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„„DentalkeramikDentalkeramik--das weiße Gold in der Zahnheilkunde “das weiße Gold in der Zahnheilkunde “
Thomas KlinkeThomas KlinkePoliklinik für zahnärztliche Prothetik und WerkstoffkundePoliklinik für zahnärztliche Prothetik und Werkstoffkunde
(Direktor: Prof. Dr. R. Biffar)(Direktor: Prof. Dr. R. Biffar)ErnstErnst--MoritzMoritz--Arndt Universität Arndt Universität
GreifswaldGreifswald
Dentalkeramische WerkstoffeDentalkeramische Werkstoffe
Was ist Dentalkeramik?Was ist Dentalkeramik?Experimentelle ErgebnisseExperimentelle ErgebnisseAnwendungsentwicklungAnwendungsentwicklung
SinterprogrammeSinterprogrammeAuswirkung der Sinterparameter auf die Auswirkung der Sinterparameter auf die SintergüteSintergüte
Fazit für die AnwendungFazit für die Anwendung
Was ist Dentalkeramik?Was ist Dentalkeramik?
PorzellanPorzellanKeramikKeramikGlasGlasGlaskeramikGlaskeramik Sintern auf
ein Leg.-gerüst o. ZrO2
Aufbrenn-keramik
Vollkeramik
Sintern auf Pt-Folie o. EM-Modell
Glas-Infiltrations-Keramik
Glasguss Press-keramik
CAM-FräsenKopierver-fahren
Keramiksysteme
Sintern Gießen Pressen Fräsen
Feldspatkeramiken Glaskeramiken
DefinitionDefinition
Keramik: im weitesten Sinne alle Keramik: im weitesten Sinne alle nichtmetallischen anorganischen Werkstoffe, nichtmetallischen anorganischen Werkstoffe, die weit gehend wasserbeständig, kristalline die weit gehend wasserbeständig, kristalline Stoffgemenge sind und durch Sinterung Stoffgemenge sind und durch Sinterung hergestellt werden.hergestellt werden.
Übersicht dentale vollkeramische SystemeÜbersicht dentale vollkeramische Systeme
Vollkeramische Systeme
SilikatkeramikenCharakterisierung: Glasreiche MatrixMehrphasig: Kristalline Phasen,GlashasenRelativ niedrige Sintertemperaturen
OxidkeramikenCharakterisierung: Einphasig, Metalloxid < 100%Kein/geringer GlasanteilHohe Sintertemperaturen
Feldspatkeramiken
Gemahlenes Feldspatglas, SinterungI.d.R. Verblendkeramiken: Lava Ceram, VM13Mirage, Optec, CeracMark II
Glaskeramiken
Glas, das im Kristallisationsprozess unterworfen wird:Empress, Dicor
Glasinfiltriert
Angesintertes Al2O3-Pulver, das mit Glas infiltriert wird: In- CeramAllumina, In- CeramZirkonia
Polykristallin
Hohe SintertemperaturenSehr gleichmäßiges MikrogefügeGlasphasenfrei z.B.Everest, LavaFrame. Procera, Cercon- Base, DC- Zirkon
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Warum Vollkeramik?Warum Vollkeramik?
Vorteil:Vorteil:BiokompatibilitätBiokompatibilitätProphylaxeProphylaxeZahnsubstanzähnliche Zahnsubstanzähnliche EigenschaftenEigenschaftenÄsthetikÄsthetikKostenKosten
Nachteil:Nachteil:Hohe AnschaffungskostenHohe AnschaffungskostenAnfälligkeit gegen ZugAnfälligkeit gegen Zug-- und und DruckkräfteDruckkräfteAufwendige VerarbeitungAufwendige Verarbeitung
WerkstoffverhaltenWerkstoffverhalten
Keramik ist kein MetallKeramik ist kein Metallkeine plastische Verformungkeine plastische VerformungSprödbruchverhaltenSprödbruchverhaltenBiegefestigkeitBiegefestigkeit
dennochdennochextrem hohe Eigenfestigkeit, die bei extrem hohe Eigenfestigkeit, die bei geeigntergeeignterIndikation und Ausführung ein hervorragendes Indikation und Ausführung ein hervorragendes Material in der zahnärztlichen Praxis darstellt.Material in der zahnärztlichen Praxis darstellt.
