Die Anwendung von Zirconoxid (ZrO2) im Medizinbereich datiert aus dem Jahr 1969, als dieser Werkstoff für die Herstellung von Hüftgelenk-Prothesen eingesetzt wurde. Als Alternative zum Einsatz von Titanium, Stahl oder Aluminiumoxid, der neue Werkstoff gewährleistete bessere Beständigkeit gegen Bruch und Korrosion, sowie eine sehr hohe Bioverträglichkeit, die durch die Tatsache bestätigt wurde, dass in vier Jahrzehnten kein Ausfall bei den rund 300.000 Patienten registriert wurde, die eine Hüftgelenk-Prothese aus Zirconoxid implantiert bekommen haben.
Für die Herstellung von Dental-Prothesen schon seit dem 18. Jahrhundert wurden keramische Werkstoffe eingesetzt. Es handelte sich um Werkstoffe, die im allgemeinen excellente esthätische Eigenschaften zeigten, aber keine verbreitete Anwendung in Zahnheilkunde gefunden haben wegen zu niedriger Festigkeit, die keine Bruchbeständigkeit gewährleistete. Das Porzellan wurde deshalb nur in Metallkomposite verwendet. Die Bedenken bezüglich der Verwendung von Metalle – bekanntlich mit niedriger Bioverträglichkeit – im Mundraum haben die Aufmerksamkeit auf andere “metal-free” Werkstoffe verlegt.
In den letzten Jahren hat sich das Zirkonoxid als hervorragendes Material für die Herstellung von Qualitäts-Zahnrestaurationen bestätigt, weil neben den hohen mechanischen Eigenschaften – Schlagbeständigkeit, Bruchfestigkeit, elastisches Modul – auch eine hohe biologische Verträglichkeit mit Zahnfleisch- bzw. Knockenstoff aufweist.
Grundlegend ist die Technologie gewesen, die es ermöglicht hat, die tetragonale Phase zu stabilisieren, und deshalb zu vermeiden, dass das Zirkonoxid bei Raumtemperatur die typische Phasenverformung erfährt (kristalline, monokline Struktur) und stattdessen die tetragonale Struktur auch nach der Kühlung bis zu Raumtemperatur weiter hält.
Die Teilstabilisierung des Zirkonoxides wird durch Zugabe von keramischen Oxide wie Yttriumoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid oder Ceriumoxid erreicht.
Verwendet für Dentalanwendungen wird vor allem Zirkonoxid mit Yttriumoxid stabilisiert (ZrO2/Y2O3).
Stabilisiertes Zirkonoxid
Die Mindesteigenschaften für klinische Anwendungen des Zirconoxides werden von der EN-ISO Norm 13356 festgelegt:
| Chemische Zusammensetzung | Standard ISO Norm 13356:2008 |
| ZrO2 + HfO2 + Y2O3 | >99 % |
| Y2O3 | von 4,5 % bis 5,4 % |
| Hf2O3 | < 5 % |
| Al2O3 | < 0,5 % |
| Weitere Oxide | < 0,5 % |
Viele sind die Eigenschaften des mit Yttriumoxid stabilisierten Zirkonoxides (ZrO2/Y2O3), wonach es besonders geignet für die modernen Zahnheilkunde geworden ist:
- Beste Bioverträglichkeit
- Geringes spezifisches Gewicht
- Hohe ästhetische Eigenschaft, vor allem als Transluzenz
- Elastizität ähnlich wie bei Stahl
- Biegebeständigkeit (>1.000 MPa) mehr als doppel im Vergleich zu Stähle
- Druckbeständigkeit 4 mal höher im Vergleich zu Stahl
- Beste Bruchbeständigkeit, wonach Wandstärken dünner als 1 mm verwendet werden können, so dass längere Brücke, leicht und robust, hergestellt werden können (wobei 1 mm die unüberschreitbare Grenze bei Verwendung von Edellegierungen wie z.B. Gold-Platin ist)
- Hohe Beständigkeit gegen Säure und deshalb höhere Beständigkeit bei Berührung mit Essmitteln
- Durchsichtigkeit zu Röntgen-Strahlen und kein Magnetismus (Vorteile bei Untersuchungen wie RX, TAC, usw.).