DENTÁLNÍ KERAMIKA

ot. 21 b) charakteristika, složení, zpracování

Dentální keramické hmoty jsou hlavním protetickým materiálem. V poslední době se staly velmi oblíbené zejména pro svoji vysokou estetičnost, i když vzhledem ke své poměrně vysoké pořizovací ceně nejsou zatím dostupné pro všechny pacienty. Kromě nejčastějšího použití ke zhotovení celokeramických a metalokeramických fixních náhrad, jsou z nich také vyráběné keramické zuby pro snímatelné náhrady.

Výchozím materiálem pro výrobu esteticky dokonalých náhrad zubů se stal porcelán, což je hmota vyznačující se malou průlinčivostí, zpravidla bílou barvou a transparencí. Je to materiál, při jehož technologii zpracování se používá pálení

(keram = výpal).

Složení dentální keramiky

Dentální keramika se skládá z prášku a tekutiny. Tekutinou bývá destilovaná voda nebo speciální tekutina. Keramický prášek obsahuje několik základních součástí, jsou to:

základní složka

tavidla

pojiva

barviva 

Základní složka

obsahuje několik izolovaných přírodních či syntetických minerálů nebo jejich směsi:

ŽIVEC (křemičitan hlinitodraselný) 72-75%: krystalická opákní hmota šedorůžové barvy, která působí jako tavidlo spojující ostatní složky a podmiňuje pevnost.

KŘEMEN (oxid křemičtý) 12-22 %: zajišťuje stabilitu a tvar masy při pálení a tvoří jakousi vnitřní konstrukci pro ostatní komponenty. Křemen také způsobuje translucenci (průsvitnost) materiálu.

KAOLIN (aluminiumhydrosilikát): je přítomen v některých keramických hmotách, je příčinou opacity. Po smíchání s vodou je lepivý a umožňuje formování masy.

Vývoj dentálního porcelánu se vyznačoval zvětšováním obsahu živce na úkor kaolinu, v některých typech se kaolin nevyskytuje vůbec.

V moderních keramických hmotách tvoří základní složku:

ALUMINA (oxid hlinitý, zvyšuje pevnost v ohybu, pevnost v lomu a odolnost

keramiky proti tepelným změnám)

SPINELL (přírodní materiál, součást písku, tvoří tzv. spinellovou keramiku

s vysokým bodem tání, světelnou vodivostí a odolností vůči korozi)

LEUCIT (užívá se v celokeramických systémech, zvyšuje koeficient tepelné

roztažnosti a pevnost).

OXID ZIRKONIA (zirkoxid, vytváří velmi pevnou keramickou hmotu, zvyšuje

pevnost, používá se na keramické čepy).

Tavidla

mají za úkol snížit bod tání keramické směsi a usnadnit tavení. K nejčastěji užívaným tavidlům patří borax, uhličitan sodný nebo draselný.

Pojiva

upravují konzistenci keramické směsi pro snadnější modelaci – stmelují ostatní části hmoty s tekutinou. Jsou to bezezbytku spalitelné organické látky, např. sacharidy (škrob, dextrin apod.)

Barviva

jsou organická a anorganická. Pro správné rozdělení barevných vrstev, tedy pro snazší orientaci při modelaci keramické masy (sklovina, dentin apod.), se přidávají organická barviva, která při pálení bezezbytku shoří. Naopak efekt anorganických barviv se projeví až po vypálení keramiky jako barevné odstíny přirozeného zubu. Jako anorganická barviva se používají oxidy kovů (např. Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Au, atd.)

Vypalování dentální keramiky

Průběh vypalování je rozdělen na několik stádií (fází): sušení, ohřívání, slinování, tavení a ochlazování.

Stádium sušení

Při sušení dochází k odpařování modelačních tekutin a přežíhání organických barviv.

Stádium ohřívání

Při ohřívání narůstá teplota z úrovně vysoušecí až na maximální vypalovací teplotu, trvá několik minut.