Keramik ist elastisch, aber nicht plastisch verformbar
Keramik ist auf Druck stärker belastbar als auf Zug und Biegung.
3-Punkt Biegeversuch
4-Punkt Biegeversuch
Mittlere Biegefestigkeit [MPa] verschiedener Mittlere Biegefestigkeit [MPa] verschiedener Dentalkeramiken auf silikatDentalkeramiken auf silikat-- und und oixdkeramischeroixdkeramischer BasisBasis
0
250
500
750
1000
1250
1500
Vita VMK 68
Dicor
IPS Empre
ss
Cerec M
ark I
I
Vitadu
r Alpha
Core
IPS Empre
ss 2
In-Cera
m Alumina
In-Cera
m Zirk
onia
Zirko
noxid
-TZP
Zirkon
oxid-
TZP-A
3
Was ist Dentalkeramik?Was ist Dentalkeramik? Was ist Dentalkeramik?Was ist Dentalkeramik?
Definition:Definition:Dentalkeramik ist ein Dentalglas, bestehend Dentalkeramik ist ein Dentalglas, bestehend aus einer Glasphase (Quarzglas mit aus einer Glasphase (Quarzglas mit verändertem Netzwerk) und verändertem Netzwerk) und KristalleinKristallein--lagerungenlagerungen ((LeuzitLeuzit).).
Quarz Quarz
Regelmäßiges Netzwerk aus „Glasbildner“ Regelmäßiges Netzwerk aus „Glasbildner“ (z.B.: SiO(z.B.: SiO22, PbO, PbO22, B, B22OO22))Hohe SchmelztemperaturHohe SchmelztemperaturNaturprodukt, teuerNaturprodukt, teuer
GlaszustandGlaszustand
Unvermögen eines Unvermögen eines WerkWerk--stoffesstoffes sich bei dem sich bei dem ÜberÜber--ganggang in den festen in den festen Aggregatszustand zu Aggregatszustand zu ordnenordnenGlasbildner: SiOGlasbildner: SiO22, , PbOPbO, , BB22OO33
NetzwerkbildnerNetzwerkbildner
MetalloxideMetalloxide
Zusatz von MetalloxidenZusatz von MetalloxidenAlkalioxide: Alkalioxide:
LiOLiO22, , NaONaO, K, K22OOErdalkalioxide:Erdalkalioxide:
CaOCaO, , MgOMgO, , BaOBaO, , ZnOZnOHydroxylgruppenHydroxylgruppen::
0H0H--
Netzwerkwandler:Netzwerkwandler:einwertigeinwertigzweiwertigzweiwertigdreiwertigdreiwertig
SilikatglasSilikatglas
Unregelmäßiges Netzwerk aus GlasbildnerUnregelmäßiges Netzwerk aus GlasbildnerEinEin-- und zweiwertige Netzwerkwandlerund zweiwertige NetzwerkwandlerNiedrige SchmelztemperaturNiedrige Schmelztemperatur
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Was ist Dentalkeramik?Was ist Dentalkeramik?
NiedrigNiedrigHochHochKorrosionsKorrosions--festigkeitfestigkeit
>11>110,50,5WAK [µm/mK]WAK [µm/mK]
900°C900°C1600 °C1600 °CSchmelzpunktSchmelzpunkt
SilikatglasSilikatglasQuarzglasQuarzglas
Differenz bei Transformations-temperatur: ca. 10%
δG δS
Temperatur δ [°C]
Wär
med
ehnu
ng [%
]
Transformationsbereich
Dentalkeramik
Legierung
Was ist Dentalkeramik?Was ist Dentalkeramik?
