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Werkstoffkundliche Einteilung der Lithium-Silikatkeramiken – aktuelle Forschungsarbeiten der Werkstoffkunde der Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik an der LMU

(c)Quintessenz Zahntechnik 3/19 – Dinse, Liebermann, Eichberger, Stawarczyk

Die Produktpalette der verstärkten Silikatkeramiken für den Einsatz in der Zahnmedizin wächst ständig. Der Oberbegriff dieser Werkstoffgruppe lautet Lithium-Silikatkeramik. Aufgrund ihrer Verbreitung und ihrer Einsatzmöglichkeiten wird auf diesem Gebiet viel geforscht, auch von der Werkstoffkunde-Forschungsgruppe an der Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik des Klinikums der Universität München (LMU München).

Jeder Zahnarzt und Zahntechniker kennt die blau-violetten Blöcke IPS e.max CAD, welche die Vorreiter unter den CAD/CAM-Blöcken der verstärkten Silikatkeramiken sind. Nun kommen immer mehr Produkte dieser Gruppe hinzu. Auch die Anzahl der verstärkten Presskeramiken ist groß. Somit ist das Ziel dieses Beitrags die Zusammensetzung der Werkstoffe darzustellen und dementsprechend zu gruppieren, denn nicht jede verstärkte Silikatkeramik ist automatisch eine Lithium-Disilikatkeramik. Ergänzend sind die Fundstellen aktueller wissenschaftlicher Publikationen zu diesen Werkstoffen zusammengestellt.

 

Einteilung der am Markt erhältlichen verstärkten Silikatkeramiken nach ihren Zusammensetzungen. Die Kenntnis der jeweiligen Modifikation ist wichtig, um Rückschlüsse auf die Indikationsstellung, Verarbeitung und Befestigung ziehen zu können.
Einteilung der am Markt erhältlichen verstärkten Silikatkeramiken nach ihren Zusammensetzungen. Die Kenntnis der jeweiligen Modifikation ist wichtig, um Rückschlüsse auf die Indikationsstellung, Verarbeitung und Befestigung ziehen zu können.

 

Glasphase und kristalline Phase

Verstärkte Silikatkeramiken setzten sich aus einer Glasphase (Siliziumoxid) und einer kristallinen Phase (Lithiumoxid) zusammen. Ein höherer Anteil an kristalliner Phase verbessert die mechanischen Eigenschaften, während die ästhetischen Eigenschaften durch einen höheren Glasanteil steigen. Verstärkte Silikatkeramiken können im Pressverfahren oder mittels CAD/CAM-Technologie gefertigt werden.

Presskeramiken

Zurzeit sind alle verstärkten Presskeramiken ausschließlich den Lithium-Disilikatkeramiken zuzuordnen. Presspellets sind sowohl in unterschiedlichen Farben, als auch in unterschiedlichen Opazitätsstufen verfügbar. Zur Gestaltung mehrschichtiger Restaurationen sind auch Multilayer-Presspellets erhältlich.

Produktbeispiele: IPS e.max Press (Ivoclar Vivadent), Amber Press (Hass Corporations), Celtra Press (Dentsply Sirona), CeraMotion Press (Dentaurum), Initial LiSi Press (GC Europe), Livento Press (Cendres+Métaux), Vita Ambria (Vita Zahnfabrik)

Merke: Verstärkte Presskeramiken sind Lithium-Disilikatkeramiken, welche sich je nach Größe und Menge der Verstärkungskristalle in ihren Eigenschaften unterscheiden können. Lithium-Meta-Silikatkeramiken und Lithium-Alumina-Silikatkeramiken lassen sich presstechnisch nicht im zahntechnischen Labor verarbeiten.

CAD/CAM-Keramiken

Die verstärkten CAD/CAM-Silikatkeramiken können je nach Modifikation unterschieden werden in Lithium-Disilikat-, Lithium-Meta-Silikat- und Lithium-Alumina-Silikatkeramiken. Die Restaurationen werden bei diesem Verfahren aus teilgesinterten Blöcken geschliffen und durchlaufen anschließend einen Kristallisationsbrand, während dessen Verlauf sich die Kristallstruktur des Materials ändert und anschließend seine endgültige Farbe und Festigkeit aufzeigt.

