Keramische Werkstoffe finden bereits seit mehr als einem Jahrhundert Anwendung in Zahnmedizin und Zahntechnik. So wurde bereits im Jahre 1889 von Charles Land das Patent für die erste „Vollkeramikkrone“ angemeldet. Diese sogenannte „Land’s Crown“ wurde später als „Jacketkrone“ bezeichnet und war letztendlich der Urvorläufer der heutigen Vollkeramikkronen. Durch die Weiterentwicklung der Werkstoffe konnte die Zuverlässigkeit voll­keramischer Restaurationen stetig gesteigert werden.

In den Jahren seit 1987 war es durch die Verwendung computergestützter Fertigungsverfahren zudem möglich, auch industriell gefertigte Keramikblöcke für den Herstellungspro­zess zu verwenden. Der Einsatz von CAD/CAM-Technologien in Zahnmedizin und Zahntechnik ist zu einem festen Bestandteil in der Herstellungskette für Zahnersatz geworden. War es am Anfang vor allem das Hochleistungsmaterial Zirkoniumdioxid, welches nur durch Fräsen bzw. Schleifen bearbeitet werden konnte, so finden zunehmend auch andere Materialklassen in der computergestützten Fertigung ihre Anwendung. Die Liste von keramischen Werkstoffen für die Bearbeitung durch CAD/ CAM-Maschinen ist vom jeweiligen Fertigungssystem abhängig. Einige Fräsmaschinen sind speziell auf die Fertigung von ZrO2-Gerüsten ausgelegt, während andere Systeme hingegen die komplette Palette keramischer Materialien abdecken, von Glaskeramiken über Infiltrationskeramiken bis hin zu oxidischen Hochleistungskeramiken. Die Vorteile maschinen­gestützter Fertigung zeigen sich in einer hohen Materialgüte aufgrund industriell vorgefertigter Rohlinge, einem prakti­kablen Qualitätsmanagement, in einer jederzeit möglichen Reproduzierbarkeit aufgrund digitaler Daten, in einer drastischen Reduktion der Herstellungskosten und schlussendlich in der Verarbeitung hochinnovativer Werkstoffe. Derzeit lassen sich folgende Keramikwerkstoffe standardmäßig auf dentalen CAD/CAM-Maschinen bearbeiten:

Abb. 1: Lithium-Disilikat-Keramikblöcke zeichnen sich durch ihre hohe Biegefestigkeit aus (Darstellung der drei verschiedenen Kristallisationsstufen).

Abb. 2–4: Dentinkerne von Oberkieferfrontzahnkronen von 13–23 aus IPS e.max CAD-Material vor und nach dem Kristallisationsbrand sowie nach der Fertigstellung.

Abb. 5: Mehrere Hersteller bieten zwischenzeitlich auch mehrfarbige Glaskeramikblöcke für die CAD/CAM-Bearbeitung an, hier am Beispiel des VITA TriLuxe forte Blockes.

Abb. 4

Abb. 5: Mehrere Hersteller bieten zwischenzeitlich auch mehrfarbige Glaskeramikblöcke für die CAD/CAM-Bearbeitung an, hier am Beispiel des VITA TriLuxe forte Blockes.

Abb. 6: 14 Einzelzahnkronenkappen als CAD-Datensatz.

Abb. 7: … nach dem Fräs- und Sintervorgang

Abb. 8: ... und fertig verblendet.

Abb. 9: Die Indikationsbreite von Zirkoniumdioxid reicht von Gerüstkappen für Einzelzahnkronen und Brückengerüsten bis hin zu Primärteleskopen.

Abb. 10: CAD-Datensatz für ein individuelles Implantatabutment (CARES Implantataufbau auf Straumann Tissue Level Implantat).

Abb. 11: Der nach den CAD-Daten komplett aus Zirkoniumdioxid gefertigte Implantataufbau im Patientenmund (CARES Implantataufbau auf Straumann Tissue Level Implantat).

Abb. 12: Die CAD/CAM-Bearbeitung kann mit …

Abb. 13: ...oder ohne Wasserkühlung erfolgen (Bildquelle 3M ESPE).

Abb. 14: Indikationsgerechte Präparation für vollkeramische Frontzahnkronen (Kon­vergenzwinkel 12°, Mindestwandstärke 1,0 mm zirkulär, 1,5 mm inzisal).

Abb. 15: Keramische Inlays aus Feldspatkeramikblöcken und leuzitverstärkten Glaskeramikblöcken werden 60 Sekunden mit HF-Gel geätzt (Restaurationen aus Lithium-Disilikat-Blöcken dagegen 20 Sekunden).

Abb. 16: Glaskeramisches MOD–Inlay nach dem Einsetzen mit Kompositüberschüssen.