Kristalleinlagerung:Kristalleinlagerung:TieftemperaturleuzitTieftemperaturleuzit
0 100%
5
10
15
20
25
5010 20 30 40 60 70 80 90
Glas
Leuzit
WAK (ppm)
Ti
EMNEM
0
LeuzitkristallLeuzitkristallCa. 40Ca. 40--60µm60µm
GlasphaseGlasphase
3000x 3000x
5
3000x
Was ist Dentalkeramik?Was ist Dentalkeramik?
Anhebung der Festigkeit der Glaskeramik Anhebung der Festigkeit der Glaskeramik durch Gefügeeinlagerung. durch Gefügeeinlagerung.
Die Kristalleinlagerung induziert eine Die Kristalleinlagerung induziert eine „unterkritische Vorspannung“ in dem „unterkritische Vorspannung“ in dem System, die festigkeitssteigernd wirkt.System, die festigkeitssteigernd wirkt.
Was ist Dentalkeramik?Was ist Dentalkeramik?
MissfitMissfit--SpannungSpannung zwischen Glasphase und zwischen Glasphase und LeuzitLeuzit können, bei großer Diskrepanz, zu können, bei großer Diskrepanz, zu einem Risswachstum und schließlich zu einem Risswachstum und schließlich zu Frakturen führen.Frakturen führen.
Leuzitkristall
Glasphase
MissfitMissfit--SpannungSpannung wirken wirken FestigkeitssteigerndFestigkeitssteigerndGlasmatrix:
WAK25-500 <10µm/mK
Tieftemperaturleuzit:
WAK25-500 >15µm/mK
SinterbedingungenSinterbedingungenTransluzenz
Opaleszenz
Fluoreszenz
6
mittelbrennende Verblendkeramik801-900 °C
hochbrennende Verblendkeramik> 901 °C
Vorwärmphase
Unterdruck
Temperatur
Plateauphase
Aufh
eizp
hase
Abkühlphase
Zeit
niedrigbrennende Verblendkeramik< 800 °C
Was macht den Sinterprozess sicher?Was macht den Sinterprozess sicher?
Vorwärmzeit, ~Vorwärmzeit, ~temperaturtemperaturAufheizquotientAufheizquotientSintertemperaturSintertemperaturHaltezeitHaltezeitAbkühlphaseAbkühlphase
SinterbedingungenSinterbedingungen
Vorwärm-temperatur
Unterdruck
Stärke desUnterdrucks
Sinterendtemperatur
Abkühlphase
Aufh
eizr
ate
Haltezeit
Klinke et al: Einfluss von Sinterbedingungen auf die Sintergüte von Verblendkeramik, Quintessenz Zahntech 26, 12, 1317-1330 (2000)
SinterbedingungenSinterbedingungen
OfenkalibrierungOfenkalibrierung
Silberdrahtkalibrierung Silberdrahtkalibrierung entsprechend der Herstellerentsprechend der Hersteller--empfehlungempfehlung
BrennprobeBrennprobe
Imagine Relfex, 900 °C, 2min, Wabe, HF 100x
Sinterparameter verschiedener Sinterparameter verschiedener KeramiksystemeKeramiksysteme
60 sec.55°C/min.680°C450°CF
30 sec.55°C/min.760°C450°CE
60 sec.55°C/min.785°C450°CD
< 800°CKeramik
niedrigbrennende3.)
60 sec.60°C/min.820°C575°CB
60 sec.99°C/min.860°C600°CS
60 sec.60°C/min.870°C400°CT
120sec.75°C/min.900°C575°CX
900-801°CKeramik
mittelbrennende2.)
60 sec.55°C/min.900°C600°CC
60 sec.55°C/min.910°C600°CU
60 sec.70°C/min.917°C650°CK
60 sec.75°C/min.920°C575°CA
60 sec.55°C/min.930°C600°CG
940-901°Cbrennende Keramik
konventionell, hoch-1.)
zeitrateSintert.Vorwärmt.
