Kerámia rendszertan 2. rész, Fogászati kerámiák csoportosítása anyagszerkezet és feldolgozás szerint

Részletek

2011. április 28. csütörtök, 00:00

 

Indirekt restaurációk készítése során gyakran érezzük úgy, hogy már-már zavaróan sok különböző típusú kerámiarendszer közül kell kiválasztanunk a megfelelő anyagot. A helyes döntésben az segíthet, ha megértjük az egyes rendszereket. A szerzők anyagszerkezet és feldolgozás alapján rendszerezik és ismertetik meg az olvasóval a kerámiákat, így segítve az eligazodást, hogy mindig az indikációs területeknek legmegfelelőbb kerámiát tudjuk kiválasztani.

Anyagszerkezet szerinti 4. csoport:

Polikristályos anyagok

A tömörre szinterezett monofázisos kerámiákat a kristályok direkt szinterezésével gyártják. Tömör, légzárványoktól mentes, közbeeső üvegmátrixtól mentes, polikristályos struktúra a jellemzőjük. Különböző feldolgozási technológiák vannak, amelyek segítségével tömörre szinterezett alumínium-oxid (alumina, Al₂O₃) vagy cirkónium-dioxid (ZrO₂) váz készíthető. A fogászati felhasználásra gyártott anyagok között az első tökéletesen tömör, polikristályos anyag a Procera^® AllCeram alumina volt (Nobel Biocare, www.nobelbiocare.com), kb. 600 MPa ellenálló képességgel. ²⁹ A procera váz gyártása során az alumínium-oxid port mintacsonkra préselik és frézelik, majd 1600°C-on szinterezik, így egy tömör sapkát kapnak, melynek zsugorodása kb. 20% (11-12/b. ábra).

Az elmúlt évek során a fogászatban cirkonként ismert anyag felhasználása rendkívül felgyorsult. Az anyag nem tiszta cirkónium, hanem kis mennyiségű hozzáadott fémoxidokkal van stabilizálva. A stabilizált cirkónium megbízhatóan használható nagyobb erőhatásnak kitett területeken is, mint például a posterior régió többtagú teljes kerámia restaurációinak készítésére. A cirkónium a hozzáadott minor komponensektől függően különböző kristálytípusokban (fázisok) fordul elő. A hozzáadott minor komponensek: kalcium-oxid (CaO), magnézium-oxid (MgO), yttrium (Y₂O₃) és a cérium-oxid (CeO₂). A különböző fázisokat a minor komponensek stabilizálják szobahőmérsékleten. A tiszta cirkónium-dioxidhoz fogászati felhasználásra három tömeg% yttriumot adnak (13-14/b. ábra).

A cirkónium-dioxid fizikai tulajdonságai egészen kivételesek, kétszer olyan erős és ellenálló, mint az alumíniumoxid alapú kerámiák. Rugalmassága 900 MPa–1100 MPa között,^30,31 törési ellenállása pedig 8 MPa m1/2 és 10 MPa m1/2 között van.³⁰ Ez szignifikánsan magasabb érték, mint bármely más korábbi kerámia esetén. A törési ellenállás az anyagnak az a tulajdonsága, amely a repedések terjedését akadályozza meg. A cirkónium-dioxid fizikai paraméterei alapján alkalmas az anterior és posterior régióban többtagú rögzített pótlások anyagaként. A klinikai vizsgálatok a cirkónium-dioxid vázakkal kapcsolatos problémákról nem számolnak be.^32-34 A hibák a leplező kerámia töréséből, lepattanásából adódnak. Ha a fényre égetést követően lassú hűtési protokollt követve egyenlítjük ki a cirkónium és kerámia hőkülönbségét, a kerámia töréssel szembeni ellenálló képessége 20%-kal növelhető. A cirkónium-dioxid blokk, amelyből a vázat kifrézelik, lehet porózus vagy tömörre szinterezett, illetve újabban kisebb (egytagú) restaurációkat teljes végleges formában cirkónium-dioxidból frézelnek. A gyártás legtöbbször a porózus tömbből indul, 25%-kal nagyobb vázat faragnak, majd azt 4-6 órás ciklusban szinterezik teljesen tömörré. Alternatív lehetőség a tömörre szinterezett blokk frézelése, de ez kb. kétórás tagonkénti frézelési időt jelent. A porózus tömb frézelése 30-45 percet vesz igénybe egy háromtagú híd esetén.