Abb. 17–19: Die verschiedenen Fertigungsstufen einer Sinterverbundkrone. Der Verbundbrand erfolgt hierbei bei 850 °C

Abb. 18

Abb. 19

Abb. 20: Eingegliederte Sinterverbundkrone auf Zahn 46.

Glaskeramiken

• Feinstrukturfeldspatkeramiken
• Leuzitverstärkte Glaskeramiken
• Lithium-Disilikat-Keramiken

Infiltrationskeramiken

• VITA In-Ceram ALUMINA (Al2O3)
• VITA In-Ceram ZIRCONIA (Al2O3 ZrO2)
• VITA In-Ceram SPINELLl (MgAl2O4)

Oxidische Hochleistungskeramiken

• Zirkoniumdioxid
• Aluminiumoxid

Schleifbare Glaskeramikblöcke werden von mehreren CAD/ CAM-Systemen zur Herstellung von Inlays, Onlays, Veneers, Teilkronen und Vollkronen (vollanatomisch, anatomisch teil­reduziert) angeboten. Neben monochromen Blöcken bieten verschiedene Hersteller mittlerweile auch mehrfarbig ge­schichtete Rohlinge an (Vitablocs TriLuxe [VITA Zahnfabrik, Bad Säckingen], IPS EmpressCAD Multi [Ivoclar Vivadent, Schaan, FL], inCoris CEREC Blocs PC [Sirona, Bensheim]), um daraus ästhetische, vollanatomische Kronen zu schleifen. Grundsätzlich kann man bei den schleifbaren Glaskeramikblöcken zwischen Feldspatkeramikblöcken (z.B. VITA Mark II, VITA Zahnfabrik, Bad Säckingen), leuzitverstärkten Glaskeramikblöcken (z.B. IPS EmpressCAD, Ivoclar Vivadent, Schaan, FL) und Lithium-Disi­li­kat-Keramikblöcken (z.B. IPS e.maxCAD, Ivoclar Vivadent, Schaan, FL). Eine besondere Stellung in der Gruppe der Glas­keramiken nehmen aufgrund der höheren Festigkeitswerte die Lithium-Disilikat-Keramikblöcke ein (Abb. 1), die für voll­anatomische Front- und Seitenzahnkronen für Kappen im Front- und Seitenzahnbereich und für Brückengerüste bis zu drei Gliedern im Frontzahnbereich verwendet werden können (Abb. 2 bis 4). Glaskeramiken sind vor allem für die Chairside-Anwendung geeignet, da sie durch zahnähnliche transluzente Eigenschaften auch ohne Verblendung zu ästhetisch ansprechenden Ergebnissen führen. Durch den relativ hohen Glas­anteil sind diese Keramiken im Gegensatz zu Oxidkeramiken mit Fluorwasserstoffsäure (HF) ätzbar und können damit hervor­ragend adhäsiv befestigt werden.

Beispiele für monochrome Glaskeramikblöcke

• VITABLOCS Mark II (VITA Zahnfabrik, Bad Säckingen): Feinstruktur-Feldspatkeramikblöcke für Inlays, Onlays, Veneers, vollanatomische Kronen
• inCoris CEREC Blocs (Sirona, Bensheim): Feldspatkeramikblöcke für Inlays, Onlays, Veneers, vollanatomische Kronen
• IPS Empress CAD (Ivoclar Vivadent, Schaan, FL): Leuzitverstärkte Glaskeramikblöcke für Inlays, Onlays, Veneers, voll­anatomische Kronen
• IPS e.maxCAD (Ivoclar Vivadent, Schaan, FL): Lithium-Disilikat-Keramikblöcke für vollanatomische Kronen, Kappen für Front- und Seitenzahnkronen

Beispiele für mehrfarbig geschichtete Rohlinge

• VITABLOCS TriLuxe (VITA Zahnfabrik, Bad Säckingen): Feldspatkeramikblöcke für Inlays, Onlays, Veneers, vollanatomische Kronen
• VITABLOCS TriLuxe Forte (VITA Zahnfabrik, Bad Säckingen): Feldspatkeramikblöcke mit feinerer Nuancierung des Farbüberganges sowie mehr Chroma und Fluoreszenz im Zervikalbereich. Geeignet für Inlays, Onlays, Veneers, voll­anatomische Kronen (Abb. 5)
• IPS Empress CAD Multi (Ivoclar Vivadent, Schaan, FL): Leuzitverstärkte Glaskeramikblöcke mit natürlichem Farb-, Transluzenz- und Fluoreszenzverlauf. Geeignet für Inlays, Onlays, Veneers, vollanatomische Kronen
• inCoris CEREC Blocs PC (Sirona, Bensheim): Polychroma­tische Feldspatkeramikblöcke in drei verschiedenen Farben für Inlays, Onlays, Veneers, vollanatomische Kronen