Eine Ausnahme stellen hier die Lithium-Meta-Silikatkeramik Celtra Duo (Dentsply Sirona) und die Lithium-Alumina-Silikatkeramik N!ce (Straumann) dar, die nach dem Schleifen und einer Politur intraoral eingesetzt werden können. Diese beiden Varianten führen zu Restaurationen mit geringeren mechanischen Eigenschaften. Celtra Duo kann einem zusätzlichen Kristallisationsbrand unterzogen werden, der die mechanischen Eigenschaften steigert und dadurch den Indikationsbereich der Keramik erweitert (bitte Herstellerangaben beachten).

Produktbeispiele: Lithium-Disilikatkeramiken – IPS e.max CAD (Ivoclar Vivadent), Amber Mill (Hass Corporations); Lithium-Meta-Silikatkeramiken – Vita Suprinity PC (Vita Zahnfabrik), Celtra Duo (Dentsply Sirona); Lithium-Alumina-Silikatkeramik – N!ce (Straumann).

Merke: Verstärkte CAD/CAM-Silikatkeramiken können unterschiedliche Verstärkungskristalle beinhalten, welche zu unterschiedlichen Eigenschaften führen. Es gibt Lithium-Disilikatkeramiken, Lithium-Meta-Silikatkeramiken und Lithium-Alumina-Silikatkeramiken.

Werkstoffkundliches Grundwissen erforderlich

Da sich die verstärkten Silikatkeramiken in ihren Eigenschaften unterscheiden, ist ein werkstoffkundliches Grundwissen für die erfolgreiche Indikationsstellung, Verarbeitung und Befestigung dieser Keramiken Voraussetzung.


Aktuelle Literatur

Mehr zu den unterschiedlichen Eigenschaften dieser Werkstoffe kann in den nachfolgend aufgeführten Untersuchungen nachgelesen werden:

Stawarczyk B, Mandl A, Liebermann A. Modern CAD/CAM silicate ceramics, their translucency level and impact of hydrothermal aging on translucency, Martens hardness, biaxial flexural strength and their reliability. J Mech Behav Biomed Mater 2021 Jun;118:104456. doi: 10.1016/j.jmbbm.2021.104456. Epub 2021 Mar 13. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33740686/

Ziele: Untersuchung des Einflusses der hydrothermalen Alterung auf die Transluzenz, die Martens-Härte, das elastische Eindringmodul und die biaxiale Biegefestigkeit von neuen verstärkten CAD/CAM-Silikatkeramiken.

Geprüfte Werkstoffe: zwei Lithium-Disilikatkeramiken (Amber Mill und IPS e.max CAD), eine Lithium-Metasilikatkeramik (Cetra Duo), eine Lithium-Aluminasilikatkeramik (n!ce), und zwei Leuzitkeramiken (Initial LRF Block, und  IPS Empress CAD).

Konklusion: Die richtige Auswahl von Keramiken in Bezug auf die Indikationsgebiete hat den größten Einfluss auf die Langzeitstabilität von Restaurationen: CAD/CAM-Lithium-Disilikatkeramiken wiesen die höchsten und Leuzitkeramiken die niedrigsten mechanischen Eigenschaften auf, wobei die Zuverlässigkeit bei Leuzitkeramiken besser war als bei Lithium-Silikatkeramiken.

Stawarczyk B, Dinse L, Eichberger M, Jungbauer R, Liebermann A. Flexural strength, fracture toughness, three-body wear, and Martens parameters of pressable lithium-X-silicate ceramics. Dent Mater 2020 Mar;36(3):420-430. doi: 10.1016/j.dental.2020.01.009. Epub 2020 Jan 30.https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32007315/

Ziele: Prüfung und Vergleich von fünf pressbaren Lithium-Disilikatkeramiken auf ihre mechanischen Eigenschaften, wie die Biegefestigkeit, die Bruchzähigkeit, die Abrasionsbeständigkeit, die Martens-Härte und das elastische Eindringmodul.

Geprüfte Werkstoffe: Amber Press, Celtra Press, Initial LiSi Press, Livento Press und IPS e.max Press.

