Richtig gerechnet statt mutig geraten bringt Zirkonoxidverblendung auf Metallkeramikniveau.

Ein Abplatzen der Verblendkeramik tritt erfreulich selten auf. Herstellerunabhängig kommt dem Effekt ("Chipping") aber bei Zirkonoxidrestaurationen eine etwas größere Bedeutung zu als bei Metallkeramik. Eine theoretisch fundierte Behandlung dieses Problems mit experimentellem Nachweis hat nun zu optimierten Empfehlungen für die Abkühlung nach dem Aufbrennen der Verblendung geführt – eine verblüffend komplexe Rechenaufgabe.

Kürzlich hat Prof. Dr. Thomas Kerschbaum, Köln, eine grundlegende Studie zu Zirkonoxidrestaurationen veröffentlicht. Darin zielt er ganz auf den niedergelassenen Zahnarzt ab, der nach einer alltagstauglichen Formel für den Erfolg seiner Zirkonoxidrestaurationen sucht. Prof. Kerschbaum hat über ein zahntechnisches Labor Zugriff auf die Patientenkarteien von drei Zahnarzt-Kunden erhalten und konnte damit fünf Jahre Praxiserfahrungen (2002-2006) mit Cercon auswerten.

Bei den zahngetragenen Restaurationen registrierte Prof. Kerschbaum insgesamt 8 % Ausfälle, was er bei einem noch neuen Verfahren mit einem innovativen Werkstoff wie Zirkonoxid als durchaus in Ordnung bewertete – zumal die Ursachen für etwaiges Versagen eher im Chipping (Abschilferung der Verblendkeramik) als in etwaigen Gerüstbrüchen zu suchen seien. Dabei kann das Abplatzen der Verblendkeramik für den Frontzahnbereich und bei Brücken bis zu den Prämolaren sogar zahlenmäßig als vernachlässigbar angesehen werden. Zusammenfassend stellte Prof. Kerschbaum fest:

1. Verbinder und Kappen aus Zirkonoxid sind sehr bruchfest. In den dokumentierten Ausnahmefällen sind die Frakturen in der Regel kurz nach der Eingliederung aufgetreten. Dies weist auf technische Fehler bei der Herstellung bzw. Präparation hin, die nicht dem Werkstoff oder dem System anzulasten sind.

2. Misserfolge dürften auch auf individuelle Fehler des behandelnden Zahnarztes zurückzuführen sein, wobei zurzeit noch unklar ist, an welcher Stelle des Behandlungsregimes diese liegen. Ein Kardinalfehler wäre jedoch ein Einschleifen ohne Wasserkühlung und der Verzicht auf eine anschließende Oberflächenpolitur.

3. Das Hauptaugenmerk aber liegt auf der zahntechnischen Gerüstgestaltung und der werkstoffgerechten Verarbeitung. Die verkleinerte anatomische Zahnform, für eine gleichmäßige Unterstützung der Verblendkeramik, ist hier "state of the art".

Trotz der guten Ergebnisse ist es natürlich wünschenswert, die im Vergleich leicht höheren Chippingquoten bei Zirkonoxidrestaurationen an die der klassischen Metallkeramik anzugleichen. Als erste Frage muss geklärt werden, warum anscheinend Vollkeramikrestaurationen anfälliger für Chipping der Verblendkeramik sind als Metallkeramiken. Eine Ursache könnten die unterschiedlichen Wärmekapazitäten bzw. -leitfähigkeiten bei Oxidkeramiken im Unterschied zu Metallkeramiken sein. Die Anfangsthese lautete: Es gibt einen Unterschied beim Abkühlverhalten von Vollkeramik im Vergleich zur Metallkeramik. Um diese Hypothese zu beweisen muss eine sehr saubere Simulation der auftretenden mechanischen und thermischen Spannungen während des Verblendprozesses (Ofenbrand) durchgeführt werden. Denn die Abkühlung nach dem Aufbrennen der Verblendung ist womöglich der kritische Verarbeitungsschritt. Dazu muss eine grundsätzlich neue Art von Modellrechnungen verwendet werden, die bisher so für dentale „Bauelemente“ noch nie gerechnet wurde.

Solche Aufgaben zu „rechnen“, ist viel schwieriger, als man im ersten Moment denken mag. Rechenmodelle für Deformationen bei verschiedenen Materialien gibt es schließlich schon lange, zum Beispiel für Crash-Tests in der Autoindustrie. Aber ein Zahn oder eine Restauration stellen ein komplexeres System dar: Während man beim Auto näherungsweise mit nur einem Werkstoff rechnen darf, sind es bei einer Restauration mindestens Gerüst, Liner, Dentin – und damit schon drei verschiedene Schichten. In der von DeguDent in Auftrag gegebenen wissenschaftlichen Studie wurden die numerische Simulationen durch sogenannte Finite-Element-Analysen berechnet. Dabei wird ein komplexer Körper in Untervolumina aufgeteilt und die Spannungen an den Knotenpunkten berechnet.

Das Fazit

Das grundsätzliche Problem "Chipping" wurde von DeguDent in Zusammenarbeit mit den Universitäten Aachen und Heidelberg auf der Basis eines grundlegend neuen Ansatzes untersucht. Dabei wurden alle temperaturabhängigen Parameter durch Messungen bestimmt und die viskoelastischen Eigenschaften der Verblendkeramik mit einbezogen. Auch ging unter anderem erstmals ein Mehrschicht-Modell in umfangreiche Berechnungen ein und lieferte ein optimiertes Abkühlverfahren. Seine konsequente Anwendung dürfte die bereits heute geringe Zahl der Abschilferungen von Zirkonoxid-Verblendkeramik zukünftig noch signifikant reduzieren und das ganze Vollkeramiksystem noch robuster machen. Die Ursache für ein erhöhtes Chippingverhalten zeigte sich hier unabhängig vom Verblendkeramiktyp, d.h. dies ist ein grundsätzliches Verhalten bei Vollkeramiken. Bei den Abhilfemaßnahmen gehen allerdings verblendkeramiktypische Parameter ein. Dies bedeutet, dass der Brennablauf nicht ohne Risiko auf andere Zirkonoxid-Verblendkeramiken übertragen werden kann.

Beteiligte dieses interdisziplinären Forschungsprojektes:

Institut für Werkstoffanwendungen im Maschinenbau (IWM) der Rheinisch-Westfälischen Hochschule (RWTH) Aachen: Dr. Ewald Pfaff, Dr. Alexander Bezold, Hr. Atilim.