Allgemeine Zahnheilkunde

Die Entwicklung der CEREC-Materialien

Vielfältige Indikationen mit Glaskeramik und Zirkonoxid

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Innovationen gehören zu den Kernkompetenzen von Dentsply Sirona. Beispielhaft dafür ist nicht zuletzt das bereits 1985 im Markt eingeführte Chairside-CAD/CAM-System CEREC (CEramic REConstruction). Seither haben sich System und Materialien stetig weiterentwickelt. Dieser Artikel nimmt Sie mit auf eine Reise der Praxislabor-Digitalisierung und den damit verbundenen Dentallösungen der CEREC-Materialien.

In den letzten Jahren hat die Materialentwicklung im CAD/CAMBereich einen rasanten Fortschritt erlebt. Die Eigenschaften der Vollkeramiken wurden hinsichtlich Festigkeit und Ästhetik optimiert: Heute überzeugen sie aber vor allem dadurch, dass sie ihrem Vorbild, dem natürlichen Zahn, in fast nichts mehr nachstehen. Dentalkeramiken lassen sich grundsätzlich in folgende Segmente einteilen:

• Silikatkeramiken: Feldspatkeramik, Glaskeramik, Lithiumdisilikat (LS2)
• Oxidkeramiken: Zirkonoxid

Hierbei stellen sich Fragen zur Indikation und werkstoffgerechten Verarbeitung innerhalb der verschiedenen Segmente. Eine sorgfältige Diagnostik und Planung sind daher im Vorfeld unerlässlich, denn danach richten sich Präparation, Konstruktion und Befestigung. Die Entscheidung über das Blockmaterial basiert auf der klinischen Situation.

Silikatkeramiken

Die 1. Station der Materialreise führt zu den Silikatkeramiken, zu denen auch CEREC Tessera (Abb. 1) zählt. Es handelt sich dabei um ein modernes Lithiumdisilikat, das sehr hohe ästhetische Standards erfüllt und chairside verarbeitet werden kann. Kurz gesagt ein Advanced Lithium Disilicate – der Dreiklang von Festigkeit, Schnelligkeit und Ästhetik. Seine Kristallstruktur besteht überwiegend aus 2 Komponenten, eingebettet in eine zirkonoxidverstärkte Glasmatrix, nämlich Lithiumdisilikat und Virgilit (Abb. 2).

  • Abb. 1: CEREC Tessera Block.
  • Abb. 2: „Stäbchen“ (ca. 600 nm) sind Lithiumdisilikat-Kristalle, „runde“ Kristalle (ca. 200 nm) sind das Virgilit. A3,5: Q241 x-714 (800°C; Q46 - 0,5 wt.%Al2O3, +3,0wt%SiO2).
  • Abb. 1: CEREC Tessera Block.
    © Dentsply Sirona
  • Abb. 2: „Stäbchen“ (ca. 600 nm) sind Lithiumdisilikat-Kristalle, „runde“ Kristalle (ca. 200 nm) sind das Virgilit. A3,5: Q241 x-714 (800°C; Q46 - 0,5 wt.%Al2O3, +3,0wt%SiO2).
    © Dentsply Sirona

Diese 2 Kristallsorten erzeugen eine dicht gepackte, kristallisationsverstärkte Glaskeramik. Bereits in der Produktion entstehen Keimbildung und Wachstum in einer amorphen Glasmatrix. Das Restwachstum der Glaskristalle und eine Stabilisierung beim Glanzbrand finden dagegen beim Anwender statt. Beide Kristallsorten erhöhen die Materialdichte und schützen vor Rissausbreitung.

Die besondere Kombination der Kristalle führt zu einer hohen Festigkeit von mehr als 700 MPa (biaxiale Prüfmethode) und erlaubt damit substanzschonendere Präparationen mit einem geringeren Chipping-Risiko am Präparationsrand der Restauration (Abb. 3).