Halte-Aufheiz-TemperaturKeramiksystem
7
Brennprogramm: niedrigschmelzende Keramik D ohne Störkörper
300
400
500
600
700
800
900
1
256
511
766
1021
1276
1531
1786
2041
2296
2551
2806
3061
3316
3571
3826
4081
4336
4591
4846
5101
5356
5611
5866
6121
6376
6631
6886
7141
7396
7651
7906
8161
8416
8671
8926
9181
9436
9691
9946
Zeit t in 0,1s
°C
Brennprogramm: Brennprogramm: niedrigbrennende Keramik D, ohne Störkörperniedrigbrennende Keramik D, ohne Störkörper
Klinke et al: Key Engineering Materials Vols. 192-195, 909-916 (2000) Klinke et al: Key Engineering Materials Vols. 192-195, 909-916 (2000)
Temperaturdifferenzen innerhalb der Sinterkammer in AbhängigkeitTemperaturdifferenzen innerhalb der Sinterkammer in Abhängigkeitder Sintertemperatur und Steigrateder Sintertemperatur und Steigrate
Brennprogramm: hochschmelzende Keramik Amit Störkörper 12 g; Steigrate 150 °C/min
820
840
860
880
900
920
940
1 74 147 220 293 366 439 512 585 658 731 804 877 950 1023 1096 1169 1242 1315 1388 1461 1534 1607 1680 1753 1826 1899 1972
Zeit t in 0,1s
°C
Brennprogramm: niedrigschmelzende Keramik Bmit Störkörper 6 g; Steigrate 150 °C/min
720
740
760
780
800
820
840
1 75 149 223 297 371 445 519 593 667 741 815 889 963 1037 1111 1185 1259 1333 1407 1481 1555 1629 1703 1777 1851 1925 1999
Zeit t in 0,1 s
°C
Auswirkung der Auswirkung der Sintertemperatur auf Sintertemperatur auf die Oberflächengütedie Oberflächengüte
Material und MethodeMaterial und MethodeProbenherstellungProbenherstellung und Brennbedingungenund Brennbedingungen
Rundproben entsprechendDIN 13297/0,188
0,5-0,7 g je Probe (materialabhängig)angeteigt mit aqua dest., vorverdichtet mit Rüttler, Flüssigkeit abgesaugt mit Filterpapier, verdichtet mit Schlagstempel
Aufheizrate, Haltezeit und Unterdruck für Dentin- und Glanzbrand sowie 20 °C ober-und unterhalb der Temperaturempfehlung der Hersteller
Brennronde (Biokritbeschichtung)
16 mm
1,6 mm
Material und MethodeMaterial und MethodeSinterbedingungenSinterbedingungen
AustromatAustromat 3001 (Fa. 3001 (Fa. DekemaDekema, kalibriert), kalibriert)Serielle Schnittstelle für das SinterprotokollSerielle Schnittstelle für das Sinterprotokoll(QM)(QM)
Temperaturprotokoll durch ofenunabhängiges Temperaturprotokoll durch ofenunabhängiges Thermoelement (Pt/Thermoelement (Pt/PtRoPtRo) über zentrischer Probe) über zentrischer ProbeTemp.Temp.--MeßgerätMeßgerät: Conrad DM: Conrad DM--4650 (öffentlich geeicht)4650 (öffentlich geeicht)Serielle Schnittstelle für TemperaturprotokollSerielle Schnittstelle für Temperaturprotokoll
Abhängigkeiten vom Abhängigkeiten vom SinterprozeßSinterprozeß
+40 K
+30 K
+20 K
+10 K
0 K
-10 K
-20 K
-30 K
-40 K
-50 K
-60 K1 min 2 min 4 min 6 min 10 min 15 min 30 min 60 min
Biffar, R., Klinke, Th.: Rostocker Med. Beiträge 1997
Keramik D
8
Keramik F, 660 °C
640 °C 680 °C
900 °C 920 °C 940 °C
Keramik A
100x
