Ein Leitfaden zu Yttriumoxid-stabilisiertem Zirkonoxid: Mechanische und optische Eigenschaften für Zahnprothesen

Eine der erstaunlichsten Keramikarten ist yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumdioxid, oder YSZ. Dieses Material hat die Zahnmedizin verändert. Es wird zur Herstellung von starken und schönen Zahnprothesen verwendet. Aber nicht jedes YSZ ist gleich. Es gibt verschiedene Arten. Jede Art hat ihre eigenen mechanischen Eigenschaften und optischen Eigenschaften. Dieser Artikel soll Ihnen helfen, diese zu verstehen. Wir werden uns ansehen, wie ein wenig einer Substanz namens Yttriumoxid eine Keramik stabilisieren und verändern kann. Sie werden lernen, warum eine Sorte superstark ist und eine andere wie natürliche Zähne aussieht. Dies ist wichtig für jeden, der mit Zahnersatz arbeitet oder ihn erhält.

Was ist Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ)?

Hier war eine Keramik, die so stark war wie einige Metalle. YSZ ist eine spezielle Art von Zirkonoxidkeramik. Reines Zirkonoxid ist nicht sehr stabil. Es kann leicht reißen, wenn es heiß oder kalt wird. Um dies zu beheben, fügen wir ein wenig eines anderen weißen Pulvers namens Yttriumoxid (y2o3) hinzu. Durch diesen Prozess stabilisieren wir das Material.

Die Zugabe von Yttriumoxid macht das Zirkonoxid stark und zäh. Die Hauptstruktur dieser neuen Keramik wird als tetragonale Phase bezeichnet. Diese tetragonale Form ist sehr wichtig für ihre Festigkeit. Wir sehen YSZ oft in Zahnprothesen, weil es stark, weiß und sicher für den Körper ist. Dies wird als Biokompatibilität bezeichnet. Die Menge an Yttriumoxid, die wir hinzufügen, verändert die Eigenschaften von Zirkonoxid stark. Dies gibt uns verschiedene Arten von YSZ für verschiedene Aufgaben.

Warum müssen wir Zirkonoxid stabilisieren, um es nutzbar zu machen?

Reines Zirkonoxid reißt leicht, wenn es abkühlt. Dies liegt an etwas, das als Phasenumwandlung bezeichnet wird. Zirkonoxid hat verschiedene Formen oder Phasen. Wenn es sehr heiß ist, befindet es sich in einer kubischen Phase. Wenn es abkühlt, möchte es sich in eine monokline Phase verwandeln. Diese Formveränderung verursacht viel Stress. Der Stress macht die Keramik schwach und voller Risse.

Hier kommt Yttriumoxid (y2o3) ins Spiel. Der Yttriumoxidgehalt trägt zur Stabilisierung des Materials bei. Es fängt das Zirkonoxid in seiner starken tetragonalen Phase ein, selbst bei Raumtemperatur. Dies verhindert das Auftreten der schlechten Phasenumwandlung. Dies macht das yttriumoxidstabilisierte Zirkonoxid sehr stark und zuverlässig. Ohne Yttriumoxidgehalt wäre Zirkonoxid für Dinge wie dental crownsunbrauchbar. Diese Stabilität ist auch wichtig, um eine Tieftemperaturdegradation zu verhindern, bei der das Material an einem feuchten Ort, wie z. B. einem Mund, mit der Zeit schwach werden kann. Dieser Prozess wird auch als hydrothermale Alterung bezeichnet.

Wie verändert der Yttriumoxidgehalt die mechanischen Eigenschaften?

Die Menge an Yttrium, die wir hinzufügen, ist sehr wichtig. Wir messen sie in Molprozent. Viele Jahre lang war der häufigste YSZ-Typ 3Y-TZP. Das bedeutet, dass es 3 Molprozent Yttrium enthält. Diese Keramik hat erstaunliche mechanische Eigenschaften. Es hat eine sehr hohe Biegefestigkeit und eine hohe Bruchzähigkeit. Die Biegefestigkeit gibt an, wie stark man es biegen kann, bevor es bricht. 3Y-TZP eignet sich hervorragend für Zahnprothesen im hinteren Teil des Mundes, wo man mit viel Kraft kaut.