Konklusion: Amber Press gefolgt von Livento Press zeigte die höchsten und Initial LiSi Press gefolgt von Celtra Press die niedrigsten getesteten Eigenschaften. Power Firing von Celtra Press erhöhte die Biegefestigkeit. Keramiken mit hoher Biegefestigkeit und hohen Martensparametern (Martens-Härte & elastisches Eindringmodul) zeigten einen geringeren Verschleiß. Materialien mit hoher Martens-Härte zeigten niedrigere Bruchzähigkeitswerte und solche mit hohem elastischen Eindringmodul zeigten eine hohe Biegefestigkeit

Stawarczyk B, Liebermann A, Rosentritt M, Povel H, Eichberger M, Lümkemann N. Flexural strength and fracture toughness of two different lithium disilicate ceramics. Dent Mater J 2020 Mar 31;39(2):302-308. doi: 10.4012/dmj.2019-045. Epub 2019 Dec 19. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31852879/

Ziele: Prüfung des Einflusses des Pressofens (Austromat 654 Press-i-dent, Programat EP5000 und Vario Press 300) auf die Biegefestigkeit und die Bruchzähigkeit von zwei Lithium-Disilikatkeramiken.

Geprüfte Werkstoffe: HS10PC und IPS e.max Press

Konklusion: Beide Lithium-Disilikatkeramiken zeigten unabhängig vom Pressofen eine vergleichbare Biegefestigkeit. Die Bruchzähigkeit hing von der Keramik und vom Pressofen ab.

Mayinger F, Lümkemann N, Musik M, Eichberger M, Stawarczyk B. Comparison of mechanical properties of different reinforced glass-ceramics. J prosthet Dent 2020 Nov 6;S0022-3913(20)30514-X. doi: 10.1016/j.prosdent.2020.06.027. Online ahead of print. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33168175/

Ziele: Untersuchung der Biegefestigkeit, der Martens-Härte, des elastischen Eindringmoduls, der Bruchlast sowie der Verschleißfestigkeit einer neuen Lithium-Disilikatkeramik und Vergleich mit etablierten Keramiken.

Geprüfte Werkstoffe: HS10PC, IPS e.max Press und IPS Empress Esthetic.

Konklusion: Die neu entwickelte Lithium-Disilikatkeramik HS10PC zeigte vergleichbare Ergebnisse mit der etablierten IPS e.max Press für die Biegefestigkeit, die Martensparameter (Martens-Härte & elastisches Eindringmodul), die Bruchlast  und die Verschleißfestigkeit. Lithium-Disilikatkeramiken zeigten höhere mechanische Ergebnisse als die Leuzitkeramik IPS Empress Esthetic, wobei alle Keramiken ähnliche Ergebnisse für die Verschleißfestigkeit des Schmelzantagonisten zeigten.

Emslander A, Reise M, Eichberger M, Uhrenbacher J, Edelhoff D, Stawarczyk B. Impact of surface treatment of different reinforced glass-ceramic anterior crowns on load bearing capacity. Dent Mater J 2015;34(5):595-604. doi: 10.4012/dmj.2014-294. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26438982/

Ziele: Untersuchung des Einflusses unterschiedlicher Oberflächenbehandlungen auf die Bruchlast von Lithium-Disilikat Eckzahnkronen.

Geprüften Werkstoffe: HS10PC und IPS e.max Press

Konklusion: Lithium-Disilikat Eckzahnkronen zeigen höhere Bruchlastwerte, wenn sie nicht beschliffen, sondern nur poliert oder glasiert wurden. Glasurpasten beeinflussten die Bruchlast in Abhängigkeit ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten (WAK), der Brenntemperatur und der Kronenbehandlung. Der WAK von HS10PC und IPS e.max Press betrug 10 ppm/K, Glasurpasten für HS10PC wiesen einen WAK von 7,5 ppm/K und 10 ppm/K und für IPS e.max Press von 9 ppm/K auf.

 

Quelle: Werkstoffkundeforschung der Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik an der LMU Materialien Prothetik med.dent.magazin Zahnmedizin Zahntechnik

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