Auswirkung der Sintertemperatur auf die Auswirkung der Sintertemperatur auf die Oberflächengüte (REM)Oberflächengüte (REM)
Klinke, Th., Biffar, R.: DGZMK 2001; Mannheim
897 °C 917 °C 937 °C
Keramik K
100x
Auswirkung der Sintertemperatur auf die Auswirkung der Sintertemperatur auf die Oberflächengüte (REM)Oberflächengüte (REM)
Klinke, Th., Biffar, R.: DGZMK 2001; Mannheim
640 °C 660 °C 680 °C
Keramik F
100x
Auswirkung der Sintertemperatur auf die Auswirkung der Sintertemperatur auf die Oberflächengüte (REM)Oberflächengüte (REM)
Klinke, Th., Biffar, R.: DGZMK 2001; Mannheim
850 °C
870 °C
890°C
Hellfeld,Auflichtmikroskop 100x
Auswirkung der Sintertemperatur auf die Auswirkung der Sintertemperatur auf die Sintergüte (Keramik T)Sintergüte (Keramik T)
Klinke, Th., Biffar, R.: IADR, Göteborg, 2003
Auswirkung der Sintertemperatur auf die Auswirkung der Sintertemperatur auf die Sintergüte (Keramik X)Sintergüte (Keramik X)
880°C, 2 min
900°C, 2 min
920°C, 2 min100x
HF DF
HF DF
HF DF
Klinke, Th., Biffar, R.: IADR, Göteborg, 2003
9
Auswirkung der Auswirkung der Haltezeit auf die Haltezeit auf die SintergüteSintergüte
Auswirkung der Haltezeit auf die Auswirkung der Haltezeit auf die Sintergüte (Keramik D)Sintergüte (Keramik D)
Keramik D, 785 °C
1 min. 4 min.
Abb.7
900°C, 1 min 900°C, 2 min
Auswirkung der Haltezeit auf die Auswirkung der Haltezeit auf die Sintergüte (Keramik X)Sintergüte (Keramik X)
900°C, 3 min 900°C, 4 minDunkelfeld, 100X
Klinke, Th., Biffar, R.: IADR, Göteborg, 2003
• Mikroprofilometer(UBM 60,Fa. Mikro-focus, Karlsruhe)
• Laserdiode:780 nm, Ø1µm3-5 mWGenauigkeit: 0,01% der Messstrecke
Auswirkung der Sintertemperatur auf die Auswirkung der Sintertemperatur auf die OberflächengüteOberflächengüte (Messanordnung)(Messanordnung)
• Mikroprofilometer(UBM 60,Fa. Mikro-focus, Karlsruhe)
• Laserdiode:780 nm, Ø1µm3-5 mWGenauigkeit: 0,01% der Messstrecke
Auswirkung der Sintertemperatur auf die Auswirkung der Sintertemperatur auf die OberflächengüteOberflächengüte (Messanordnung)(Messanordnung)
Auswirkung der Sintertemperatur auf die Auswirkung der Sintertemperatur auf die OberflächengüteOberflächengüte (Übersicht)(Übersicht)
Keramik X, 900°C
Keramik S, 860°C
Keramik U, 910°C
Keramik T, 870°C
Rz
5.43 7.1211.44 12.64
0
5
10
15
20
25
30
Rz 5.43 7.12 11.44 12.64
Keramik X, 900°C Keramik S, 860°C Keramik U, 910°C Keramik T, 870°C
[µm] ( )∑ ∑= =+=
5
li
5
li vipi yy51Rz
10
Auswirkung der Sintertemperatur und Auswirkung der Sintertemperatur und Haltezeit auf die Sintergüte: Keramik XHaltezeit auf die Sintergüte: Keramik X
12
34
920°C
900°C
880°C
12.52
9.28 5.934.348.36
5.43 5.555.674.75
3.832.61
2.810
5
10
15
20
25
30
µm
880°C, HF, 100x
900°C, HF, 100x
900°C, HF, 100x
11.5
2840°C
860°C880°C
13.4013.61 14.86
4.21 5.437.12
4.73
5.66 7.36
0
5
10
15
20
25
30[µm]
Auswirkung der Sintertemperatur und Auswirkung der Sintertemperatur und Haltezeit auf die Sintergüte: Keramik SHaltezeit auf die Sintergüte: Keramik S