Az üveg-alapú anyagok (1. és 2. csoport anyagai) savazhatók és bondozhatók. A kristály alapú anyagok (3. és 4. csoport anyagai) nem savazhatók, és sokkal nehezebben bondozhatók. Az 1-3. csoportok tagjai por/ folyadék kiszerelésben léteznek, a hagyományos ecsetfelhordásos technológiával feldolgozhatók, ugyanakkor gyárthatók préselhető, illetve frézelhetők blokkok formájában is. Általános szabály, hogy a por/folyadék rendszerek kész restaurációiban több a légbuborék és repedés, ezért ellenálló képességük kisebb, mint az előre gyártott tömbökből készült fogpótlások.

Labortechnológia, feldolgozás szerinti csoportosítás

A kerámiák feldolgozás szerinti csoportosítása sokkal egyszerűbb és könnyebben áttekinthető. A kerámiák számos különböző technológia és azok variációi által feldolgozhatók; a feldolgozás szerinti alapvető csoportok:

1. por/folyadék üveg-alapú rendszerek;
2. frézelhető vagy préselhető üveg-alapú rendszerek tömbjei;
3. CAD/CAM technológiával feldolgozott vagy mintacsonkra rétegzett főként kristályos (alumínium-oxid vagy cirkónium-dioxid) rendszerek.

Ez a csoportosítás azért is fontos, mert a feldolgozás technológiája és a klinikai siker vagy sikertelenség között szoros az összefüggés. Azonos kémiai struktúrájú és anyagszerkezetű restaurációk klinikai sikerét a végső tulajdonságok befolyásolása révén az anyag feldolgozásának technológiája határozza meg. Ugyanannak az anyagnak a frézelhető tömbjei jobb tulajdonságúak, mint a por/ folyadék változatok.

1. Por/folyadék

1/A. Hagyományos

Ebbe a csoportba tartoznak a tipikus leplezőanyagok, amelyek vagy teljesen üveg, vagy üveg és kristály összetevők keverékei. A teljes kerámia és fémkerámia munkák leplező kerámiájaként vagy önállóan, frontterületen héjrestaurációként használhatók. A por komponenst általában kézzel kell összekeverni ionmentes vízzel vagy a gyártók által forgalomba hozott speciális modelláló folyadékkal. Kézi ecsetfelhordásos technológiával rétegzik, majd a víz és levegő eltávolításához rázogatva kondenzálják. A vákuum alatti égetés a maradék levegő teljes eltávolítását, a porozitás elkerülést, a denzitás és az esztétika fokozását szolgálja. A leégetett anyagban azért gyakoriak a légzárványok, mert a restaurációk leplezése kézzel készül. A technológiának ez olyan velejárója, amely a laboratórium felkészültségétől, felszereltségétől és az égetési ciklusoktól függ. Mindenesetre a kézi rétegzésű anyagokban gyakran látunk buborékokat.

1/B. Öntőpépes öntés (Slip Casting)

Az eredeti In-Ceram és bizonyos cirkónium-dioxid tömbök gyártása az alumínium-oxid és cirkónium-dioxid öntőpépes öntésén alapszik. A kerámiamassza öntőpép nem más, mint a kerámiapor vízben homogénen eloszlatva. A port a vízben úgy lehet egyenletesen eloszlatni, hogy a víz pH-ját módosítják, a kerámiarészecskéknek így töltése lesz, és a port valamilyen polimerrel vonják be. Az In-Ceram eljárás kerámiavázának készítése során a kerámiamasszát kézi ecsetfelhordásos technikával rétegzik a speciális mintagipsz csonkra. A víz a porózus gipsz kapillárishatása révén távozik, a részecskék stabil hálózatos réteget alkotnak (15. ábra). Az alumínium-oxid vázat ezt követően szinterezik (0,2% zsugorodás) és a részecskék összeragadnak, porózus réteget alkotnak. A vázat lantánüveggel vonják be, az olvadt üveg a kapillárishatás révén a pórusokba infiltrálódik. Az üveggel bevont szubstruktúrát ismét égetik. Az üveg megszilárdulása után egy nagy szilárdságú, pórusmentes kerámiavázat kapunk. Utolsó lépésként alumínium-oxid tartalmú porcelánnal leplezik a szubstruktúrát, ami a pótlás végső formáját is megadja. Hasonló elven alapszik a por diszpergálásával járó eljárás, ilyenkor a cirkónium-dioxidot öntik gipsz öntőformába, amely a vizet elvonja, és a folyamat eredményeként homogén cirkóniumtömb gyártható.