Stádium slinovací

S narůstající teplotou se začnou natavovat ostré rohy a hrany částic, zakulacují se a vzájemně se spojují tvorbou kvazikapalných můstků. Dochází ke srůstání jednotlivých části v kompaktní celek. Zvyšováním teploty se proces spojování částic zintenzivňuje, postupuje natavování, slévání a zahušťování částic v jeden homogenní celek. Proces je logicky provázen kontrakcí.

Stádium tavící

V tomto dochází k natavení amorfní hmoty. Tavení je velmi důležité pro intenzitu zabarvení. Doporučuje se volit maximální teplotu a délku časové prodlevy. Po dosažení maximální teploty, která je rozdílná podle typu keramiky, je třeba ji udržet 1 minutu (vakuum 0,8 až 0,9 bar).

Stádium ochlazování

postupného ochlazování brání tvorbě vnitřního pnutí a následnému popraskání keramické masy. Čím větší je oddíl skelné fáze, tím pomalejší musí být ochlazování, protože sklo je horší vodič tepla než kov.

Po vypálení vedle sebe existují slinutá, roztavená (skelná) a krystalická fáze. Slinutá fáze tvoří předstupeň roztavení, krystalická fáze se tvoří při chlazení.

Dvakrát pálená keramika bez glazury se označuje jako biskvit. Po nanesení glazury (polevy) následuje pálení ve vysokém žáru a na povrchu vznikne tvrdý sklovitý povlak.

Obecné požadavky na keramické hmoty

Keramické náhrady se nejčastěji zhotovují volnou modelací s následným vypálením v peci. Hmota, smíchaná z vody a prášku, musí být během modelace a pálení tvarově stálá, proto nejdůležitější požadavky na každou keramickou hmotu jsou:

dobrá modelovatelnost ve vlhkém stavu

stálost tvaru ve vlhkém stavu (bez stékání nebo opadání)

možnost opracování brousky

možnost dodatečného nanášení a znovu vypálení hotového výrobku

malé objemové změny při pálení

pevnost v rázu a ohybu

dobré držení vymodelovaného tvaru při vypalování

možnost barevného uspořádání k věrné reprodukci každé přirozené situace

(světelně optické vlastnosti identické přirozeným zubům)

radiotranslucence

stálost v prostředí dutiny ústní

biokompatibilita

nízká tepelná vodivost

Vlastnosti dentální keramiky

Estetický vzhled keramických prací je vynikající, glazovaný povrch z nich vytváří barevně stálé náhrady s možností věrné reprodukce povrchového reliéfu skutečného zubu. Je výborně snášena měkkými tkáněmi, je odolná proti změnám teploty (teplo a elektřinu téměř nevede). Teplotní roztažnost keramiky je obdobná dentinu či sklovině. Je pevná v tlaku, ale méně již v tahu a ohybu a je křehká. Odolnost vůči obrusu je výborná, ale protože je vyšší než u skloviny, dochází k možnosti obraze antagonistů. Nevýhodou je kontrakce při vypalování, která musí být kompenzována nanášením dalších vrstev.

Dělení keramických hmot

Keramické hmoty lze dělit podle řady hledisek:

1. podle teploty tavení (vypalovací teploty) nejčastěji na dvě skupiny:

nízkotavitelné (do 900 ⁰C)

vysokotavitelné (nad 900 ⁰C)

Někteří autoři rozlišují skupiny tři: nízkotavitelné (870 – 1050 ˚C)

střednětavitelné (1100 – 1250 ˚c)

vysokotavitelné (nad 1300 ˚C)

Teplota pálení moderních systémů se pohybuje kolem 800 – 900 ˚C.

