The Effect of Aging on Biaxial Flexural Strength of Lithium Disilicate and Strength Gradient Zirconia

In der Welt der modernen Zahnmedizin haben sich die Materialien zum Ersatz fehlender oder beschädigter Zähne von einfachen Füllungen zu hochentwickelten Keramiken entwickelt, die das Aussehen und das Gefühl von natürlichem Zahnschmelz imitieren. Unter diesen stechen zwei Arten von Keramik durch ihre Balance zwischen Ästhetik und Haltbarkeit hervor: Lithiumdisilikat, ein glasbasiertes Material, das für sein lebensnahes Aussehen bekannt ist, und Zirkonia, eine robuste, kristalline Keramik, die eine außergewöhnliche Festigkeit bietet. Damit eine dentale Restauration erfolgreich ist, muss sie den unerbittlichen Kräften des Kauens und den ständigen Temperaturschwankungen standhalten, die durch heißen Kaffee und kaltes Eis verursacht werden. Im Laufe der Zeit können diese wiederholten Belastungen dazu führen, dass mikroskopische Risse entstehen, was potenziell zum Bruch des Materials führen kann. Wissenschaftler und Kliniker müssen wissen, ob diese Materialien jahrelanger solcher Abnutzung standhalten können, ohne ihre strukturelle Integrität zu verlieren, oder ob der tägliche Zyklus aus heiß und kalt, kombiniert mit dem Druck beim Beißen, sie letztlich schwächen wird.

Ein Forscherteam der Universität von Jordan trat an, um diese Frage zu beantworten, indem sie zwei spezifische Dentalkeramiken einem Test unterzogen. Sie konzentrierten sich auf ein beliebtes Lithiumdisilikat-Produkt und ein neueres, mit einem Festigkeitsgradienten versehenes Zirkonia-Material, das so konzipiert ist, dass sich seine Zusammensetzung von innen nach außen verändert, um ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Ästhetik zu finden. Um die harten Bedingungen eines menschlichen Mundes zu simulieren, fertigten die Forscher vierzig kleine, flache Scheiben aus diesen Materialien an, die jeweils zwei Millimeter dick und zehn Millimeter breit waren. Sie teilten diese Scheiben in vier Gruppen auf, um zu sehen, wie sich die Materialien unter verschiedenen Bedingungen behaupten würden. Zwei Gruppen dienten als Kontrollgruppe, die die Materialien in ihrem frischen Zustand darstellte. Die anderen beiden Gruppen wurden einem intensiven künstlichen Alterungsprozess unterzogen, der darauf ausgelegt war, fünf Jahre klinischer Anwendung zu simulieren. Dieser Prozess beinhaltete zwei unterschiedliche Herausforderungen: Erstens wurden die Scheiben 6.000 Zyklen lang wiederholt in heißes Wasser bei 55 Grad Celsius und anschließend in kaltes Wasser bei 5 Grad Celsius getaucht, um den Thermoschock beim Essen und Trinken zu simulieren. Unmittelbar danach wurden die gealterten Scheiben über eine Million Zyklen mechanischer Druckbelastung ausgesetzt, wobei alle 1,5 Sekunden eine Kraft von 50 Newton auf sie ausgeübt wurde, um den repetitiven Vorgang des Kauens nachzubilden.

Sobald die Simulation der Alterung abgeschlossen war, testeten die Forscher die Festigkeit jeder einzelnen Scheibe. Sie platzierten jede Scheibe auf einer Prüfmaschine und wandten eine stetig zunehmende Kraft auf die Mitte an, bis die Scheibe zerbrach. Diese Methode ermöglichte es ihnen, den exakten Druck zu messen, dem das Material standhalten konnte, bevor es versagte. Die Ergebnisse zeigten einen klaren und signifikanten Unterschied zwischen den beiden Materialien. Die Zirkonia-Scheiben erwiesen sich als weitaus stärker, mit einer durchschnittlichen Bruchstelle von etwa 1.185 Megapascal, im Vergleich zu den Lithiumdisilikat-Scheiben, die im Durchschnitt bei etwa 47 3 Megapascal brachen. Dies bestätigte, dass das Zirkonia-Material eine viel höhere Kapazität besitzt, Brüche unter Belastung zu widerstehen. Die überraschendste Erkenntnis betraf jedoch den Alterungsprozess selbst. Trotz der intensiven thermischen Zyklen und der über eine Million Kau-Simulationen änderte sich die Festigkeit keines der Materialien in statistisch bedeutsamer Weise. Das gealterte Zirkonia besaß genau so viel Festigkeit wie das frische Zirkonia, und dasselbe galt für das Lithiumdisilikat.

Die Studie untersuchte auch genauer die Zuverlässigkeit der Materialien, indem sie analysierte, wie konsistent ihre Festigkeit über die verschiedenen Proben hinweg war. Während das Zirkonia insgesamt stärker war, variierte seine Festigkeit stärker von einer Scheibe zur anderen, wohingegen das Lithiumdisilikat eine gleichmäßigere Leistung über das gesamte Spektrum zeigte, obwohl es schwächer war. Dies deutet darauf hin, dass Zirkonia zwar schwerere Lasten bewältigen kann, sein Versagenspunkt jedoch etwas weniger vorhersehbar ist als der der glasbasierten Keramik. Letztendlich zeigt die Forschung, dass für diese spezifischen Materialien die Kombination aus Thermoschock und repetitiven Kaukräften, selbst wenn diese auf fünf Jahre Gebrauch beschleunigt wurden, nicht in der Lage ist, ihre Bruchfestigkeit zu beeinträchtigen. Die Ergebnisse legen nahe, dass beide Materialien unter diesen Bedingungen ihre mechanische Integrität beibehalten, was die Gewissheit bietet, dass sie für eine langfristige Verwendung im Mund robust genug sind, sofern sie basierend auf ihren inhärenten Festigkeitsunterschieden für die richtigen klinischen Situationen ausgewählt werden.