2. Préselés

Az eljárás során a monokromatikus porcelán vagy üvegkerámia ingotokat préselhető állapotúvá melegítik elő, és a hagyományos viaszvesztéses technikával készített öntőformába préselik. Préselhető a restauráció végleges formára, majd az esztétikai hatás érdekében megfesthető, fényre égethető. Alternatív lehetőség, hogy a restaurációnak csak a vázát préselik, a megfelelő formára és színében egyedivé leplező kerámiával alakítják. Ez a technológiája az Empress restaurációk és a hasonló leucit/üveg szerkezetű anyagok feldolgozásának. Az üvegkerámia IPS e.max feldolgozásához is ezt használják. Préselhetők inlay-k, onlay-k, héjak vagy szóló koronák.

3. CAD/CAM

3/A. Fréztechnika

A végleges fogpótlás, teljes formában

Az inlay-k, onlay-k, koronák és héjak teljes, végleges formában a különböző tömbökből frézelhetők ki. A tömböket általában porból kiindulva gyártják, kötőanyaggal keverik, majd öntőformába préselik, vagy tömb formába sajtolják. A kötőanyag tartja össze a por fázist, hogy a sajtolt vagy préselt forma megmaradjon. Ezt követően a tömböket kályhába helyezik, az égetéssel a kötőanyag távozik, és az anyagot végleges tömörségűre szinterezik. Mint már korábban is említettük, a standardizált feldolgozási eljárásnak köszönhetően a tömbökből kifrézelt fogpótlások tömörebbek, jobb mechanikai tulajdonságokkal bírnak, mint a por/folyadék vagy a préselt restaurációk (16. ábra).^35,36

Üveg/Kristály

A Vitablocs szinte teljesen porozitásmentes, finom kristályszerkezetű tömbjeit finom őrlésű porból gyártják. Ez volt az első kifejezetten a Cerechez gyártott kerámiatömb, és nagyon jók a klinikai tapasztalatok a Vitablocsból gyártott inlay, onlay, anterior és posterior régió koronáival. A Sirona CEREC rendszeréhez 36 különböző tömböt gyártanak. A restaurációk külső festéssel egyediesíthetők, vagy a valósághű esztétikai hatáshoz porcelánleplezést is lehet rétegezni (17/a-17b. ábra). A tömbök lehetnek monokromatikus, egyszínűek vagy polikromatikusak, a kézi rétegtechnikás koronák dentin és porcelánszíneit utánzó fokozatos átmenettel.

Üveg/Leucit

Az üveg/leucit anyagok közé az Empress CAD és Authentic^® (Jensen Dental, www.jensendental.com) tartoznak. Az Empress CAD a préselhető Empress kerámiához hasonló anyagszerkezetű, földpát üveg megközelítően 45% leucitkristály tartalommal. A tömbök nagyon finom leucitkristály szerkezetűek (kb. 5 μm–10 μm), a végleges karakterizáció festéssel vagy leplező porcelán ráégetésével érhető el. Az Empress CAD monokromatikus és polikromatikus színekben is kapható. Ellenálló képessége a Vitablocs tömbökhöz hasonló. A tömbök nagy előnye a finom részecskeméret, ami véd a frézelés közbeni károsodásoktól, javítja a mechanikai tulajdonságokat, és csökkenti a kész restauráció polírozási idejét.

Lítium-diszilikát

Az IPS e.max tömb (lítium-diszilikát) kristályszerkezete még nem végleges, ezzel csökken a frézelési idő és a frézelés alatt a lepattanás veszélye. A kifaragott pótlás hőkezelése 20–30 perc, ez alatt az idő alatt kialakul az üveg végleges kristályszerkezete, elnyeri végleges színét és mechanikai tulajdonságait. A kristályosodás alatt a restauráció kékből fogszínűvé változik. Az anyagszerkezet és kémiai összetétel gyakorlatilag azonos az IPS e.max Press préskerámiával. Az e.max tömbök különböző transzlucenciával készülnek, a legkevésbé transzlucens anyag főként vázanyagként használható, míg a nagyobb transzlucenciájú tömbök végleges formájúra frézelt fogpótlások anyagaként használhatók.

