die Anzahl, die Plazierung und die Korngröße der Aluminiumoxidkörner haben Einfluss auf die Transmission des Lichts und die Langzeitstabilität der Zirkonoxide.

Umwandlung

Bei der Abkühlung auftretende Phasenumwandlung von tetragonal zu monoklin kann durch eine Dotierung mit Oxiden verhindert werden. Das geforderte Phasengefüge wird dadurch bei Raumtemperatur im tetragonalen oder kubisch-tetragonalen Zustand stabilisiert. Über die Art und Menge an dotierten Oxiden kann die Phasenkonfiguration (tetragonal, kubisch) definiert werden, aber auch die Größe und Form der Körner und somit letztlich für den Anwender wichtige Eigenschaften wie Festigkeit oder Transluzenz. Die Dotierung für dentale Anwendungen mit Y2O3 durchgeführt.

Durch die Energie, die beispielsweise Risse bei der Verarbeitung (Strahlen, Schleifen) oder im klinischen Einsatz (Abrasion) erzeugen, kann sich das Zirkonoxid an der Rissspitze von tetragonal zu monoklin umwandeln. Hierbei findet eine Volumenexpansion statt. Eine Stabilisierung für teilstabilisierte Zirkonoxide (PSZ) mit kubisch-tetragonaler Phase kann nicht nachgewiesen werden. Deren Festigkeit ist geringer. 3Y-TZP Zirkonoxide weisen Dreipunktbiege-Festigkeiten um etwa 1.000 MPa auf, andere 5Y-TZP nur etwa 600 MPa .

Zirkonoxide mit tetragonaler Phase zeigen Alterungserscheinungen (Low temperature degradation), die durch Kaukräfte gefördert werden. Die Alterungseffekte werden in der Regel durch Verunreinigungen, eine unregelmäßige Verteilung der Dotierung oder falsche Sintertemperaturen verstärkt.

Die hydrothermale Degradation kann auch beim Autoklavieren oder bei der Reinigung von Abutments, Abutmentkronen oder Implantaten ausgelöst werden.

Lichtbrechung

Die Lichtstreuung und -brechung spielt eine entscheidende Rolle für die ästhetischen Eigenschaften der Zirkonoxid-Restaurationen. 3Y-TZP-Oberflächen erscheinen matt und opak, da viel Licht reflektiert wird. Der hohe Brechungsindex zwischen den einzelnen Körnern und die Ausrichtung der tetragonalen Kristalle spielen hier eine besondere Rolle. Zirkonoxide mit kubisch-tetragonaler Phase (4Y-TZP, 5Y-TZP) besitzen eine verbesserte Lichtstreuung und somit bessere ästhetische Eigenschaften.

Stabilität

3Y-TZP-Materialien erlauben aufgrund ihrer hohen mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit und Bruchzähigkeit geringe Wandstärken (teilweise bis 0,3 mm) und damit eine minimal-invasivere Präparation. Restaurationen aus 4Y-TZP- oder 5Y-TZP-Materialien können durch die adhäsive Befestigung an Stabilität gewinnen – es entsteht ein fester Verbund zwischen Zahn und Restauration und damit ein stabiler Zahn-Keramik-Komplex. Generell wird empfohlen, Brücken aus Zirkonoxid adhäsiv zu befestigen.

IPS e.max ZirCAD Prime: High-end-Ästhetik mit sehr hoher Festigkeit

IPS e.max ZirCAD Prime definiert Vollkeramik neu. Das revolutionäre Material steht für höchste Qualität und Ästhetik. Ermöglicht wird dies durch die Gradient Technology – einer innovativen Prozesstechnologie, die in der Herstellung zur Anwendung kommt. Sie ist der Schlüssel zur Premium-Qualität. 

Hierbei werden der hochfeste Zirkonoxid-Rohstoff 3Y-TZP und der hochtransluzente Zirkonoxid-Rohstoff 5Y-TZP in besonderer Weise kombiniert. 

