Implantate werden in modernen Behandlungskonzepten häufig als Verankerungselement für Zahnersatz verwendet. Diese Implantate bestehen in der Regel aus Titan, das seit Jahrzehnten erfolgreich zur Versorgung mit Einzelkronen [19], mehrgliedrigen Brücken [18] sowie für abnehmbare Versorgungen [6] verwendet wird und somit den „Goldstandard“ darstellt. Als die ersten Implantate vor circa 50 Jahren entwickelt wurden, gab es neben Titanimplantaten [3] bereits auch keramische Implantate aus Aluminiumoxid [22, 24]. Diese konnten sich aufgrund eines erhöhten Frakturrisikos nicht durchsetzen und wurden Anfang der 90er-Jahre wieder vom Markt genommen [1]. Der Wunsch nach einer metallfreien Alternative aus Keramik bestand jedoch weiterhin. So richtete sich das Augenmerk auf den Werkstoff Zirkonoxid (ZrO₂), der als dentale Keramik aufgrund der Verarbeitungsmöglichkeiten im Rahmen der CAD/CAM-Technologie zunehmend in den Fokus rückte.

Zirkonoxid – eine Hochleistungskeramik

Zirkonoxid, häufig auch als Zirkonium­dioxid oder Zirkonoxid-Keramik benannt, ist ein Metalloxid, das jedoch keine metallischen Eigenschaften aufweist. Das zugrundeliegende Netzwerk beinhaltet zum Großteil (circa 70 %) ionische Bindungen zwischen Sauerstoff- und Zirkon­iumatome [14]. ZrO₂ wird, verglichen mit anderen Keramiken, aufgrund der unter anderem erhöhten Biege­festigkeit (900 bis 1200 MPa) und Risszähigkeit (6 bis 8 MPa√M) [16] als Hochleistungskeramik bezeichnet. Darüber hinaus weist es auch eine hohe Abrasionsfestigkeit sowie geringe thermische Leitfähigkeit auf. Die Erklärung für diese mechanische Beschaffenheit ist in der atomaren Gitterstruktur zu finden. ZrO₂ hat allotropische Eigenschaften und kann deshalb im gleichen Aggregatzustand in verschiedenen Strukturen vorliegen. So zeigt sich ZrO₂ als temperaturabhängiger Polymorph: Bei Raumtemperatur bis 1070 °C liegt es in monokliner Form vor, zwischen 1170 °C und 2370 °C in tetragonaler und ab 2370 °C bis hin zum Schmelzpunkt weist es eine kubische Gitterstruktur auf [8]. Diese Phasenumwandlung ist mit einer Volumenveränderung verbunden und würde den Werkstoff für die zahnmedizinische Verwendung unbrauchbar machen. Zur Beeinflussung der Phasenumwandlung, werden spezielle Oxide wie zum Beispiel Yttriumoxid (Y₂O₃) hinzugegeben, um den tetragonalen Zustand bei Raumtemperatur zu stabilisieren. So wird für die Herstellung von dentalen Implantaten meistens ein mit Yttrium stabilisiertes, tetragonales, polykristallines ZrO₂ (engl.: yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystal, Y-TZP) verwendet.

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Felix Burkhardt
PD Dr. Benedikt Spies
Oberarzt, Klinik für Zahnärztliche Prothetik, Charité-Universitätsmedizin, Berlin
Prof. Dr. Florian Beuer
Ärztlicher Direktor, Zahnärztliche Prothetik, Charité-Universitätsmedizin, Berlin
Stefano Pieralli