Schleifbare Blöcke aus Infiltrationskeramiken werden im po­rösen, kreidigen Zustand bearbeitet und anschließend mit Lanthanglas infiltriert. Alle Rohlinge für Infiltrationskeramiken stammen aus dem VITA In-Ceram System und werden in drei Variationen angeboten:

• VITA In-Ceram ALUMINA (Al2O3) (VITA Zahnfabrik, Bad Säckingen): Geeignet für Kronenkappen im Front- und Seitenzahnbereich, dreigliedrige Brückengerüste im Frontzahnbereich.
• VITA In-Ceram ZIRCONIA (Al2O3 ZrO2) (VITA Zahnfabrik, Bad Säckingen): Geeignet für Kronenkappen im Front- und Seitenzahnbereich, dreigliedrige Brückengerüste im Frontzahnbereich und Seitenzahnbereich. Dank des ausgezeichneten Maskierungsvermögens eignet sich diese Keramik hervorragend für stark verfärbte Stümpfe.
• VITA In-Ceram SPINELL (MgAl2O4) (VITA Zahnfabrik, Bad Säckingen): besitzt die höchste Transluzenz aller Oxidkeramiken und empfiehlt sich somit für die Fertigung hoch ästhe­tischer Frontzahnkronengerüste, insbesondere auf vitalen Zahnstümpfen und bei jungen Patienten.

Derzeit werden Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid als Rohlingsblöcke für die CAD/CAM-Technologie angeboten.

Aluminiumoxid (Al2O3)

Diese oxidische Hochleistungskeramik wird in einem vorge­sinterten Stadium beschliffen und anschließend bei 1.520 °C im Sinterofen dichtgesintert. Die Indikation für Aluminium­oxid sind Kronenkäppchen im Front- und Seitenzahnbereich, Primärteile und dreigliedrige Frontzahnbrückengerüste. Die geschliffenen Gerüste können mit VITA InCeram AL Coloring Liquid in mehreren Farben individuell eingefärbt werden.

Beispiele für schleifbare Aluminiumoxidblöcke:

• VITA In-Ceram AL Block (VITA Zahnfabrik, Bad Säckingen)
• inCoris AL (Sirona, Bensheim) in einem elfenbeinartigen Farbton (Farbe F 0,7) erhältlich

Yttriumstabilisiertes Zirkoniumdioxid (ZrO2, Y-TZP)

Zirkoniumdioxid ist eine oxidische Hochleistungskeramik mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften. Die hohe Biegefestigkeit und die unter Dentalkeramiken extrem hohe Risszähigkeit bieten die Möglichkeit, diesen Werkstoff als Gerüstmaterial für Kronen, Brücken und Primärteleskope (Abb. 6 bis 9) sowie, bei korrekter Indikationsstellung, für individuelle Implantatabutments zu verwenden (Abb. 10). Die Zugabe von 3 Mol% Y2O3 führt zu einer metastabilen tetragonalen Phase bei Raumtemperatur, die durch einen Übergang in eine monokline Phase das Fortschreiten von Rissen in der Keramik verhindert und somit die hohe Risszähigkeit bewirkt (Umwandlungs- oder Transformationsverstärkung).

Beispiele für Zirkonoxid-Blöcke:

• Lava Frame (3M ESPE, Seefeld)
• Cercon smart ceramics (DeguDent, Hanau)
• Everest ZS und ZH (KaVo, Biberach)
• inCoris ZI (Sirona, Bensheim)
• In-Ceram YZ (VITA Zahnfabrik, Bad Säckingen)
• zerion (Straumann etkon, Gräfelfing)
• ZENO Zr (WIELAND Dental + Technik, Pforzheim)

Grundsätzlich kann zwischen drei verschiedenen Fertigungsmöglichkeiten in der dentalen CAD/CAM-Anwendung unterschieden werden. Diese sind:

• Cairside-Fertigung
• Labside-Fertigung
• Zentrale Herstellung im Fertigungszentrum

Alle drei Varianten zeigen sowohl Vor- als auch Nachteile. Vollkeramische Materialien können dabei mit jeder der drei Fertigungsmethoden bearbeitet werden. Allerdings zeigen sich wesentliche Unterschiede in der Materialvielfalt, sodass bei einigen Systemen sowohl Glas-, Infiltrations- als auch oxidische Hochleistungskeramiken zur Anwendung kommen, während andere Systeme ihren Fokus auf die Bearbeitung von Zirkoniumdioxid legen. Dies hängt vor allem davon ab, ob die Bearbeitung mit oder ohne Wasserkühlung erfolgt (Abb. 12 und 13). Glaskeramische Werkstoffe können ausschließlich unter Wasserkühlung bearbeitet werden, da ansonsten das Material und die Schleifkörper geschädigt würden.