Das Ergebnis: Eine ausserordentliche Passgenauigkeit und – dank optimierter Transluzenz und stufenlosem, schichtfreien Farb- und Transluzenzverlauf – eine bemerkenswerte High-end-Ästhetik. IPS e.max ZirCAD Prime bringt maximale Flexibilität in der Anwendung: Durch seine sehr hohe Festigkeit von 1200 MPa2 und seiner überzeugenden Ästhetik lassen sich monolithische und verblendete Kronen und Brücken bis zu 14 Gliedern fertigen.

Restaurationen aus Zirkonoxid dürfen nicht mit Flusssäure geätzt werden. Sie werden vorsichtig abgestrahlt (50 µm/< 1 bar).

Für eine Zementierung oder für eine Befestigung mit selbstadhäsiven Befestigungskompositen, die Phosphorsäure-modifizierte Monomere wie MDP enthalten, ist keine weitere Konditionierung nötig. Werden Zirkonoxide adhäsiv befestigt, ist eine Konditionierung zwingend nötig. Diese kann entweder tribochemisch (Rocatec) oder mit Adhäsiven, die Phosphorsäure-modifizierte Monomere (zum Beispiel MDP) enthalten, erfolgen. Das MDP-Monomer, das in manchen Universaladhäsiven enthalten ist, stellt eine stabile chemische Verbindung zwischen Zirkonoxid (über P-O-H-Gruppen) und dem Befestigungsmaterial (über C=C-Bindungen) her. Ein alternativer Verbund kann auch über Glasbeschichtungen erzielt werden (zum Beispiel Hotbond zirconnect, DCM) [Rosentritt, 2015; Rosentritt, 2017].

Keramik Primer für das Befestigen von Zirkonoxid-Restaurationen

Die zusätzliche Vorbehandlung mit einem Keramik Primer hat keinen negativen Einfluss auf den Verbund. Keramik Primer in Kombination mit selbstadhäsiven Befestigungskompositen zeigen einen positiven Einfluss auf die Verbundfestigkeiten zu Zirkonoxid. Daher sollte zur Befestigung von Zirkonoxid-Restaurationen ein Keramik Primer verwendet werden.

Beispiele für Keramik Primer: Clearfil SE Bond Primer (Kuraray Noritake), Multilink Primer (Ivoclar Vivadent), RelyX Ceramic Primer (3M), Porcelain Primer (Bisco Dental)

Langzeit-Adhäsion bei Keramik spielt eine wichtige Rolle für die Langlebigkeit einer prothetischen Restauration. Daher wird eine zusätzliche Verwendung passender Keramik Primer empfohlen.

Härte und Oberfläche 

Zirkonoxide besitzen mit circa 1.200 HV eine sehr hohe Härte und zeigen klinisch keine oder nur sehr geringe Verschleißeffekte. Jeder prothetischen Restauration mit Zirkonoxid sollte daher eine gründliche okklusale und funktionelle Analyse vorangestellt sein. Werden die Oberflächen der Zirkonoxide entsprechend poliert und glasiert, sind keine negativen Verschleißauswirkungen auf die Antagonisten zu erwarten.

Wichtige Punkte für den erfolgreichen Einsatz der Zirkonoxide sind :

  • Unterscheidung und indikationsbezogene Auswahl der verschiedenen Zirkonoxide unter Berücksichtigung der Festigkeiten und Transluzenzen 
  • Differenzierung zwischen monolithischen und verblendeten Versorgungen 
  • Zirkonoxid-gerechte Präparation und Gestaltung (Abrunden, scharfe Kanten und Frühkontakte vermeiden) 
  • kontrollierte Verarbeitung und eine auf ein Mindestmaß reduzierte Bearbeitung, um Defekte und Risse zu vermeiden
  • sorgfältige Politur und Glasur
  • gezielte Auswahl der optimalen Befestigungsstrategie (Strahlen, Adhäsivsystem)