  • Abb. 3a: Die vorgegebenen Mindestwandstärken für die adhäsive Befestigung.
  • Abb. 3b: Die vorgegebenen Mindestwandstärken für die konventionelle Befestigung.
  • Abb. 3a: Die vorgegebenen Mindestwandstärken für die adhäsive Befestigung.
    © Dentsply Sirona
  • Abb. 3b: Die vorgegebenen Mindestwandstärken für die konventionelle Befestigung.
    © Dentsply Sirona

Die amorphe Glasmatrix von CEREC Tessera erlaubt zusätzlich einen Lichtdurchlass und begünstigt dadurch ein Wechselspiel zwischen Lichtstreuung und Blockade. Dabei liegt die Größe der Kristalle (200–600 nm) im Wellenlängenbereich von sichtbarem Licht. Die Wechselwirkung zwischen Licht und Kristallen führt zu einer Lichtstreuung mit Opaleszenz-Effekt, was wiederum eine hochwertige Ästhetik bewirkt (Abb. 4).

  • Abb. 4: CEREC Tessera, beleuchtet: Dank dieser Lichtstreuung wechselt die Farbe bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen ganz ähnlich wie bei einem natürlichen Zahn, was als Opaleszenz bezeichnet wird.

  • Abb. 4: CEREC Tessera, beleuchtet: Dank dieser Lichtstreuung wechselt die Farbe bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen ganz ähnlich wie bei einem natürlichen Zahn, was als Opaleszenz bezeichnet wird.
    © Dentsply Sirona

CEREC Tessera bietet damit eine natürliche Opaleszenz, hohe Transluzenz und Fluoreszenz (Abb. 5a und 5b). Für mehr Individualität lässt sich CEREC Tessera auch mit Celtra Ceram verblenden, einem für die Cut-back-Technik validierten Keramikmaterial. Da nur ein kurzer Glasurbrand für CEREC Tessera nötig ist, verkürzen sich für den Patienten die Warte- und Stuhlzeit. Der Brennvorgang dauert bei Anwendung im Sinterofen CEREC SpeedFire – auch mit Malfarben – nur knapp 4,5 Minuten.

  • Abb. 5a und 5b: Klinischer Fall mit Präparation (links) und Endresultat (rechts). Beide Zähne wurden mit Kronen aus CEREC Tessera, mittlere Transluzenz, Farbe A2, versorgt. Dank eines ausgezeichneten Chamäleon-Effekts lässt das ästhetische Resultat nichts zu wünschen übrig.
  • Abb. 5b: Endresultat
  • Abb. 5a und 5b: Klinischer Fall mit Präparation (links) und Endresultat (rechts). Beide Zähne wurden mit Kronen aus CEREC Tessera, mittlere Transluzenz, Farbe A2, versorgt. Dank eines ausgezeichneten Chamäleon-Effekts lässt das ästhetische Resultat nichts zu wünschen übrig.
    © ZTM Hans-Jürgen Joit
  • Abb. 5b: Endresultat
    ©ZTM Hans-Jürgen Joit

Oxidkeramiken

Die nächste Station der Materialreise widmet sich den Oxidkeramiken. Anders als bei einer Glaskeramik steht mit Zirkoniumdioxid heute ein Werkstoff zur Verfügung, der neben werkstoffkundlichen Aspekten das Verständnis seiner speziellen Eigenschaften voraussetzt. Von Bedeutung sind dabei insbesondere eine korrekte Indikationsstellung und eine gewissenhafte klinische Vorgehensweise. Die besonderen Materialeigenschaften von Zirkoniumdioxid liegen in seiner Polymorphie begründet. Kristallografisch betrachtet tritt Zirkoniumdioxid in monokliner, tetragonaler und kubischer Modifikation auf. Das wichtigste Stabilisierungsoxid, das in zahnmedizinischen Zirkoniumdioxid-Keramiken eingesetzt wird, ist Yttriumoxid (Y2O3). Yttrium(teil-)stabilisiertes Zirkoniumdioxid wird meist als Y-ZrO2 (z.B. 3Y-, 5Y-ZrO2) bezeichnet.

Die Menge an Yttriumoxid bestimmt dabei maßgeblich die Eigenschaften von Zirkonoxid, speziell die Festigkeit und die Transluzenz (Abb. 6). Eine besonders hohe Festigkeit wird hierbei mit einem Anteil von 3Y erzielt, da die Keramik hauptsächlich aus tetragonalen Körnern besteht und diese für die Festigkeit entscheidend sind. Jedoch besitzen diese Keramiken eine vergleichsweise niedrige Transluzenz. Durch Erhöhung des Yttri-umanteils steigt die Transluzenz auf Kosten der Festigkeit an. Keramiken mit 5Y liegen zu gleichen Anteilen in tetragonaler als auch kubischer Form vor.