840°C, HF, 100x
860°C, HF, 100x
880°C, HF, 100x
Auswirkung der Sintertemperatur und Auswirkung der Sintertemperatur und Haltezeit auf die Sintergüte: Keramik THaltezeit auf die Sintergüte: Keramik T
850°C, HF, 100x
870°C, HF, 100x
890°C, HF, 100x11.5
2 850°C870°C
890°C
21.9024.10
25.39
11.59 11.49 12.64
3.36 5.91 5.440
5
10
15
20
25
30[µm]
Keramik B, 820 °C
99 °C/min. 139 °C/min
Übersicht dentale vollkeramische SystemeÜbersicht dentale vollkeramische Systeme
Vollkeramische Systeme
SilikatkeramikenCharakterisierung: Glasreiche MatrixMehrphasig: Kristalline Phasen,GlashasenRelativ niedrige Sintertemperaturen
OxidkeramikenCharakterisierung: Einphasig, Metalloxid < 100%Kein/geringer GlasanteilHohe Sintertemperaturen
Feldspatkeramiken
Gemahlenes Feldspatglas, SinterungI.d.R. Verblendkeramiken: Lava Ceram, VM13Mirage, Optec, CeracMark II
Glaskeramiken
Glas, das im Kristallisationsprozess unterworfen wird:Empress, Dicor
Glasinfiltriert
Angesintertes Al2O3-Pulver, das mit Glas infiltriert wird: In- CeramAllumina, In- CeramZirkonia
Polykristallin
Hohe SintertemperaturenSehr gleichmäßiges MikrogefügeGlasphasenfrei z.B.Everest, LavaFrame. Procera, Cercon- Base, DC- Zirkon
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Was ist Zirkonoxid?Was ist Zirkonoxid?
ZirkonoxidZirkonoxid MineralMineralNatürliches VorkommenNatürliches Vorkommen BaddeleyitBaddeleyit
(nur geringe Bedeutung)(nur geringe Bedeutung)SynthetischSynthetisch chemisch chemisch
hergestellt aus Zirkonhergestellt aus ZirkonNameName ZirkoniumdioxidZirkoniumdioxidChemische FormelChemische Formel ZrZrOO22
Zirkonoxid Zirkonoxid –– ZrOZrO22
Zirkonoxid, Zirconia (ZrO2)
ZirkonoxidZirkonoxidEigenschaftenEigenschaften
Aufgrund der hohen Festigkeit auch für Aufgrund der hohen Festigkeit auch für weitspannigeweitspannigeVollkeramikbrücken geeignetVollkeramikbrücken geeignetHomogene Oberfläche (Anwendung in Teleskoptechnik)Homogene Oberfläche (Anwendung in Teleskoptechnik)Hohe BiegefestigkeitHohe BiegefestigkeitHohe BruchzähigkeitHohe BruchzähigkeitHohe FestigkeitHohe FestigkeitNiedrige WärmeleitfähigkeitNiedrige WärmeleitfähigkeitTransluzenzTransluzenzWeißliche FarbeWeißliche FarbeBiokompatibelBiokompatibelChemisch resistentChemisch resistent
Zirkonoxid Zirkonoxid BesonderheitenBesonderheiten
Spontanbruch bei Überbelastung oberhalb des Spontanbruch bei Überbelastung oberhalb des kritischen Schwellenwerteskritischen SchwellenwertesUnterkritische Belastung von keramischen Unterkritische Belastung von keramischen Werkstoffen von Bedeutung (Kaubewegungen)Werkstoffen von Bedeutung (Kaubewegungen)Rissfortsetzung führt zur kritischen Risslänge und Rissfortsetzung führt zur kritischen Risslänge und schließlich zum Versagen der keramischen schließlich zum Versagen der keramischen Restauration.Restauration.
