Bewertung funktioneller Beschichtungen auf keramischen Zahnkronen

Zahnimplantate aus Keramik vereinen fortschrittliche Materialwissenschaft, Ästhetik und handwerkliches Geschick in sich. Jede Zahnkrone muss individuell in Größe, Form und Farbe angepasst werden, um eine erfolgreiche zahnmedizinische Rekonstruktion zu gewährleisten. Der Herstellungsprozess ist komplex: von der Anfertigung der Rohlinge, über präzises Frä­sen für die Reproduktion des Originalzahns aus der Form bis hin zum Sintern und anschließendem Lackieren. Dabei tragen Zahntechniker mehrere Schichten keramischer Glasur auf, um eine möglichst natürliche Farbgebung zu erzielen. Die Beschichtungen müssen zudem funktionell sein, d. h. verschleiß- und druckfest, aber auch ästhetisch mit glatter Oberfläche.

Das macht die Herstellung teuer. Daher wurde versucht, diese durch spezielle Sprühbeschichtungen zu vereinfachen und zu beschleunigen. Gemeinsam mit der Firma elaboro^® wurden am Fraunhofer IKTS Hermsdorf zwei Lithiumsilikat-Sprays LiSiPURE und LiSi LOW FUSE entwickelt. Die hohe Qualität und Funktio­nalität der neuen Beschichtungen in Bezug auf Form und Gleichmäßigkeit konnte mit der Optischen Kohärenztomogra­phie (OCT) nachgewiesen werden. OCT ist eine schnelle, zer­störungsfreie Bildgebungsmethode, die volumetrische ­Informationen liefert. Das Verfahren nutzt kurzes kohärentes Licht im nahen Infrarotspektrum. Materialien, die bei Wellenlängen von 800 bis 1300 nm zumindest teilweise transparent sind, können mit handelsüblichen Systemen in Tiefen von einigen hundert Mikrometern bis zu einigen Millimetern untersucht werden. Wenn der Laser die Probe abrastert, werden Photonen an der Oberfläche und innerhalb der Probe an Inhomogenitäten zurückgestreut; beides Bereiche mit diskontinuierlichen optischen Eigenschaften. Die Intensität des zurückgestreuten Lichts wird als Funktion der Tiefe aufgezeichnet. Während sich das fokussierte Licht entlang einer Linie bewegt, wird ein virtueller Querschnitt der Probe aufgezeichnet (B-Scan).

Die Abbildungen 1 und 2 zeigen B-Scans von Zahnkronen aus Zirkoniumdioxid mit unterschiedlichen Beschichtungen – jeweils an der gleichen Stelle des vesitibulären Zahnhöckers in Okklusalansicht. Die genaue Positionierung zum Messkopf wird durch einen motorisierten Probentisch und einen speziel­len Probenhalter sichergestellt. Die Proben 4 und 14 sind mit einer Kombination aus handelsüblichen Keramikbeschichtun­gen und LiSi PURE (Probe 4) bzw. LiSi LOW FUSE mit Farbparti­keln (Probe 14) beschichtet. Wie auf den OCT-Bildern zu sehen ist, überziehen die Beschichtungen das rohe Keramiksubstrat mit einer gleichmäßigen und glatten Schicht. Die Oberflächen­qualität ist vergleichbar mit der einer handelsüblichen Glasur­schicht (Probe 13). Abbildung 2 zeigt Beispiele von zwei weite­ren Glasurspritzungen, bei denen die Schichtverteilung proble­matisch war: durch die rauen Oberflächen ist die Gleichmäßig­keit der Schicht nicht gewährleistet.

Die Ergebnisse belegen, dass die OCT-Methode qualitative Informationen über die Qualität der funktionellen Beschich­tung von Zahnkronen liefert. Darüber hinaus wurde eine Soft­ware zur Charakterisierung der Beschichtungen, einschließlich ihrer Dicke und Homogenität, entwickelt. Im Rahmen von Kooperationen mit Industrieunternehmen können spezielle Systeme zur Charakterisierung von keramischen Beschichtun­gen und Substraten adaptiert werden.