Celokeramické náhrady v dnešní době přitahují čím dál větší pozornost odborné veřejnosti díky svým vlastnostem a již relativně snadno dosažitelným technickým podmínkám pro jejich zpracování. Hlavní specifika celokeramických náhrad, druhy a postupy zpracování byly již mnohokrát nastíněny v odborných publikacích a prezentačních materiálech výrobců. Většinu těchto informací však bylo možno pokládat jen za teoretické. Cílem série článků, které zde budou průběžně uveřejňovány, je objektivní mapování základních vlastností celokeramických systémů, vycházejících ze studií prováděných mezinárodní asociací pro dentální výzkum (IADR). Tyto studie objektivně analyzují jednotlivé celokeramické systémy užité v praxi a přinášejí tak cenné informace, které mají svým charakterem u uživatelů praktické uplatnění.
Seznámení smateriálem a jeho užití
K výrobě konstrukcí celokeramických náhrad se dnes jíž využívá vícero druhů materiálů. Jedním z nejvíce rozšířených je zirkonoxid, přesněji Y-ZTP (yttrium stabilized tetragonal zirconia polycrystals) čili zirkon oxid stabilizovaný yttriem. Přibližně od roku 1970 byl až do dnes využíván vortopedii na výrobu umělých hlavic kyčelních kloubů. Na celém světě bylo dosud dokumentováno více než 400 000 aplikací vtéto oblasti.
Z velkého množství pokusů na stárnutí materiálu a testů na mechanickou zátěž, lze dojít k závěru, že mechanické vlastnosti Y-ZTP vykazují i po padesáti letech fyziologického používání dostatečnou pevnost pro klinické aplikace u ortopedických a zubních implantátů. U Y-ZTP nebyly v různých pokusech in vitro a in vivo, v testu na odchylku chromosomů ani Amesově testu zjištěny mutagenní nebo karcinogenní účinky. Současně se uvádí, že při kontaktu zirkonoxidu s kostmi nebo měkkými tkáněmi nejsou pozorovány žádné lokální toxické účinky. Ve stomatologii tento materiál našel výrazné uplatnění až spříchodem celokeramických systémů. Mimo konstrukcí celokeramických náhrad dále zirkonoxid slouží jako materiál čepů kořenových nástaveb, ortodontických zámků (breket) nebo abutmentů implantátů.
Zirkonoxid byl v nedávné minulosti opracováván v hustě sintrovaném stavu. Za takových podmínek se značně opotřebovávaly nástroje a opracování bylo časově náročné. Většina systémů proto dnes již využívá technologii zpracování presintrovaného oxidu zirkonia, představující novou účelnou a hospodárnou techniku zhotovování korunek a můstků ze zirkonoxidu v zubní laboratoři. Z výzkumů mechanických vlastností Y-ZTP, prováděných mezinárodní asociací pro dentální výzkum, vyplynuly následující zjištění. Statická mez pevnosti frézovaných trojčlenných můstků v distálních úsecích chrupu na bázi zirkonoxidu je oproti trojčlenným můstkům z lisované keramiky (Empress II) nebo infiltračních keramik (InCeram Alumina) vyšší o faktor 2 – 3. Únavová pevnost Y-ZTP trojnásobně přesahuje hodnoty InCeram Alumina. Při srovnání meze pevnosti celokeramických korunek nahrazujících distální zuby, vykázaly konstrukce ze zirkonoxidu zpracované technologií Cercon a Cerec, signifikantně vyšší hodnoty meze pevnosti než celokeramické systémy (InCeram Zirkonia, Procera, Empress II). Výzkumy in vitro meze pevnosti u korunek nahrazující frontální zuby ukázaly, že náhrady Cercon dosahují srovnatelných hodnot meze pevnosti jako metalokeramické korunky, jejichž konstrukce byly zhotoveny ze slitin na bázi ušlechtilých kovů.
Keramické materiály na bázi ZrO2
Nejdůležitější surovinou pro přípravu ZrO2 je minerál zirkon, což je křemičitan zirkoničitý ZrSiO4 a ve hmotách tohoto typu se používá ZrO2 v množství 77 - 99%. Volně se tento materiál nachází zejména v Austrálii, USA, Brazílii a Indii. Jiným zdrojem, ze kterého se ZrO2 získává, je minerál baddeleyit oxidu zirkoničitého. Ten je získáván těžbou z ojedinělého naleziště v Jižní Africe. VČesku se ZrO2 vyskytuje ve více lokalitách avšak s příměsí Hf a U což negativně ovlivňuje toxicitu materiálu a je tak nevhodný pro stomatologické účely.
Tepelná modifikace ZrO2
2700°C
2370°C
950°C
tavenina
kubická
tetragonální
monoklinická
(c- ZrO2)
(t- ZrO2)
1175°C
(m- ZrO2)
ZrO2
modifikace
hustota r (g . cm-3)
Oblast stálosti (°C)
c-ZrO2
kubická
6,27
2300-2700
t- ZrO2
tetragonální
6,10
1100-2300
m- ZrO2
monoklinická
5,68
do 1100
Na teplotu přeměny má vliv mnoho faktorů, např. způsob přípravy, příměsi, tepelná historie aj.
Za normální teploty a tlaku je stabilní monoklinická modifikace, která se silně smršťuje a přechází v tetragonální modifikaci při přibližně 1100 - 1350°C v závislosti na příměsích ZrO2. Největší praktický význam má přeměna tetragonální modifikace ZrO2 na monoklinickou. Tato přeměna je nazývaná také přeměnou martenzitickou, protože se velmi podobá přeměně martenzitu v ocelích. Změna objemu zrn činí 3 až 5%, teoreticky až 8%. Tak veliká změna objemu zrn v keramickém materiálu může vést ke vzniku trhlin.
Stabilizace ZrO2
Při přípravě zirkoničité keramiky je třeba vyrušit nepříznivý účinek tetragonální modifikace ZrO2 na monoklinickou. Toho je možné docílit stabilizací vysokoteplotní modifikace ZrO2. Stabilizace kubické modifikace c-ZrO2 je zajištěna přídavky oxidů yttritého Y2O3, vápenatého CaO a hořečnatého MgO vmnožství 5 - 15 hmotnostních procent. Další oxidy užité pro stabilizaci jsou například: La2O3, Nd2O3, Se2O3, ThO2, TiO2, UO2, CeO2, MnO.
Úplná stabilizace zamezí přeměně tetragonální modifikace ZrO2 na monoklinickou, čímž se změní vlastnosti materiálu. Jde zejména o zvýšení koeficientu teplotní (délkové) roztažnosti. Plně stabilizovaný oxid zirkoničitý jedním zvýše uvedených oxidů, má za následek zhoršení podmínek pro sintrování a jeho průběh bývá obtížnější. Sintrovací kontrakce tedy díky těmto vlastnostem materiálu dosahuje hodnot pohybující se okolo 10 – 30% z celkového objemu. Nejvyšších pevností pak dosahuje především keramika na bázi Al2O3, BeO nebo stabilizovaný ZrO2.
Tyto hlavní druhy keramických materiálů se pak v konkurenčních bojích výrobců celokeramických systémů často stávají předmětem dohad, který zmateriálů je vhodnější a umožňuje kvalitnější protetické ošetření. Touto otázkou se budeme zabývat v příštím příspěvku celokeramických systémů.