2. podle chemického složení se rozlišuje keramika:

korundová

spinelová

leucitová

zirkoniová

slídová sklokeramika

apatitová sklokeramika

3. podle typu konstrukce (konstrukčního materiálu) existuje keramika pro:

spojení s kovovou slitinou – kov/keramika (= metalokeramika)

celokeramické systémy (bezkovová keramika),

4. podle použití na jednotlivé části náhrady se rozlišují keramické hmoty:

pro zhotovení nosné konstrukce

fazetovací – k fazetování konstrukcí: pouze kovových

pouze keramických

kovových a keramických

CELOKERAMIKA (bezkovová keramika)

Současný progresivní vývoj dentální keramiky a nové technologické postupy značně rozšiřují indikační pole celokeramických náhrad. Na dentálním trhu je k dispozici celá řada keramických materiálů (systémů) s jednoduššími až po vysoce specializované metody jejich zpracování.

Přehled technologických postupů zpracování keramických hmot

A. Zhotovení celé náhrady jednou technikou (z 1 typu keramiky):

vrstvení, lití, tlakové lití, lisování, frézování, kopírované frézování

vrstvení - systém vázaný na základní masu:

konvenční vrstvená technika a napalování na - na Pt fólii ( 0,02 m)

- na žáruvzdorném modelu

princip

- nanášení základové (opakerové) vrstvy na fólii nebo žáruvzdorný model

- výpal základové vrstvy

- modelování anatomického tvaru korunky z dentinové, sklovinné a sklovité

keramické hmoty

- výpal vymodelované korunky

- korektura tvaru a barvy korunky

- glazování korunky a výpal

lití

princip = obdoba lití kovových prací, ale speciální pece a licí přístoje

modelace voskového modelu připojení vtokové soustavy zatmelení do fosfátové formovací hmoty vypálení vosku roztavení keramiky odstředivé lití opískování opracování individuální dobarvení přepálení

tlakové lití - obdoba předchozí techniky, ale lití je pod tlakem ve vakuu

(působením vakua z jedné a tlaku z druhé strany se vtlačuje tavenina do formy)

lisování

princip: modelace voskového modelu zakyvetuje se do fosfátové formovací hmoty (speciální kyveta) odstranění vosku vtlačení korundového písku (nádoba s pístem) vypalování ve speciální peci pod tlakem vyjmutí dobarvení přepálení

frézování  

K frézování jsou vyvinuté systémy na podkladě nejmodernějších technologií CAD/CAM (Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing – v překladu počítačová modelace a výroba).

princip

přístroj pro ordinaci (bez otisků a modelů) :

po preparaci fotootisk optická kamera nafotí preparovaný zub přímo v ústech. Tento snímek přenese do počítače, kde se za pomoci ošetřujícího, který stanoví podstatné body (to přístroj ještě neumí), vytvoří digitální přepis (číselné údaje) preparované kavity či pahýlu, podle kterých vysokoobrátková fréza vyřeže z prefabrikovaného keramického bloku příslušný tvar. Tato náhrada se vhodně dobarví barvami pro keramiku.

přístroj pro laboratoř (s otiskem a modelem):

otisk model trojrozměrné scanování převedení do číselných údajů, podle kterých pak pracuje vysoce přesná frézka. Zhotovení keramické korunky vyžaduje 30-40 min., a to od počátku scanování povrchu modelu pahýlu po dokončení frézování keramického bločku.

Další přístroj – Japonci:

otisk model čtecí scanovací laserový přístroj pečlivě „ohmatá“ povrch pahýlu ze všech stran a přenese do počítače. Přetvarovaný software mající v paměti vzhled povrchu premolárů, molárů, labiálních i orálních ploch řezáků i špičáků „domyslí“ vnější vzhled náhrady – korunky, inleje, onleje, skořepiny. Přesná fréza pak tento digitalizovaný požadovaný tvar vyfrézuje z keramického bločku. Následuje dobarvení keramickými barvami a odevzdání práce ordinaci.

kopírované frézování

princip: v ústech se zhotoví model náhrady z plastu (pryskyřice) – předtvar pro automatické frézování z keramického bloku

B. Zhotovení nosné konstrukce (jádra) + fazetování

(dvě techniky a více typů keramiky)

= tzv. systém vázaný na tvrdé keramické jádro

Nejprve se zhotoví z jednoho typu keramiky tvrdé keramické jádro = nosná konstrukce (zjednodušený a redukovaný anatomický tvar klinické korunky příslušného zubu), pak se fazetuje (vrstvení) fazetovací keramikou do plného anatomického tvaru.