  • Abb. 6: Schematische Darstellung des Einflusses des Y-Anteils auf die Festigkeit und Transluzenz von Zirkonoxidkeramiken.

  • Abb. 6: Schematische Darstellung des Einflusses des Y-Anteils auf die Festigkeit und Transluzenz von Zirkonoxidkeramiken.
    © Dentsply Sirona

Der kubische Anteil bewirkt hierbei die Erhöhung der Transluzenz. Keramiken mit 4Y, wie z.B. CEREC Zirconia+ und CEREC MTL Zirconia, bieten hierbei den besten Kompromiss. Zur Verwendung kommen diese Materialien in vorgesinterten Zirkoniumdioxid-Rohlingen, sogenannten Weißlingen. Die zu fertigenden Restaurationen können leicht spanabhebend aus den kreideweichen Rohlingen herausgearbeitet werden. Bei der Konstruktion des Werkstückes muss dabei eine Schwindung von ca. 20 bis 25% berücksichtigt werden, die im abschließenden Sinterprozess auftritt.

Der Sintervorgang

Sintern beschreibt den Prozess, bei dem sich ein poröser Körper bei Temperaturen knapp unterhalb der Schmelztemperatur verdichtet und die einzelnen Körner sich durch Diffusion verbinden (Abb. 7 und 8)

  • Abb. 7: Vor dem Sintern: Poröse Struktur aus lose zusammenhängenden Zirkonoxidpartikeln. Der Zustand wird als Weißkörper bezeichnet. Festigkeit: 15–60 MPa.
  • Abb. 8: Nach dem Sintern: Benachbarte Körner haben sich verbunden bei nahezu vollständigem Porenrückgang, wodurch die finale Festigkeit der Keramik erreicht wird. Festigkeit: 750–1200 MPa.
  • Abb. 7: Vor dem Sintern: Poröse Struktur aus lose zusammenhängenden Zirkonoxidpartikeln. Der Zustand wird als Weißkörper bezeichnet. Festigkeit: 15–60 MPa.
    © Dentsply Sirona
  • Abb. 8: Nach dem Sintern: Benachbarte Körner haben sich verbunden bei nahezu vollständigem Porenrückgang, wodurch die finale Festigkeit der Keramik erreicht wird. Festigkeit: 750–1200 MPa.
    © Dentsply Sirona

Beispielhaft dafür wird im Folgenden der Vorgang mit CEREC MTL Zirconia (Abb. 9) aufgeführt. CEREC MTL Zirconia ist ein hochfester, mehrschichtig graduierter (MTL = Multi Transitional Layer) Zirkonoxidblock, der zur Herstellung von voll-anatomischen Kronen und Brücken im Front- und Seitenzahnbereich verwendet werden kann. Aufgrund seiner Transluzenz und des nahtlosen Farbverlaufs ist CEREC MTL Zirconia auch für Restaurationen mit Ansprüchen im Frontzahnbereich sehr gut geeignet. Nach dem Fräsen im CEREC CAD/CAM-System von Dentsply Sirona werden die CEREC MTL Zirkonoxidrestaurationen im CEREC SpeedFire-Ofen oder einem anderen konventionellen Sinterofen wie inFire HTC speed oder inLab ProFire gesintert. Die Blöcke sind in sieben VITA®-classical-Farben* (A1, A2, A3, A3.5, B2, C2, D2) erhältlich, wobei die Sinterzeiten je nach Farbton und Wandstärke variieren können. Die gesinterten Restaurationen werden durch Polieren oder Polieren und Glasieren (Individualisierung mit DS Universal Malfarben und Glasur) finalisiert. Mit CEREC SpeedFire kann eine Krone in ca. 18 Minuten gesintert werden. Der optionale Glasurbrand dauert knapp 9 Minuten.

  • Abb. 9: Mehrschichtige Zirkonoxidblöcke CEREC MTL Zirconia.