PhasentransformationsPhasentransformations--verfestigungverfestigung durch Einlagerung durch Einlagerung von von metastabilenmetastabilen tetragonalentetragonalenZirkonoxidteilchen und Zirkonoxidteilchen und insbesondere insbesondere ZrOZrO--TZPTZP..
Fehlstelle in einem Keramik-gefüge mit beginnendem Riss-wachstum
TransformationsverfestigungTransformationsverfestigung
Umwandlung der Zirkonoxid-teilchen ausgelöst durch Spannungs-spitzen oder Rissen
Rissverzehrung aufgrund der Raum-forderung bei Modifikationsumwand-lung der Zirkonoxidteilchen
12
TransformationsverfestigungTransformationsverfestigung
Entwicklung von Druckspannungder freien Oberfläche bei Abkühlungnach dem keramischen Brand.
Während der Abkühlung von Zirkonoxid-Frameworks kommt es zur Oberflächenverfestigung. 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
DC-Zirkondreigliedrig
DC-Zirkon vier-gliedrig
Lava-Framedreigliedrig
Lava-Frameviergliedrig
unverblendet verblendet
Bruchlast vollkeramischer Bruchlast vollkeramischer Brücken Brücken (15(15--17 bzw. 1417 bzw. 14--17)17)
Konnektor: 16mm²PhoZe Zementierung
YY--TZPTZP--A:A:Yttrium Yttrium oxydeoxyde dopeddoped -- TetragonalTetragonal ZirconiaZirconia PolycrystalsPolycrystals -- Aluminium Aluminium oxydeoxydedopeddoped
Zirkonoxid (ZrO2)Zirkonoxid (ZrO2) GrundmaterialGrundmaterialZrO2 (+HfO2) ca. 95,0 %ZrO2 (+HfO2) ca. 95,0 %HafniumoxidHafniumoxid (HfO2)(HfO2) natürlicher Begleiter von natürlicher Begleiter von <%5<%5 ZrO2ZrO2
chemisch nicht entfernbarchemisch nicht entfernbarallerdings ähnlich dem allerdings ähnlich dem ZrOZrO22
Yttriumoxid (Y2O3)Yttriumoxid (Y2O3) StabilisierungStabilisierung4,0 % 4,0 % -- 5,4 %5,4 %
Aluminiumoxid (Al2O3)Aluminiumoxid (Al2O3) Steigerung derSteigerung der< 0,5 %< 0,5 % BruchfestigkeitBruchfestigkeit
Durch Dotierung von 4,0 % Durch Dotierung von 4,0 % –– 5,4 % Y5,4 % Y22OO3 3 wird erreicht, dass wird erreicht, dass ZrOZrO2 2 auch bei Raumtemperatur auch bei Raumtemperatur tetragonaltetragonal (reines ZrO(reines ZrO22 ist ist bei Raumtemperatur monoklin) vorliegt. Das ganze nennt bei Raumtemperatur monoklin) vorliegt. Das ganze nennt sich dann sich dann
YY--TZPTZP--AA
Bei Temperaturerhöhung wandelt sich bei ca. 1170°C die Bei Temperaturerhöhung wandelt sich bei ca. 1170°C die monokline monokline Symmetrie des Symmetrie des ββ--ZrOZrO2 2 reversibel in eine reversibel in eine tetragonaletetragonale αα--FormFormum, verbunden mit einer um, verbunden mit einer VolumenabnahmeVolumenabnahme von von mehr als 5mehr als 5 %%. .
Beim Beim AbkühlenAbkühlen erhöht sich das Volumen bei ca. 1000°C wieder um erhöht sich das Volumen bei ca. 1000°C wieder um mehr als 3 %.mehr als 3 %.
Durch Durch YttriumoxidYttriumoxid bleibt bleibt metastabilemetastabile, , teragonaleteragonale erhalten und setzt erhalten und setzt Material unter Material unter „Vorspannung“.„Vorspannung“.