Das Anwendungsspektrum für vollkeramische Werkstoffe erstreckt sich mittlerweile vom klassischen „Keramikinlay“ bis hin zu mehrgliedrigen Brückenrestaurationen. Trotzdem ist es nach Ansicht der Autoren unbedingt notwendig, sich streng an die Empfehlungen und Freigaben der jeweiligen Hersteller zu halten.

Die Präparationen für keramische Restaurationen unterscheiden sich je nach verwendetem Material. Ein gemeinsames Merkmal ist jedoch die sogenannte keramikgerechte Präparation, mit gerundeten Kanten ohne scharfe Übergänge. Für Zirkoniumdioxid-einzelkronen sollte eine Gerüststärke von 0,5mm (im Frontzahnbereich 0,3mm) und ein Platzbedarf von 0,5–1,0mm eingeplant werden. Die Stufenpräparation mit innengerundeter Kante stellt die Präparationsgrenze der Wahl dar. Die ausgeprägte Hohlkehle, die ebenso viel Zahn­hart­substanzabtrag erfordert, ist der Stufe als Präparationsgrenze unterlegen. Zur Erzielung einer möglichst guten primären Passung ist ein Präpa­rationswinkel von 8–12° geeignet. Die Inzisalkante des präparierten Stumpfes sollte mind. 1 mm betragen, um ein optimales Ausschleifen des Inzisalbereiches während der CAD/CAM-Bearbeitung zu ermöglichen. Für keramische Werkstoffe mit niedriger Eigenfestigkeit (z.B. leuzitverstärkte Keramiken) wird ein Konvergenzwinkel von 12° in Ver­bindung mit einer Stufenpräparation und gerundeter Innen­kante als besonders geeignet angesehen. Dabei müssen die Mindest­schichtstärken (1,0mm zirkulär und 1,5mm okklusal) streng eingehalten und bei der Präparation berücksichtigt werden (Abb. 14). Für Lithium-Disilikat-Keramiken werden ähnliche Präparationsrichtlinien vorgeschlagen, wobei die zirkuläre Mindestschichtstärke bei 0,8mm und die okklusale Mindest­schichtstärke bei 1,5mm liegen.

Das Befestigungsprotokoll richtet sich nach der Präparation und der Eigenfestigkeit der Keramik. So lassen sich Vollkronen aus Lithiumdisilikat und Zirkoniumdioxidgerüsten nach werkstoffkundlichen Gesichtspunkten konventionell mit herkömmlichen Zementen befestigen. Kapselpräparate (z.B. Ketac Cem, 3M ESPE, Seefeld) sind hier aufgrund des exakten Mischungs­ver­hält­nisses bestens geeignet. Keramiken mit geringer Eigen­festig­keit benötigen das Verbundsystem mit dem natürlichen Zahn, um ausreichende Stabilität zu gewährleisten (Abb. 15 und 16).

Neue Fertigungsvarianten im Bereich des vollkeramischen Zahnersatzes werden derzeit von mehreren Herstellern ange­boten bzw. getestet. An erster Stelle sei hier das von der Firma WIELAND Dental + Technik (Pforzheim) angebotene CAO-Verfahren (Computer Aided Overpress) genannt, bei dem neben der Gerüststruktur aus Zirkoniumdioxid eine Verblendhülle aus rückstandlos verbrennbarem Kunststoff im CAD/CAM-Verfahren hergestellt wird. Anschließend werden beide Komponenten zusammen gewachst, eingebettet und aufgeheizt, um dann in der klassischen Überpresstechnik fertiggestellt zu werden. Dieses Vorgehen erspart dem Labor das Aufwachsen der Ver­blendung für das Überpressverfahren, sodass damit eine kosteneffizien­tere Her­stellung möglich ist.

Eine noch höhere Effektivität verspricht die sogenannte „Sin­ter­­verbundkrone“ (SVK®), bei der ebenfalls die beiden Kronen­bestandteile, Gerüst und Verblendung, im CAD/CAM-Verfahren hergestellt werden. Allerdings geschieht dies bereits mit den definitiven Materialien, welche anschließend im so­genannten „Sinterverbundbrand“ zusammengefügt werden (Abb. 17 bis 20).

Dieses Verfahren befindet sich derzeit im Prototypen­stadium und könnte auch für die Herstellung von Brücken geeignet sein. Erste materialwissenschaftliche Unter­su­chungen deuten auf das hohe mechanische Potenzial der Sinterverbundkrone hin.


Ein ausführliche Tabelle als Anhaltspunkt für die materialspezifischen Indikationsfreigaben der verschiedenen vollkeramischen Materialtypen kann in der Redaktion unter c.senf@oemus-media.de angefordert werden.

Autoren: Dr. med. dent. Florian Beuer, ZTM Josef Schweiger