Forschungspreis Vollkeramik zum Haftverbund von Zirkonoxid
Die vorliegende Studie des Teams um Priv.-Doz. Dr.-Ing. Ulrich Lohbauer, Universität Erlangen, zeigt zum ersten Mal mikrostrukturelle Aufnahmen der Grenzfläche zwischen Verblendung und Zirkonoxid. Der thermische Prozess der Verblendung führt zu einer Regeneration des Kristallgefüges im ZrO2-Gerüst und damit zur Wiederherstellung der zähen Eigenschaften.
Mit korrekt verarbeiteter ZrO2-Keramik können deshalb auch geringere Wandstärken (bis 0,5 mm) und filigranere Verbinderquerschnitte realisiert werden, schreiben die Autoren um Lohbauer et al.
Der Werkstoff garantiert eine hohe Festigkeit und Bruchzähigkeit
So befasste sich die Arbeitsgruppe mit Zirkonoxid (ZrO2) als Gerüstkeramik für die aufbrennkeramische Verblendung. Der Werkstoff erhält durch die Sinterung nach subtraktiver Formgebung eine hohe Festigkeit und Bruchzähigkeit.
Das Prinzip der Zähigkeitssteigerung beruht auf einer martensitischen Umwandlung von tetragonalen in monokline Einzelkristallite. Klinische Studien zeigen, dass Frakturen innerhalb der Verblendkeramik (Chippings) auftreten können und somit ein Problem für vollkeramischem Zahnersatz aus ZrO2darstellen.
Die Ursachen für Clipping sind noch nicht beantwortet
Die Ursachen für das Auftreten von Chippings ist noch nicht völlig geklärt. ZrO2-Gerüste werden in der Praxis noch vor der Verblendung oftmals verschiedenen Oberflächenbehandlungen unterzogen, die Auswirkungen auf den Verbund zur Verblendkeramik haben können.
In dieser Studie wurden Oberflächenkonditionierungsverfahren wie Sandstrahlen mit unterschiedlichen Korngrößen (35/105 μm), rotierende Bearbeitung mit Diamantschleifern (150 μm Korn), thermischer Entspannungsbrand auf ZrO2-Substraten (Y-TZP) angewandt und diese anschließend aufbrennkeramisch verblendet.
Analyse der mikrostrukturellen Grenzfläche
Ziel war, die Mikrostruktur an der Grenzfläche zwischen ZrO2und Verblendung zu analysieren und die morphologischen Veränderungen auf der ZrO2-Oberfläche nach der Verblendung zu beschreiben. Dabei wurde festgestellt, dass eine ansteigende Aluminiumoxid-Korngröße (35 μm vs 105 μm) in der ZrO2-Matrix sowie die rotierende Bearbeitung mit Diamantinstrumenten(150 μm Korn) einen zunehmenden Einfluss auf die Oberflächenrauigkeit der Oxidkeramik und auf die strukturelle Integrität des oberflächennahen ZrO2-Gefüges hat.
Der relative monokline Gehalt vor und nach thermischer Behandlung wurde mittels Röntgenbeugung (XRD) untersucht. Durch den thermischen Verblendprozess findet eine Umkehrung der martensitischen Transformation von monoklin nach tetragonal statt. Die Forscher untersuchten die Mikrostruktur an der Grenzfläche zur Verblendkeramik im Transmissionselektronenmikroskop (TEM) anhand von Dünnschliffproben.
Die mechanisch vorbehandelten Proben wiessen dabei einen stark deformierten Bereich von 1 bis 3 μm in der ZrO2-Oberfläche auf. Der Verbund zur Verblendkeramik wurde davon nicht beeinflusst. Die Methode der Selected Area Electron Diffraction (SAED) wurde angewandt, um die Tiefe der Phasenumwandlung im ZrO2 zu beurteilen.
Die Anwesenheit monokliner Phasenanteile im ZrO2 konntebis zu einer Tiefe von 4 μm (sandgestrahlt 35 μm tief), 11 μm nach Sandstrahlung mit 105 μm Al2O3-Korn, und 9 μm nach Diamantschleifer-Bearbeitung unterhalb derOberfläche bestätigt werden.
Priv.-Doz. Dr.-Ing. Ulrich Lohbauer und sein Team erhielten für die Arbeit: "Mikrostrukturelle Untersuchungen an der Grenzfläche zwischen Zirkonoxid und Verblendkeramik" den "Forschungspreis Vollkeramik" der AG Keramik.
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