Das Ziel der vorliegenden Literaturarbeit ist es, die vielfältigen Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten des Zirconiumdioxids – durchaus auch außerhalb des medizinischen Bereichs – darzustellen und auf Neuentwicklungen hinzuweisen. Zirconiumdioxid (ZrO2) wird seit den 1980er-Jahren in der Orthopädie für Hüftendoprothesen und seit der Jahrtausendwende auch in der restaurativen Zahnheilkunde zur Herstellung von Gerüsten für Kronen und Brücken verwendet. Zirconiumdioxid verfügt neben günstigen mechanischen Eigenschaften wie hohe Biegefestigkeit und Härte über eine hervorragende Biokompatibilität. Nicht zuletzt ist die weiße Farbe des Zirconiumdioxids ein nicht zu unterschätzender Vorteil im Vergleich zu metallischen Werkstoffen. Zirconiumdioxid tritt – neben einer amorphen Phase – in drei verschiedenen kristallinen Phasen auf: monoklin, tetragonal und kubisch. Die erwähnten mechanischen Eigenschaften beziehen sich auf die tetragonale Phase. In Abhängigkeit von Umgebungsfaktoren wie Temperatur oder Feuchtigkeit bzw. Nässe transformiert Zirconiumdioxid in die monokline Phase und verliert die für die Zahntechnik günstigen Eigenschaften. Durch Beigabe anderer Oxide wie Yttrium(III)- oxid ist es möglich, die Phasentransformation zu unterdrücken. Das in der Zahnmedizin verwendete mit Yttrium(III)-oxid teilstabilisierte Zirconiumdioxid wird im Folgenden als teilstabilisiertes Zirconiumdioxid bezeichnet. Kronen und Brücken aus teilstabilisiertem Zirconiumdioxid müssen meist aus ästhetischen Gründen verblendet werden, da das opake Weiß den ästhetischen Anforderungen nicht genügt. Das Problem des ‚Chipping‘, des Abplatzens der Verblendungen, das bei Gerüsten aus zirkondioxidbasierter Keramik häufiger auftritt als bei verblendeten Metallkronen, ist dabei noch ungelöst. Von besonderer Bedeutung sind daher neu entwickelte Verbundwerkstoffe aus nanokristallinem teilstabilisiertem Zirconiumdioxid, das nicht nur hoch-transluzent ist, sondern durch Zugabe höherer Anteile an Yttrium(III)-oxid und anderen Oxiden wirksam stabilisiert werden konnte. Es ist zu erwarten, dass aus den nanokristallinen Keramiken aus teilstabilisiertem Zirconiumdioxid monolithische Kronen und Brücken hergestellt werden können, die wegen der hohen Transluzenz nicht verblendet werden müssen. Der Wegfall der zeit-, material- und kostenaufwendigen Herstellung von Verblendungen und die Lösung der Chipping-Problematik würden zu einem Paradigmenwechsel in der Zahnprothetik führen. Nachteilig ist jedoch die damit einhergehende Absenkung der Festigkeit. Auch in der dentalen Implantologie werden Keramiken basierend auf teilstabilisiertem Zirconiumdioxid bereits verwendet. Erste klinische Studien belegen die hervorragende Biokompatibilität und Osseointegrationsfähigkeit des teilstabilisierten Zirconiumdioxids. Hoch- transluzente, auf teilstabilisiertem Zirconiumdioxid basierende Keramiken könnten daher in Zukunft den Rang des Titans als ‚Goldstandard‘ in der restaurativen Zahnheilkunde erlangen.
The aim of this thesis is to present the properties, applications and current developments of zirconium dioxide (ZrO2). Since the turn of the millennium, ZrO2 is applied in restorative dentistry for crowns, bridges and dental implants because of its favorable mechanical properties, such as high flexural strength and hardness, its outstanding biocompatibility and its attractive esthetics. Zirconium dioxide is obtained in a complex process from zirconium silicate. The white, crystalline ZrO2 powder is pressed after the admixture of binders, repeatedly sintered and finally sintered by hot isostatic pressing into CAD/CAM machinable blanks. Depending on the temperature, ZrO2 crystallizes into three different phases: the monoclinic (below 1,170°C), the tetragonal (below 2,370°C) and the cubic phase (above 2,680°C). The tetragonal phase shows the most favorable mechanical properties. Depending on environmental factors, such as temperature or humidity, ZrO2 transforms into the monoclinic phase and loses the properties favorable for dental technology. The addition of yttrium (III) oxide (Y2O3) ensures that the high-temperature crystal forms are also present at room temperature. Yttria-stabilized ZrO2 is hereinafter referred to partially stabilized zirconium dioxide. Crowns and bridges made of partially stabilized ZrO2 usually require veneering. However, because bond strength of layered porcelain fused to partially stabilized ZrO2 is not strong, chipping of the veneering ceramic usually occurs. Therefore, newly developed composite materials made of nanocrystalline partially stabilized zirconium dioxide are of particular importance, as they are highly translucent and can be effectively stabilized by adding higher amounts of Y2O3 and other oxides. Monolithic crowns and bridges made of nanocrystalline partially stabilized ZrO2 do not need to be veneered because of their high translucency. The elimination of veneers and the solution of the chipping problem could lead to a paradigm shift in dental prosthetics. The aim of this thesis is to provide an overview of the production of partially stabilized zirconium dioxide, its physical, chemical, mechanical and biological properties and its applications in dentistry. At the same time, the advantages and disadvantages of the diverse generations of partially stabilized ZrO2 are presented and compared in terms of material properties, such as flexural strength, fracture toughness and translucency. The integration of up- to-date scientific literature facilitates the understanding of future developments of partially stabilized zirconium dioxide.