Aber es gibt einen Kompromiss. Während 3Y-TZP stark ist, ist es nicht sehr hübsch. Es ist sehr weiß und undurchsichtig, was bedeutet, dass kein Licht durchdringen kann. Also entwickelten Wissenschaftler eine neue Art von yttriumoxidstabilisiertem Zirkonoxid. Diese Art wird 5Y-PSZ genannt. Es enthält 5 Molprozent Yttrium. Dieser höhere Yttriumoxidgehalt führt zu etwas geringeren mechanischen Eigenschaften. Die Biegefestigkeit ist nicht so hoch. Die optischen Eigenschaften sind jedoch viel besser. Es lässt mehr Licht durch, sodass es eher wie natürliche Zähne aussieht.

Was ist das Besondere an der Bruchzähigkeit von YSZ?

Die Bruchzähigkeit ist eines der unglaublichsten Dinge an yttriumoxidstabilisiertem Zirkonoxid. Stellen Sie es sich als die Superkraft des Materials vor. Bruchzähigkeit bedeutet, wie gut ein Material das Wachstum eines Risses verhindern kann. Die meisten keramischen Materialien haben eine sehr geringe Bruchzähigkeit. Wenn Sie einen kleinen Riss in einem Essteller haben, bricht er sehr leicht. YSZ ist anders.

Wenn sich ein winziger Riss in YSZ zu bilden beginnt, geschieht etwas Magisches an der Spitze des Risses. Die Spannung durch den Riss bewirkt, dass sich die stabilen tetragonalen Körner genau an dieser Stelle in die monokline Phase verwandeln. Diese monokline Phase nimmt mehr Platz ein. Sie drückt den Riss zu und verhindert, dass er wächst. Dies macht YSZ sehr haltbar. Es verleiht dem Material eine hohe mechanische Widerstandsfähigkeit gegen Bruch. Aus diesem Grund sind y-tzp-Keramiken so vertrauenswürdig für Zahnrestaurationen, die lange halten müssen. Die hohe Bruchzähigkeit ist ein wichtiger Teil ihres Erfolgs.

Kann YSZ wie natürliche Zähne aussehen? Ein Blick auf die optischen Eigenschaften.

Lange Zeit war die Antwort "nicht wirklich". Die erste Art von yttriumoxidstabilisiertem Zirkonoxid, 3Y-TZP, war zu undurchsichtig. Es hatte ein niedriges Kontrastverhältnis, was bedeutet, dass es wie ein flaches, einfarbiges Weiß aussah. Dies lag an seiner Mikrostruktur. Die kleine Korngröße und die reine tetragonale Phase streuten viel Licht. Dadurch sah es weniger wie natürliche Zähne aus, die eine gewisse Transluzenz aufweisen.

Dies änderte sich alles mit den neuen Zirkonoxidmaterialien wie 5Y-PSZ. Der höhere Yttriumoxidgehalt (5 Molprozent) erzeugt eine Mischung aus tetragonalen Körnern und kubischen Phasenkörnern. Die kubische Phase ist sehr wichtig für das Aussehen. Es hat eine Struktur, die Licht leicht durchlässt. Dies verleiht dem Material eine höhere Transluzenz. Das Licht kann in die Keramik eindringen und herumhüpfen, genau wie in einem echten Zahn. Dies verleiht ihm ein schönes, natürliches Aussehen. Wir können dies mit Tests messen, die Reflexionsgrad und Opazität überprüfen. Die verbesserten optischen und mechanischen Eigenschaften machen diese neueren YSZ-Typen ideal für Frontzähne.

Was ist mehrschichtiges, mit Yttrium stabilisiertes Zirkonoxid?