Váz

Aluminium-oxid: üveginfiltrációs kerámia

Az In-Ceram tömbök hasonlóan a Vitablocs-hoz, az alumínium- oxid alapú por tömb alakba préselésével készülnek. A tömböket csak 75%-os tömörségűre égetik. Az In-ceram anyagok porózus tömbjeiből kifrézelik a vázat. Ezt követően a 100%-os denzitás eléréséhez különböző színű üveggel infiltrálják, majd porcelánnal leplezik. Az üveginfiltráció szóló korona esetén mindössze 20 percig, háromtagú híd esetén másfél óráig tart. Az anyagszerkezet az öntőpépes öntéssel feldolgozott alumínium-oxidéval azonos. A tömbök mindhárom In-Ceram típusnak megfelelően rendelkezésre állnak.

Alumínium-oxid: porózus

Az alumínium-oxid vázak az anyag porózus tömbjeiből frézelhetők. Az alumínium-oxid port kötőanyaggal keverve jutunk a tömbbe préselhető anyaghoz. A tömböket részlegesen szinterezik, hogy ellenállóbbak legyenek a frézeléssel szemben, vagy felhasználhatók a préselt „zöld” állapotú tömbök is (égetés nélküli, kötőanyaggal). A vázakat a tömbökből kifrézelik, majd végleges szinterezés következik kb. 1500°C-on 4–6 órás ciklusban. Az alumínium-oxid rendkívül finom szemcsemérete kb. 1 μm, ellenállása 600 MPa, alkalmas az anterior és posterior régió szóló koronáinak anyagaként és az anterior régió háromtagú hídpótlásainak készítésére.

Részlegesen stabilizált cirkónium-dioxid: porózus

A cirkónium-dioxid vázak – az alumínium-oxidhoz hasonlóan – gyártott porózus tömbökből frézelhetők. A port különböző eljárásokkal lehet a formába préselni. A préselés történhet uniaxiális (egytengelyű) eljárással, amikor egy irányból tömörítik az anyagot; biaxiálisan, kéttengelyű szemközti irányból, ahol a hordozó mind a két oldalról egyenletes nyomásnak van kitéve; vagy izosztatikusan, ez minden irányból egyenletes préselést jelent. Természetesen minden eljárásnak megvan a maga előnye és hátránya, de a cél mindig azonos: olyan homogén tömb, amely egyenletesen zsugorodik. Ugyanúgy, mint az alumínium-oxid esetében, frézelés után a cirkónium- dioxid váz kb. 25%-kal zsugorodik a 4–6 órás égetési ciklus során, 1300°C–1500°C-on. A részecskeméret kb. 0,1 μm–0,5 μm.

Részlegesen stabilizált cirkónium-dioxid: „HIP” tömbök A teljesen tömörre szinterezett cirkónium-dioxid tömböket hippeléssel (hot isostatic pressing-meleg izosztatikus préselés) gyártják. A cirkónium-dioxid port tömbbe előpréselik, vagy magát a port juttatják rugalmas formába. A tömböket vagy a formát műanyag vagy gumitokba vákuumzárják, és folyadékkal telt kamrába helyezik. A szinterezés nagy nyomáson és magas hőmérsékleten történik, folyadék, mint nyomásátadó közeg alkalmazásával. A nyomást a folyadék egyenletesen közvetíti a cirkóniumdioxidra. A kamra magas hőmérséklete teszi lehetővé a cirkónium végleges tömörségűre szinterezését (18. ábra). Az így készített cirkónium-dioxid tömbök rugalmassága kb. 1200 MPa–1400 MPa. A váz frézelése hosszabb időt vesz igénybe, és nem biztos, hogy a nagyobb ellenállás megéri az időveszteséget. A pontosság azonban fokozott, szemben a porózus tömbök frézelésével, ami nagy előny a fogívet áthidaló nagykiterjedésű vázaknál.

