Risszähigkeit – und wieso sie wichtig für monolithisches Zirkonoxid ist.

Um im »Dschungel« der Zirkonoxidtypen den Überblick zu behalten und eine indikationsgerechte Auswahl treffen zu können, ist ein Verständnis der mechanischen Kennzahlen wichtig. Insbesondere bei den hochtransluzenten Zirkonoxiden für verblendfreie monolithische Restaurationen lohnt es sich genauer hinzuschauen.

Wippe Festigkeit und Transluzenz

MPa – Biegefestigkeit

Ein wichtiges Kriterium im Datenblatt und häufig im Fokus des Zahntechnikers bei der Auswahl eines belastbaren Materials ist die Biegefestigkeit, angegeben in Megapascal (MPa). Die Biegefestigkeit beschreibt, wieviel Kraft erforderlich ist, um einen Prüfkörper mit einem definierten Durchmesser zu verformen und letztendlich zu brechen. Für mehrgliedrige Restaurationen sind hohe Werte in dieser Disziplin unerlässlich. Für Brücken größer vier Elemente muss in einer Prüfung nach der wesentlichen Norm für dentale Keramiken (DIN EN ISO 6872) ein Wert von 800 MPa erreicht werden.

Neben der initialen Festigkeit sollte immer die Risszähigkeit (Bruchzähigkeit) Beachtung finden.

KIc – Risszähigkeit

Die Risszähigkeit (Bruchzähigkeit) beschreibt den Widerstand eines Werkstoffs gegen Rissausbreitung. Je höher der Wert des kritischen Spannungs- Intensitätsfaktors (KIc [MPa√m]), desto besser ist die Prognose für das langfristige klinische Verhalten eines Materials. Die ideale Kombination aus Biegefestigkeit und Risszähigkeit basiert auf der Fähigkeit eines Werkstoffs, seine kristalline Phase bei auftretenden Spannungen so umzuwandeln, dass der Fortschritt eines Risses gestoppt und der Riss selbst wieder geschlossen wird.

Bruchzähigkeit simulation

DD cube ONE® ist das einzige kubisch, monolithische Zirkonoxid mit Bruchschutzfaktor

Je höher der KIc-Wert, desto robuster ist die Keramik

Der KIc - Wert liefert also die Information, wie robust sich eine Vollkeramik z.B. während der Verarbeitung im Labor oder beim Einsetzen durch den Behandler verhält. Die klassischen, hochfesten 3Y TZP Zirkonoxid-Typen zeichnen sich in der Regel durch eine hohe Risszähigkeit aus (>5 MPa√m) – ein wesentlicher Faktor für ihren klinischen Erfolg. Die Super-Hochtransluzenten (SHT) 5Y TZP verfügen über einen geringeren, initialen KIc, der für 3-gliedrige Molarenbrücken mit mindestens >3 MPa√m empfohlen wird. Das kristalline Gefüge der 5Y TZP‘s bietet damit wenig bis kein Potential zur Phasenumwandlung und dadurch zur Verstärkung. Für weitspannige Brücken mit einer hohen Transluzenz und zuverlässigen Robustheit ist DD cube ONE® die ideale Wahl!

Direkt zu unseren Zirkonoxiden
Risszähigkeit Diagramm

Seit 2010 wurden mehr als 16 Millionen Zahnelemente aus unseren bewährten, hochfesten 3Y-TZPZirkonoxid- Typen DD Bio Z und DD Bio ZX2 gefertigt. Durch den dokumentierten klinischen Erfolg mit diesen Typen haben unsere Entwickler eine Risszähigkeit von KIc > 9 MPa√m für den Bruchschutzfaktor definiert.

Nicht zu vergessen: Das Alterungsverhalten

Die Eigenschaft eines Werkstoffs zur Phasenumwandlungsverstärkung ist zudem relevant für das Alterungsverhalten einer Keramik.

Das Langzeitverhalten des Werkstoffes wird in simulierten Kaubelastungsprüfungen analysiert, die im Vergleich zu standardisierten Werkstoffprüfungen eine größere Praxisnähe vorweisen. Durch die Kausimulation ist ein Testverfahren gegeben, das zuverlässige Rückschlüsse auf das Verhalten des Materials in seiner klinischen Anwendung zulässt. So wird der typische Alterungsprozess einer zahntechnischen Restauration im künstlichen Mundmilieu simuliert. Durch den Einfluss von Feuchtigkeit und thermischer (hydrothermale) Wechselbeanspruchung unter mechanischer Kaubelastung werden die Kronen realitätsnah gefordert.

Prüfaufbau
Kausimulation

Dieser Prüfaufbau simuliert die mechanischen und thermischen Belastungen, welchen eine zahntechnische Restauration im Patientenmund über einen Zeitraum von 5 Jahren ausgesetzt ist.

In dieser Simulation wurden je acht Kronen vor und acht Kronen des gleichen Typs nach der Kaubelastung zerstört. Die jeweils benötigte Kraft bis zum Versagen wird in N (Newton) gemessen. Mit einem hochfesten 3Y TZP (DD Bio ZX2) und dem neuen, in der Transluzenz gesteigerten 4Y TZP (DD cubeONE® ML) zeigt sich eine deutliche Newton-Zunahme. Der mechanische Stress der Kaubelastung führt also zu einer Phasenumwandlung, die entstehende Risse stoppt und enthaltene Restporositäten in der Keramik schließt. Diese Steigerung der Stabilität kann bei dem 5Y TZP (DD cubeX2® ML) nicht festgestellt werden. Obwohl das DD cubeX2® Zirkonoxid mit einer angegebenen Biegefestigkeit von 750 – 800 MPa bereits in den Bereich der geforderten 800 MPa für die ISO 6872 Indikation »große Brücken« kommt, ist es aufgrund der geringeren Risszähigkeit (KIc >4 MPa√m SEVNB) auf die Verwendung für 3-gliedrige Brücken limitiert. Die hohen initialen Werte bieten in diesem Rahmen auch nach dem Alterungsprozess ausreichend Stabilität (>1000 N), um zum Beispiel der Maximalkraft eines Bruxisten standzuhalten.

Grafik Kausimulation

(KIc *) Fazit: Wer ein ästhetisches und sicheres Brückenmaterial einsetzen möchte, sollte sowohl auf die Biegefestigkeit als auch auf die Risszähigkeit achten.

DD cube ONE® ML (4Y TZP) verfügt über ein hybrides Kristallgefüge aus etwa 30% kubischen und 70% tetragonalen Kristallen. Der KIc liegt bei ≈10 MPa√m SEVNB. Um das Alterungsverhalten positiv zu beeinflussen, wurde Aluminiumoxid (Al2O3) in ausgewogener Konzentration zugegeben. Die kubischen, großen Kristalle sind zuständig für die Transluzenzsteigerung. Auch im inzisalen Bereich der Multilayer- Variante ist der KIc- Wert der Risszähigkeit ebenso hoch wie im restlichen Körper. Dies soll bestmögliche Sicherheit auch bei Korrekturen an den Kauflächen geben.

Materialien