Ein eventuell Ein eventuell auftretender Rissauftretender Riss kann die Spannung freisetzen und die kann die Spannung freisetzen und die Umwandlung in das monokline Gitter würde sich vollziehen. Durch Umwandlung in das monokline Gitter würde sich vollziehen. Durch die die VolumenzunahmeVolumenzunahme entsteht an der entsteht an der SpitzeSpitze des Risses eine des Risses eine DruckspannungDruckspannung. Die . Die Rissfortpflanzung wird gehemmt bzw. Rissfortpflanzung wird gehemmt bzw. gestoppt. gestoppt.
Warum nun Yttriumoxid?Warum nun Yttriumoxid? Kristallsysteme beim Zr0Kristallsysteme beim Zr022
1170°
1000°
β- ZrO2
α- ZrO2
13
ZHZH--Blanks Blanks -- GehiptesGehiptes ZirkonoxidZirkonoxid
Hot Isostatic Pressing (HIP)
HIP HIP –– was ist das?was ist das?
1400- 1500 °C
ZHZH--Blanks Blanks -- GehiptesGehiptes ZirkonoxidZirkonoxid
Hot Isostatic Pressing (HIP)
bei ca. 1400°C – 1500°C 95 % gesintert und dann letzte Poro-sitäten durch isostatischenHochdruck eliminiert.
ZSZS--Blanks Blanks –– vorgesintertes ZrOvorgesintertes ZrO22
Hierbei handelt es sich um ein vorgesintertes ZrO2 Material, das sich in diesem Zustand (kreideähnlich) einfach bearbeiten lässt.
Durch anschließende Wärme-behandlung bei 1500°C ca. 12 - 13 Std. endgesintert wird.
Hierbei kann eine Schrumpfung von ca. 20 % zu erwartet werden.
ÜbersichtÜbersicht
ca. 700 µmca. 700 µm700 µm700 µm400 µm bei EK400 µm bei EK500 µm bei Brücken500 µm bei Brücken
MaterialstärkeMaterialstärke
< 20 µg/cm²< 20 µg/cm²< 20µg/cm²< 20µg/cm²10 µg/cm²10 µg/cm²0 µg/cm²0 µg/cm²LöslichkeitLöslichkeit
360 MPa360 MPa125 MPa125 MPa900900--1120 MPa1120 MPa1200 MPa1200 MPaBiegefestigkeitBiegefestigkeit
13.013.0
LeuzitverstLeuzitverst. . GlaskeramikGlaskeramik
InlaysInlays, , Kronen, Kronen, BrückenBrücken
GG--BlanksBlanks
10101010WAK25WAK25--500 500 (µm * m/K)(µm * m/K)
LithiumLithium--DisilikatDisilikat--verstverst. . GlaskeramikGlaskeramikGerüste im Gerüste im
FZ/FZ/SZ(BrückeSZ(Brückemaxmax 33--gl.)gl.)
YY--stabilisiertesstabilisiertes ZrO2ZrO2gehipptgehippt / vorgesintert/ vorgesintertKronen und BrückenKronen und Brücken
IndikationIndikation
IPS IPS e.maxe.maxZSZS--BlanksBlanksZHZH--BlanksBlanks
FazitFazit
Die Die werkstoffkundlichenwerkstoffkundlichen und ästhetischen Vorteile und ästhetischen Vorteile von ZrOvon ZrO22 hat kein anderer Werkstoff in der ZHK.hat kein anderer Werkstoff in der ZHK.Als Gerüstmaterial entspricht es weitgehend den Als Gerüstmaterial entspricht es weitgehend den Indikation von metallkeramischen Indikation von metallkeramischen Gerüstwerkstoffen. Gerüstwerkstoffen. Klinische Langzeiterfolge können für Klinische Langzeiterfolge können für weitspannigeweitspannigeBrücken noch nicht vorgelegt werden.Brücken noch nicht vorgelegt werden.Daher wird ZrODaher wird ZrO2 2 in naher Zukunft immer stärker im in naher Zukunft immer stärker im Mittelpunkt des Interesses stehen.Mittelpunkt des Interesses stehen.
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