3/B. Egyéb

Elektrodepozíció

Az In-Ceram rendszer diszpergált porkomponensének öntőpépes öntés technológiáját használják az elektrodepozíciós rendszereknél, ahol a vezető mintacsonk felszínén a részecskék automatikusan válnak ki a pordiszperzión átvezetett áram hatására. Az eljárás hatékony szóló koronák esetében, de nehézkes és megbízhatatlan többtagú vázak esetén.

Következtetések

A kerámiákat különböző szempontok alapján csoportosíthatjuk. A cikk két csoportosítási rendszeren keresztül szeretné segíteni az eligazodást a fogászati kerámiák világában. A labortechnológiai feldolgozás nagyban befolyásolja az anyag ellenálló képességét és klinikai felhasználhatóságát, vagyis ez az elsődleges szempont, ami alapján az anyagok között választanunk kell.

Számos olyan aspektus létezik azonban, amelyek a fémkerámia pótlások készítésének nem annyira kritikus pontjai, de amelyeket a teljes kerámiarestaurációknál figyelembe kell venni (preparációs forma, cementezés), és amire ez a cikk nem tér ki. Az 1. táblázat a klinikai alkalmazásba segít eligazodni. Ahhoz, hogy a teljes kerámiarestaurációk anyagait sikerrel alkalmazzuk, jól megalapozott ismeretekre és sok gyakorlati tapasztalatra is szükség van.

Megjegyzés:

Dr. Giordanot a 3M ESPE, Dentsply, Ivoclar Vivadent, Sirona és a Vita cégek támogatták a cikk elkészítésében.