Mehrschichtiges yttriumoxidstabilisiertes Zirkonoxid ist eine der intelligentesten Ideen in der Zahnmedizin. Es löst das Problem der Wahl zwischen Stärke und Schönheit. Ein mehrschichtiger Zirkonoxidblock ist wie ein Kuchen mit verschiedenen Schichten. Diese werden oft als Zirkonoxid-Mehrschichtblöcke verkauft. Jede der Zirkonoxidschichten hat unterschiedliche Zirkonoxidzusammensetzungen.

Die Schicht auf der Innenseite, nahe der Basis des Zahns, ist wie 3Y-TZP. Es hat einen niedrigen Yttriumoxidgehalt, sodass es eine sehr hohe Biegefestigkeit und Bruchzähigkeit aufweist. Dies macht die restaurative Krone sehr stark. Die Schichten auf der Außenseite, an der Spitze des Zahns, sind wie 5Y-PSZ. Sie haben einen höheren Yttriumoxidgehalt. Diese Schichten haben erstaunliche optische Eigenschaften und sehen sehr natürlich aus. Diese Kombination bietet Ihnen das Beste aus beiden Welten. Sie erhalten die Festigkeit, die Sie vom starken Kern benötigen, und die Schönheit, die Sie von den transluzenten äußeren Schichten wünschen. Aus diesem Grund werden Keramiken für monolithische Zahnkronenanwendungen heute oft aus mehrschichtigem Zirkonoxid hergestellt.

Wie testen wir YSZ? Ein einfacher Blick auf die Röntgenbeugung.

Um sicherzustellen, dass ein YSZ-Block die richtigen Eigenschaften hat, müssen wir ihn testen. Wir können ihn nicht einfach ansehen. Eines der wichtigsten Werkzeuge, die wir verwenden, ist die Röntgenbeugung (XRD). Es klingt kompliziert, aber die Idee ist einfach. Wir schießen einen winzigen, sicheren Röntgenstrahl auf ein kleines Stück der Keramik. Die kristalline Struktur im Inneren des YSZ reflektiert die Röntgenstrahlen in einem speziellen Muster.

Dieses Muster, das als XRD-Diffraktogramm bezeichnet wird, ist wie ein Fingerabdruck für das Material. Es sagt uns genau, welche Phasen sich im Inneren befinden. Wir können sehen, wie viel des Materials tetragonal ist, wie viel kubische Phase und ob es eine schlechte monokline Phase gibt. Mithilfe der Röntgenbeugung können wir die Qualität des yttriumoxidstabilisierten Zirkonoxids überprüfen. Dies hilft uns zu wissen, ob die mechanischen Eigenschaften und die Transluzenz unseren Erwartungen entsprechen. Wir können verschiedene yttriumoxidstabilisierte Zirkonoxidkeramiken mit großer Präzision vergleichen.

Was ist Quantifizierung und warum ist sie wichtig?

Das Erhalten des Musters aus der Röntgenbeugung ist der erste Schritt. Der nächste Schritt ist die Quantifizierung. Dies bedeutet einfach "etwas zählen". Wir müssen zählen, wie viel von jeder Phase im YSZ vorhanden ist. Sind es 90% tetragonal und 10% kubische Phase? Oder ist es 50/50? Diese Quantifizierung ist sehr wichtig, da die Menge jeder Phase die mechanischen Eigenschaften und optischen Eigenschaften steuert.

Dazu verwenden wir eine spezielle mathematische Methode, die Rietveld-Verfeinerung genannt wird. Die Rietveld-Verfeinerungsmethode nimmt das komplexe Muster aus dem XRD-Test und liefert uns genaue Zahlen. Sie kann uns den genauen Prozentsatz der tetragonalen, kubischen und monoklinen Phasen nennen. Dank der Rietveld-Verfeinerung können wir uns sehr sicher über die Zusammensetzung des Materials sein. Dies hilft uns, das Verhalten des Materials zu simulieren und sicherzustellen, dass die yttriumoxidstabilisierten Zirkonoxidkeramiken für monolithische Kronen sicher und effektiv sind.

Wie wichtig ist die Probenvorbereitung für die Prüfung?