Tvrdé keramické jádro (keramická nosná konstrukce) se vyrábí různými způsoby:

a) modelace a vypalování na pomocném modelu ze žáruvzdorné hmoty:

dublování sádrového detailního modelu žáruvzdorný duplikát na něm

modelace nosné konstrukce vypálení

b) modelace a vypalování na pomocném sádrovém modelu:

dublování sádrového detailního modelu duplikát z tvrdé sádry na něm

modelace tenké kapny z korundové keramiky vypálení (jen slabé slinutí)

vznikne porézní čepička (kostra) na kostru vrstva skelného prášku výpal

(infiltrační výpal) vznik velmi tvrdého jádra

(sádrový model se smrští, lze vyjmout)

c) vstřikování pod tlakem:

voskový model jádra zaformování vyplavení vosku dutina vstřik

keramické masy výpal

d) lití:

voskový model zatmelení vypálení vosku roztavení keramiky odstředivé

lití vyjmutí výpal

e) tlakové lití: obdoba předchozího, ale pod tlakem

f) frézováním:

sejmutí situace ze sádrového modelu (scanování) vyhodnocení vyfrézování

nosné konstrukce z bloku keramiky

Po zhotovení nosné keramické konstrukce následuje klasické fazetování (vrstvení) fazetovací keramikou (hmoty dentinové, krčkové, sklovinné, dobarvovací, glazury atd.) do příslušného anatomického tvaru zubu. Pálení probíhá běžným způsobem.

Obecné indikace a kontraindikace dentální keramiky (celokeramiky)

Vycházejí z obecných zásad indikací a kontraindikací pro fixní náhrady. Při plánování je zapotřebí dodržovat zásady preprotetické přípravy a respektovat účinek dalších faktorů, které ovlivňují úspěšnost ošetření, např. směr okluzního funkčního zařízení, typ defektu, biologickou kvalitu pilířových zubů, výšku potencionálních pilířů (minimálně 4-5 mm, přitom minimální vzdálenost od antagonistů musí být 0,8 mm; nevhodné jsou gracilní zuby, např. dolní řezáky), přesnost preparace a otisku, volbou fixačního materiálu a techniky. U můstkových konstrukcí je rozhodující mimo jiné i velikost mezery, přičemž záleží na dané keramické hmotě.

Indikace se dále odvíjejí od mechanických, fyzikálních, chemických a biologických vlastností keramického materiálu. Inovace chemického složení, díky kterému se zlepšily zejména mechanické vlastnosti keramiky, a nové technologie zpracování rozšířily použití keramiky z původních sólo korunek pro frontální úsek chrupu i na další typy korunkových náhrad, sólo korunky i pro laterální úsek a malé můstky do frontální i laterální části zubního oblouku. Neméně významnou roli má také estetika, protože celokeramické náhrady jsou v tomto směru bezesporu nejlepší.

Současné indikace (použití) celokeramiky:

inleje

onleje

overleje

estetické fazety (veneers)

kořenové inleje

jednotlivé korunky

můstky malého rozsahu (tříčlenné)

Kontraindikace celokeramiky jsou kromě obecných kontraindikací pro fixní náhrady ještě v následujících situacích:

u defektů s mnohačetnými mezerami vyžadujícími rozsáhlejší plošně kotvené

konstrukce

v případech, kde by fixní náhrada měla sloužit ke kotvení částečné snímatelné

náhrady

jsou-li v okludující části antagonálního zubního oblouku náhrady z měkkých slitin