Forrás: Compendium, November/December 2010 – Vol. 31, No. 9

Fordította: Dr. Borbély Judit

Irodalom

1. Kingery WD, Bowen HK, Uhlmann DR. Introduction to Ceramics. 2nd ed. New York, NY: John Wiley and Sons;1976:1-19.
2. Otto T. CEREC restorations. CEREC inlays and onlays: the clinical results and experiences after 6 years of use in private practice [in French, German]. Schweiz Monatsschr Zahnmed. 1995;105(8):1038-1046.
3. Reiss B, Walther W. Überlebensanalyse und klinische Nachuntersuchungen von zahnfarbenen Einlagefüllungen nach dem CEREC-Verfahren [in German]. Zahnaerztl Welt. 1992;100(5):329-332.
4. Heymann HO, Bayne SC, Sturdevant JR, et al. The clinical performance of CAD-CAM-generated ceramic inlays: a four-year study. J Am Dent Assoc. 1996;127(8):1171-1181.
5. Berg NG, Derand T. A 5-year evaluation of ceramic inlays (CEREC). Swed Dent J. 1997;21(4):121-127.
6. Reiss B, Walther W. Ereignisanalyse und klinische Langzeitergebnisse mit Cerec-Keramikinlays [in German]. Dtsch Zahnarztl Z. 1998;53(1):65-68.
7. Reiss B, Walther W. Clinical long-term results and 10-year Kaplan-Meier analysis of Cerec restorations. Int J Comput Dent. 2000;3(1):9-23.
8. McLaren EA, Giordano RA, Pober R, et al. Material testing and layering techniques of a new two phase all glass veneering porcelain for bonded porcelain and high alumina frameworks. Quintessence Dent Technol. 2003;26:69-81.
9. McLaren EA, Giordano RA. Zirconia-based ceramics: material properties, esthetics, and layering techniques of a new veneering porcelain, VM9. Quintessence Dent Technol. 2005;28:99-111.
10. Wagner J, Hiller KA, Schmalz G. Long-term clinical performance and longevity of gold alloy vs ceramic partial crowns. Clin Oral Investig. 2003;7(2):80-85.
11. Brochu JF, El-Mowafy O. Longevity and clinical performance of IPSEmpress ceramic restorations–a literature review. J Can Dent Assoc. 2002;68(4):233-237.
12. Kraemer N, Frankenberger R. Clinical performance of bonded leucitereinforced glass ceramic inlays and onlays after 8 years. Dent Mater. 2005;21(3):262-271.
13. Manhart J, Chen HY, Neuerer P, et al. Three-year clinical evaluation of composite and ceramic inlays. Am J Dent. 2001;14(2):95-99.
14. van Dijken JW, Hasselrot L, Ormin A, et al. Restorations with extensive dentin/ enamel-bonded ceramic coverage. A 5-year follow-up. Eur J Oral Sci. 2001;109(4):222-229.
15. Albakry M, Guazzato M, Swain MV. Fracture toughness and hardness evaluation of three pressable all-ceramic dental materials. J Dent. 2003;31(3):181-188.
16. Albakry M, Guazzato M, Swain MV. Biaxial flexural strength, elastic moduli, and x-ray diffraction characterization of three pressable allceramic material. J Prosthet Dent. 2003;89(4):374-380.
17. Guazzato M, Albakry M, Ringer SP, et al. Strength, fracture toughness and microstructure of a selection of all-ceramic materials. Part I. Pressable and alumina glass-infiltrated ceramics. Dent Mater. 2004;20(5):441-448.
18. Hoeland W, Schweiger M, Frank M, et al. A comparison of the microstructure and properties of the IPS Empress 2 and the IPS Empress glass ceramics. J Biomed Mater Res. 2000;53(4):297-303.
19. Della Bona A, Mecholsky JJ Jr, Anusavice KJ. Fracture behavior of Lithia disilicate and leucite based ceramics. Dent Mater. 2004;20(10):956-962.
20. Piwowarczyk A, Lauer HC, Sorensen JA. In vitro shear bond strength of cementing agents to fixed prosthodontic restorative materials. J Prosthet Dent. 2004;92(3):265-273.
21. Clarke D. Interpenetrating phase composites. J Am Ceram Soc. 1992;75:739-759.
22. Proebster L. Survival rate of In-Ceram restorations. Int J Prosthodont. 1993;6(3):259-263.
23. Scotti R, Catapano S, D’Elia A. A clinical evaluation of In-Ceram crowns. Int J Prosthodont. 1995;8(4):320-323.
24. Proebster L, Diehl J. Slip casting alumina ceramics for crown and bridge restorations. Quintessence Int. 1992;23(1):25-31.
25. McLaren EA, Sorensen JA. High strength alumina crown and bridge substructures generated using copy milling technology. Quintessence Dent Technol. 1995;18:31-38.
26. Seghi RR, Daher T, Caputo A. Relative flexural strength of dental restorative ceramics. Dent Mater. 1990;6(3):181-184.
27. Giordano R, Pelletier L, Campbell S, et al. Flexural strength of alumina and glass components of In-Ceram. J Dent Res. 1992;71:253.
28. McLaren EA, White SN. Survival of In-Ceram crowns in a private practice: a prospective clinical trial. J Pros Dent. 2000;83(2):216-222.
29. Hegenbarth EA. Procera aluminum oxide ceramics: a new way to achieve stability, precision, and esthetics in all-ceramic restorations. Quintessence Dent Technol. 1996;20:21-34.
30. Piwowarczyk A, Ottl P, Lauer HC, et al. A clinical report and overview of scientific studies and clinical procedures conducted on the 3M ESPE Lava All-Ceramic System. J Prosthodont. 2005;14(1):39-45.
31. Papanagiotou HP, Morgano SM, Giordano RA, et al. In vitro evaluation of low-temperature aging effects and finishing procedures on the flexural strength and structural stability of Y-TZP dental ceramics. J Prosthet Dent. 2006;96(3):154-164.
32. Sailer I, Feher A, Filser F, et al. Five year clinical results of zirconia frameworks for posterior fixed partial dentures. Int J Prosthodont. 2007;20(4):383-388.
33. Christensen RP, Eriksson KA, Ploeger BJ. Clinical performance of PFM, zirconia, and alumina three-unit posterior prostheses [abstract]. http://iadr.confex.com/iadr/2008Toronto/techprogram/ abstract_105962.htm. Accessed June 6, 2010.
34. Raigrodski AJ, Chiche GJ, Potiket N, et al. The efficacy of posterior three-unit zirconium-oxide-based ceramic fixed partial dental prostheses: A prospective clinical pilot study. J Prosthet Dent. 2006;96(4):237-244.
35. Stappert CF, Guess PC, Chitmongkolsuk S, et al. All-ceramic partial coverage restorations on natural molars. Masticatory fatigue loading and fracture resistance. Am J Dent. 2007;20(1):21-26.
36. Fasbinder DJ. Clinical performance of chairside CAD/CAM restorations. J Am Dent Assoc. 2006;137(suppl):22S-31S.