Dentalindustrie

In der Welt hochwertiger keramischer Zahnersatzmaterialien hat sich Zirkoniumdioxid (ZrO₂) – auch unter dem Namen Zirkonoxid bekannt – als die bevorzugte Wahl etabliert. Dieser ist ästhetisch sehr ansprechend, biokompatibel und langlebig. Zudem zeichnet sich diese Hochleistungskeramik durch eine natürliche zahnähnliche Transluzenz und Opaleszenz aus, welche dem natürlichen Zahn ähnelt. Auch die hohe Widerstandsfähigkeit, die geringe Wärmeleitfähigkeit als auch die absolute Farbbeständigkeit des Materials sind besonders hervorzuheben.

Damit Zirkonoxid eine optimale Mikrostruktur ausbilden kann, ist ein bestimmter thermischer Energieeintrag erforderlich. Dieser Energieeintrag bestimmt u.a. wesentlich die Lichtdurchlässigkeit (Transluzenz) und Farbwirkung des Materials in Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Lichts (Opaleszenz) und damit die Optik des Endproduktes. Die Steuerung und Überwachung des Sinterprozesses sind daher wichtige Voraussetzungen für reproduzierbare ästhetische Ergebnisse. Prozess-Temperatur-Kontroll-Ringe (PTCR) unterstützen Sie kosteneffizient dabei, Ihren Sinterofen kontinuierlich zu überwachen und gleichmäßige Sinterergebnisse zu gewährleisten.

Was sind Prozess-Temperatur-Kontroll-Ringe?

PTCR sind keramische Ringe, welche proportional zum Wärmeeintrag schrumpfen. Der Grad der Schrumpfung ist u.a. abhängig vom Verlauf der Ofentemperatur, den Wärmeleitungsbedingungen und der Verweildauer im Ofen. Die im Außendurchmesser 20mm kleinen PTCR können direkt am Produkt z.B. mit den Dentalarbeiten in der Sinterschale und nahezu überall im Ofen platziert werden.

Die Bedeutung des Sinterprozesses in der Dentaltechnik

Erst durch den Sintervorgang bei Temperaturen zwischen 1.300°C und 1.600°C wird die besondere Festigkeit und Beständigkeit des keramischen Zahnersatzes gegenüber Belastungen erzielt. Nach der Sinterung und Nachbearbeitung folgt in der Regel ein Glanz- oder Glasurbrand. Bei diesem Verfahren wird eine spezielle Glasur auf die Restaurationen aufgetragen, um ihnen nicht nur eine ästhetisch ansprechende Oberfläche zu verleihen, sondern auch ihre Haltbarkeit und Resistenz gegenüber abrasiven Einflüssen zu erhöhen. Die verwendeten Temperaturen während des Glasurbrands liegen typischerweise im Bereich von 700°C bis 1.000°C, abhängig von den spezifischen Anforderungen des Materials.

Neben fortlaufenden Materialoptimierungen werden auch die Behandlungs- und Arbeitsprozesse in Dentallaboren kontinuierlich schneller und effizienter. Beratung, Modellherstellung, computergestützte Design- und Fertigungstechnologie (CAD/CAM) sowie manuelle Modellierungstechniken, Materialauswahl, Formgebung, Sinterung und Farbgestaltung werden innerhalb kürzester Zeit abgewickelt. In diesem Kontext gewinnen insbesondere Schnellbrände zunehmend an Bedeutung. Der Sintervorgang erfolgt oft bereits deutlich unterhalb einer halben Stunde. Dies stellt jedoch sehr komplexe Anforderungen an die verwendeten Materialien und Sinteröfen.

Eine korrekte und reproduzierbare Temperaturführung während des Sinterprozesses und des folgenden Glanzbrandes spielen eine entscheidende Rolle, um dauerhaft hochwertige Ergebnisse zu erzielen. Diese kontinuierlichen Kontrollen und Dokumentation können mit Hilfe der Prozess-Temperatur-Kontroll-Ringe durchgeführt werden. Zudem können regelmäßige Überprüfungen mittels PTCR dabei unterstützen, nachfolgende Herausforderungen im Sinter- und Glasurbrand zu bewältigen und ggf. auftretende Probleme zu minimieren:

Herausforderungen im Sinterprozess bei der Herstellung keramischer Dentalrestaurationen

1. Verformung oder Schrumpfung:
Keramische Restaurationen sind im Grünzustand bis zu 20% größer als im gebrannten Zustand. Eine präzise Temperaturführung ist von entscheidender Bedeutung, um Verformungen zu vermeiden und eine korrekte und gleichmäßige Schrumpfung und spätere Passgenauigkeit der Restauration zu gewährleisten.

2. Risse und Brüche:
Insbesondere schnelle Temperaturänderungen können zu Spannungen und Rissen im Material führen. Dies spielt im Zusammenhang mit Schnellbränden eine wichtige Rolle. Bei diesen wird das Sintergut mit Temperaturen von bis zu 300°C / Minute auf Zieltemperatur aufgeheizt und ebenso schnell wieder abgekühlt. Defekte im Material können die Integrität der Zahnrekonstruktionen als auch der Glasur beeinträchtigen und sich damit negativ auf die Lebensdauer auswirken.