(tj. výrazněji abradujícího materiálu)

je-li nedostatečný prostor pro zajištění min. tloušťky pláště

tam, kde nelze zajistit suché pracovní pole pro adhezivní způsob fixace

u pacientů s parafunkcemi (zejména bruxismem)

relativně lze jako kontraindikaci považovat i malhygienu

Přednosti a nevýhody celokeramiky:

- vysoká a jednoduše dosažitelná estetika, biokompatibilita (nedochází ke korozi ani

galvanismu)

- omezená pevnost (menší odolnost proti popraskání a zlomům)

METALOKERAMIKA – kombinace kov/keramika

Pod pojmem metalokeramika se rozumí kombinace dvou dentálních materiálů: kovové slitiny, ke které je zhotovena konstrukce, a fazetovací keramiky, která je přímo napalovaná na kovovou konstrukci a pokrývá celý její povrch (zpravidla kromě malé části v krčkové orální oblasti). Tato kombinace se používá pro zhotovení modifikovaných fazetovaných korunek a fixních můstků (tzv. atraumatických) a její předností je vysoká estetika a (při dodržení indikačních zásad a správném zhotovení) i dostatečná mechanická odolnost fixní náhrady.

Indikace a kontraindikace

Indikace vycházejí z obecných zásad pro fixní náhrady a současně z obecných zásad pro dentální keramiku. Na rozdíl od celokeramiky je metalokeramika indikovaná pouze na:

fazetované korunky (event. čepové korunky), ale bez omezení lokalizace (pro frontální i distální úsek)

metalokeramické fixní můstky mohou být zhotovené v jakémkoliv rozsahu (malé i rozsáhlé)

vhodná je i kombinace metalokeramické náhrady a částečné snímatelné náhrady

Kontraindikace opět vycházejí obecných zásad pro fixní náhrady i keramiku, navíc jsou i v případě, kdy má pacient alergii na některý kov obsažený ve slitině.

Materiály pro metalokeramiku

Na výrobu metalokeramických náhrad se používají, jak již z názvu plyne, dentální slitiny kovů a dentální keramické hmoty. Nelze však použít jakoukoliv dentální slitinu nebo keramiku, ale pouze druhy vhodné pro vzájemné spojení kov – keramika, které jsou speciálně k tomuto účelu vyrobené a určené.

A. Dentální slitiny pro napalování keramiky

Dentální slitiny určené pro fazetování keramickými hmotami se rozdělují na:

slitiny s vysokým obsahem zlata (bez paladia a mědi)

slitiny se sníženým obsahem zlata

slitiny na bázi paladia

kobaltové slitiny (dříve chromkobaltové)

niklové slitiny (dříve chromniklové)

titan

V současné době je na dentálním trhu k dispozici veliké množství slitin pro napalování keramiky (např. výrobky firem Bego, Interdent, Dentaurum, Heraeus Kulzer, C. Hafner, Safina).

B. Keramické hmoty pro napalování na kovovou konstrukci

Z keramických hmot jsou používány fazetovací hmoty (systémy) speciálně určené pro spojení kov/keramika. Nejznámějšími výrobci fazetovací keramiky jsou např. firmy Vita, Ivoclar, Ceramco, Elephant, Biodent a další.

ot. 22 b) Spojení dentální keramiky a kovové slitiny

Spojení podle Eichnera

Podle Eichnera je zajištěno spojení mezi keramickými materiály a kovovými slitinami přímou chemickou vazbou (iontová) 50 %, tlakovou retencí (smrštění) 27 % a mechanickou retencí (drsnost)

Přímá chemická vazba

Základem spojení je chemická vazba zajištěna iontovou výměnou mezi roztaveným silikátem a nebarevnými oxidy v povrchu můstku. Iontová vazba je příkladem kovalentní vazby. Kovalentní vazba je nejčastější způsob chemické vazby, kdy spojené atomy sdílejí společně dvojici elektronů. Atom s větší schopností vázat elektrony přetáhne volný elektron druhého atomu do své valenční sféry a stane se tak aniontem. Na základě elektrostatických sil se tak vytvoří iontová vazba.