  • Abb. 9: Mehrschichtige Zirkonoxidblöcke CEREC MTL Zirconia.
    © Dentsply Sirona

Die Mikrostruktur der CEREC MTL Zirconia-Blöcke besteht aus 2 Zirkonoxidpolymorphen. Die tetragonale Modifikation (kleinere Körner) mit einem Anteil von ca. 65% sorgt für eine hohe Festigkeit, während die kubische Modifikation (größere Körner) zu einer Erhöhung der Transluzenz führt. Diese kubischen Körner sind in die tetragonale Matrix eingebettet (Abb. 10 und 11). Erwähnenswert ist hierbei, dass sich das Licht an den Grenzflächen zu kubischen Körnern weniger stark bricht als an den Grenzflächen von tetragonalen Körnern. Aufgrund dessen bewirkt ein höherer kubischer Anteil eine geringere Lichtbrechung und somit eine höhere, bessere Transluzenz. Mit zunehmendem kubischem Anteil steigt die Transluzenz und fällt die Festigkeit.

  • Abb. 10: Lichtstreuung in Zirkonoxid (nach Ban, Materials 2021, 14, 4879).
  • Abb. 11: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von CEREC MTL Zirconia.
  • Abb. 10: Lichtstreuung in Zirkonoxid (nach Ban, Materials 2021, 14, 4879).
    © Dentsply Sirona
  • Abb. 11: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von CEREC MTL Zirconia.
    © Dentsply Sirona

Diese hohe Transluzenz begründet neben der hohen Farbgenauigkeit den hohen ästhetischen Maßstab von CEREC MTL Zirconia (Abb. 12). Bei Blöcken besteht immer der Zielkonflikt zwischen Transluzenz auf der einen und hoher Festigkeit auf der anderen Seite. Hohe Festigkeit hat normalerweise eine geringere Transluzenz und damit eine geringere Ästhetik zur Folge.

  • Abb. 12a und 12b: Der fließende Farbverlauf und die damit einhergehende natürliche Adaption von CEREC MTL Zirconia führen dazu, dass keine Schichten erkennbar sind.
  • Abb. 12b
  • Abb. 12a und 12b: Der fließende Farbverlauf und die damit einhergehende natürliche Adaption von CEREC MTL Zirconia führen dazu, dass keine Schichten erkennbar sind.
    © Dentsply Sirona
  • Abb. 12b
    © Dentsply Sirona

  • Abb. 13a und 13b: Geringe Mindestwandstärken ermöglichen restaurative Behandlung in Bereichen mit begrenztem Platzangebot.

  • Abb. 13a und 13b: Geringe Mindestwandstärken ermöglichen restaurative Behandlung in Bereichen mit begrenztem Platzangebot.
    © Dentsply Sirona
Dank des mit Yttriumoxid angereicherten Zirkonoxidmaterials (mit Yttriumoxid-Wert 4), das eine Festigkeit über 850 MPa und zugleich ideale Transluzenz bietet, wird hier mit CEREC MTL Zirconia eine Balance erreicht. Bei den empfohlenen geringen Mindestwandstärken ist eine restaurative Behandlung außerdem auch in Bereichen mit begrenztem Platzangebot möglich (Abb. 13).

Bei einer Präparation mit ausreichender Retentionsform und Wandstärke können CEREC MTL Zirkonoxidkronen und -brücken mit konventionellen oder selbstadhäsiven Zementen befestigt werden (Abb. 14a und 14b).

  • Abb. 13b
  • Abb. 14a: CEREC MTL Zirkonoxidkronen und -brücken lassen sich mit konventionellen oder selbstadhäsiven Zementen befestigen.
  • Abb. 13b
    © Dentsply Sirona
  • Abb. 14a: CEREC MTL Zirkonoxidkronen und -brücken lassen sich mit konventionellen oder selbstadhäsiven Zementen befestigen.
    © Dentsply Sirona

Fazit

Digitalisierung in Zahntechnik und -medizin ist heute State of the Art. Der digitale Scan, die virtuelle Konstruktion, der Datentransfer und die Auswahl geeigneter Hochleistungskeramiken haben den Workflow in Praxis und Labor extrem verkürzt. CEREC ermöglicht im Praxislabor die Behandlung einer Vielzahl von Indikationen in nur einer Sitzung – von Kronen über Brücken und Abutments bis hin zu Veneers.

Näheres zum Autor des Fachbeitrages: ZTM Silvia Büscher


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