3. Porosität:
Die mechanischen Eigenschaften der Restaurationen werden beeinträchtigt, wenn diese nicht gleichmäßig gebrannt und ggf. nicht alle Poren im Material geschlossen werden.

4. Kontrolle der Sintertemperatur:
Hinsichtlich der Transluzenz und Opaleszenz des Endproduktes ist unter anderem die Endtemperatur des Sinterprozesses entscheidend. Mit steigendem Energieeintrag wird beispielsweise die Transluzenz des Materials erhöht. Ist der Energieeintrag zu niedrig, fällt die Lichtdurchlässigkeit geringer aus.

5. Farbveränderungen:
Um die gewünschte Farbgenauigkeit, Transluzenz und ästhetische Qualität der Restaurationen zu gewährleisten, müssen die Sinterparameter abhängig vom verwendeten Material präzise eingehalten werden. Dies ist besonders wichtig, um sicherzustellen, dass die hergestellte Krone gut zu den natürlichen Zähnen des Patienten passt und ästhetisch ansprechend ist. Abweichungen im Sinterprozess können beispielsweise gelbliche Verfärbungen oder opake Endprodukte zur Folge haben.

6. Oberflächenbeschaffenheit / Blasenbildung:
Abweichungen in der Temperaturführung bzw. der Wärmeverteilung können in rauen Oberflächen des Sintergutes resultieren. Während des Glanzbrandes können zudem Luftblasen in der Glasur entstehen. Dies kann auf zu schnelles Erhitzen oder zu schnelles Abkühlen zurückzuführen sein. In beiden Fällen wird zum einen die Ästhetik der Restauration beeinträchtigt. Weiterhin kann es später zu Reinigungsschwierigkeiten und allgemein verringerter Lebensdauer kommen.

7. Temperaturabweichungen / Thermoelementkontrolle:
Lokal angebrachte Thermoelemente des Ofens altern mit der Zeit und es können Abweichungen zwischen realer und gemessener Temperatur des Thermoelementes auftreten. Um eine dauerhaft präzise Temperaturführung und eine homogene Wärmeverteilung im Ofen zu gewährleisten, können PTCR als Kontrollmedium eingesetzt werden.

8. Ofenbeladung:
Die Ofenbeladung hat einen erheblichen Einfluss auf die Wärmeverteilung und damit auch auf das Farb- und Sinterergebnis. In vollbesetzten Öfen steht jedem Sintergut weniger Energie zur Verfügung als in einem gering beladenen Ofen. Daher sollten die Brennprozesse beispielsweise über die Aufheizraten unterschiedlich schnell gesteuert werden, um ein gleichmäßiges Sinterergebnis zu erhalten.

Verwendung der Prozess-Temperatur-Kontroll-Ringe

Die größtmögliche Genauigkeit erhalten Sie, indem Sie PTCR beispielsweise auf Ihren Standard-Sinterprozess kalibrieren. Alternativ können Sie auch ein eigenes Testprofil nutzen. Hierfür empfehlen wir den PTCR-Standard-Prozess: mit 2°C / Minute auf Zieltemperatur aufheizen, 60 Minuten halten und mit 2°C / Minute abkühlen auf Raumtemperatur. Viele Dental-Ofenbauer und Hersteller von Zirkonoxid-Scheiben liefern zudem bereits auf das Material bzw. den Ofen abgestimmte Kontrollprogramme.

Nach dem Brand werden die Ringe entnommen, im Durchmesser vermessen und mittels der mitgelieferten Temperaturtabellen die sogenannte Referenztemperatur ermittelt. Diese steht stellvertretend für den Wärmeeintrag an der Stelle im Ofen, an der der Ring platziert wurde. Mit Hilfe der PTCR ist es einfach, den Wärmeeintrag und die Homogenität des Ofenfeldes zu bestimmen und den Ofenbetrieb kontinuierlich zu überwachen.

Um mögliche Abweichungen zu minimieren und die Energieeffizienz des Prozesses zu optimieren, ist eine präzise Steuerung und Überwachung des Brennprozesses mit von entscheidender Bedeutung. Hierfür stehen für den Dentalbereich vordergründig zwei Ringvarianten zur Verfügung: PTCR UTH (660°C – 900°C) für Glasurbrände und PTCR HTH (1.450°C – 1.750°C) für den Sinterprozess. Je nach verwendetem Sintermaterial und den spezifischen Sinterparametern kommen auch PTCR ETH (850°C – 1.100°C) und PTCR MTH (1.340°C – 1.520°C) zum Einsatz. Zur Wahl des geeignetsten Ringtyps sollte die Temperatur Ihres Brenn-/Sinterprozesses ungefähr in der Mitte des Temperaturbereiches liegen, welchen der Ringtyp abdeckt. Liegt die maximale Prozesstemperatur im Grenzbereich zweier Ringtypen, fällt die Auswahl unter Berücksichtigung der weiteren Prozessbedingungen, wie z.B. der Haltezeit und Atmosphäre, da beide Faktoren die Schwindung des Ringes ebenfalls stark beeinflussen. Insgesamt stehen acht verschiedene PTCR-Ringtypen für den Temperaturbereich von 560°C bis 1.750°C zur Verfügung.