Iontová vazba je popisována tak, že díky větší termodynamické aktivitě kyslíku v kapalné fázi oproti tuhému roztoku kovu dochází k difúzi neboli tepelně aktivovanému transportu aniontů kyslíku z kapalné fáze do povrchu kovu (oxidaci).

Tlaková retence, koeficient tepelné roztažnosti

U keramiky je koeficient tepelné roztažnosti velice důležitý. Chceme zajistit co nejdokonalejší přilnutí keramické vrstvy ke kovovému povrchu, musí být koeficient tepelné roztažnosti minimální. Pokud jsou velké rozdíly mezi koeficientem tepelné roztažnosti keramiky a kovu může dojít k popraskání nebo odlupování keramické vrstvy. Pevnost dentální keramiky je 20krát nižší v tahu než v tlaku. Aby se předešlo namáhání keramiky v tahu, je nutné, aby keramika po napálení byla již pod tlakem. Tlak keramiky má zaručit, že namáhání v tahu nedojde. K tomuto účelu se vybírají kovy s přibližně dvojnásobnou teplotní roztažností, než u použité keramiky. Při chladnutí se napálená keramika smršťuje méně a více se smršťující slitina ji stlačuje. Vzniká trvalé tlakové pnutí, které keramiku chrání před prasknutím.

Mechanická retence

Mechanická retence je zajištěna opískováním kovové konstrukce korundovým pískem pod úhlem 45⁰ (ušlechtilé slitiny korundem 125 μm při tlaku 2 bary, slitiny neušlechtilé korundem 250 μm při tlaku 4 - 5 barů).

2. Spojení podle Bittnera

Podle Bittnera se vazbě keramiky a kovu zúčastní tři vazebné síly. Jedná se mechanické retenční síly, Van der Waalsovy síly a chemickou vazbu.

Mechanické retenční síly

Mechanické retenční síly jsou zajištěny pomocí správného opracování a opískování konstrukce. Při vypalování dentální keramiky pronikají roztavené částice keramiky do struktury slitiny.

Van der Waalsovy síly

Van der Waalsovy síly vznikají přitažlivostí molekul. Jsou založeny na schopnosti každého atomu přitahovat se k dalšímu atomu.

Chemická vazba

Chemická vazba je vysvětlovaná teorií vazby kyslíkovými můstky. Kyslíkový můstek vzniká spojením dvou atomů křemíku a atomu kyslíku.

Požadavky na kovové slitiny a keramické hmoty určené pro spojení

kov – keramika

Pro spojení dvou rozdílných materiálů je potřeba splnit následující požadavky:

a) Teplotní rozdíl solidu slitiny a vypalovací teplota keramiky musí činit minimálně

150 ⁰C.

b) Mechanická stabilita kovové konstrukce musí být vysoká i při vypalování, aby

nedošlo k deformaci konstrukce.

c) Konstrukce musí být odolná, aby se neprohýbala při zatížení a zabránilo se

odprýsknutí keramické hmoty.

d) Na povrchu kovu se nesmí tvořit žádné barevné oxidy, protože by mohly zbarvit

keramiku.

e) Koeficienty tepelné roztažnosti slitiny a keramické hmoty musí být navzájem

vyrovnané, aby při chladnutí nedocházelo k popraskání keramiky.

f) Kovová slitina by měla zajistit dlouhodobou vazbu s keramikou tím, že bude mít

na povrchu dostatečné množství vazebných iontů.

g) Měla by existovat možnost letování kovové slitiny již po napálení keramické

hmoty.

h) Keramická hmota by měla svým složením zajistit vazbu na kovovou slitinu.

i) Keramická hmota by měla mít vhodné hodnoty koeficientu tepelné roztažnosti.

j) Keramická hmota by měla mít odolnost proti tepelným změnám při opakovaném

pálení nebo letování kovové konstrukce.

k) Keramika by měla mít takový systém podbarvení kovové konstrukce, aby se

zabránilo prosvítání kovu.