Meiner Erfahrung nach beginnen gute Testergebnisse mit einer guten Probenvorbereitung. Sie können die beste Testmaschine der Welt haben, aber wenn Ihre Probe schlecht ist, sind Ihre Ergebnisse schlecht. Um die Biegefestigkeit und Bruchzähigkeit von yttriumoxidstabilisiertem Zirkonoxid zu testen, müssen wir kleine, perfekte Stäbe aus dem Keramikblock herstellen. Dies erfordert oft sorgfältiges Schneiden und Polieren.

Dann müssen die Zirkonoxidproben verdichtet werden. Manchmal wird eine einachsige Presse verwendet, um das Pulver zu verdichten, bevor es zu einem festen Block wird. Danach wurden die Proben gesintert. Sintern bedeutet, dass wir die Keramik bei sehr hoher Temperatur backen. Die Sintertemperatur und die Backdauer beeinflussen die endgültige Korngröße und Mikrostruktur. Eine kleinere Korngröße bedeutet oft bessere mechanische Eigenschaften. Wenn die Probenvorbereitung nicht präzise durchgeführt wird, sind die Tests nicht genau, und wir sehen möglicherweise statistisch signifikante Unterschiede, die nicht real sind.

Welches YSZ sollte für verschiedene Zahnprothesen verwendet werden?

Wie wählen wir also das richtige YSZ aus? Das hängt alles von der Aufgabe ab. Wir haben zwei Arten von Entscheidungen, die auf den Bedürfnissen basieren. Wenn Sie eine Krone für einen Backenzahn benötigen, wie z. B. einen Molar (mol), benötigen Sie maximale Festigkeit. Diese Zähne kauen viel. Hierfür ist eine monolithische Zirkonoxidkrone aus 3Y-TZP eine gute Wahl. Es hat die beste mechanische Festigkeit und Bruchzähigkeit. Das Aussehen ist im hinteren Teil des Mundes weniger wichtig. Dies sind die besten Zirkonoxidkeramiken für monolithische zahnärztliche Arbeiten, bei denen die Festigkeit im Vordergrund steht.

Wenn Sie eine Krone für einen Frontzahn benötigen, ist Schönheit das Wichtigste. Sie möchten, dass sie zu den anderen natürlichen Zähnen passt. Hier ist eine Krone aus 5Y-PSZ oder einem mehrschichtigen Zirkonoxidblock die beste Wahl. Diese Materialien bieten eine hervorragende Transluzenz von verschiedenem yttriumoxidstabilisiertem Zirkonoxid. Die geringere Biegefestigkeit ist in Ordnung, da die Frontzähne nicht die gleiche Kaubelastung haben wie ein Mol. Beim Vergleich der Materialien wurden signifikante Unterschiede sowohl in der Festigkeit als auch im Aussehen festgestellt. Die Wahl des richtigen Materials führt zu einem erfolgreichen und zufriedenstellenden Ergebnis in der Prothetik.

Zusammenfassung: Wichtige Dinge, die man sich merken sollte

• Yttriumoxidstabilisiertes Zirkonoxid (YSZ) ist eine starke Keramik, die für Zahnprothesen verwendet wird. Yttriumoxidgehalt wird hinzugefügt, um es zu stabilisieren.
• YSZ mit niedrigem Yttriumoxidgehalt (3 Mol%) ist sehr stark mit hoher Bruchzähigkeit, sieht aber undurchsichtig aus. Es ist gut für Backenzähne.
• YSZ mit hohem Yttriumoxidgehalt (5 Mol%) ist weniger stark, hat aber bessere optische Eigenschaften. Es sieht aus wie natürliche Zähne und ist gut für die Vorderseite.
• Mehrschichtiges Zirkonoxid kombiniert starke und schöne Schichten in einem Block für die besten Ergebnisse.
• Die erstaunliche Bruchzähigkeit von YSZ beruht auf einem Prozess, der als Phasenumwandlung bezeichnet wird, bei dem die tetragonale Struktur das Wachstum von Rissen verhindert.
• Tests mit Röntgenbeugung und Rietveld-Verfeinerung helfen uns, die Qualität und Quantifizierung des YSZ zu überprüfen.