Zusammenfassung Der zunehmende Einsatz der CAD/CAM-Technologie in der Zahnmedizin bietet aufgrund der Nutzung industriell gefertigter Keramik- Rohlinge den Vorteil, eine gleichbleibende Qualität der Keramiken gewährleisten zu können. Im Zuge der Entwicklung fräsbarer Feldspatkeramiken der Firma DCS bestand eine Aufgabe dieser Arbeit in der Prüfung der Biegefestigkeit und der Risszähigkeit als kritische Festigkeitseigenschaften keramischer Materialien. Um die Einflussnahme der Nachbehandlung auf die Festigkeit der zu untersuchenden Keramiken zu erfassen, erfolgte die Biegefestigkeitsprüfung in verschiedenen Versuchsreihen. Diese unterschieden sich im Brenntemperaturmaximum, das von ungebrannt über 800°C, 900°C, 1000°C bis 1100°C reichte. Die Keramiken DC Cristall, DC Cream sowie ProCAD erfuhren durch eine thermische Nachbehandlung eine signifikante Festigkeitssteigerung. Auch bei Cerec Vita Mark II konnte durch einen abschließenden Brand eine Erhöhung der Festigkeit beobachtet werden, die allerdings bei Festlegung des Signifikanzniveaus auf p=0,05 nicht signifikant ausfiel. Die optimale Brenntemperatur lag für DC Cristall und DC Cream bei 900°C (109,99 MPa; 117,20 MPa), während für ProCAD und Cerec Vita Mark II die höchste Biegefestigkeit bei einer maximalen Brenntemperatur von 1000°C (152,34 MPa; 94,81 MPa) erzielt wurde. Eine thermische Nachbehandlung der entsprechenden Feldspatkeramiken ist somit empfehlenswert. Die Biegefestigkeit der Keramiken 20/9/1A und D 08/01 blieb durch eine thermische Nachbehandlung fast unverändert (125,39 MPa; 150,03 MPa). Die kritische Risszähigkeit KIc kann durch verschiedene Methoden ermittelt werden, die sich in der Erzeugung von Defekten nachvollziehbarer Rissgeometrie und definierbaren Ausmaßes unterscheiden. Als eine einfach durchzuführende Möglichkeit der Risszähigkeitsbestimmung stellte sich die Indentermethode dar, bei der Vickershärteeindrücke genutzt werden. Auch wenn die Indentermethode in der Genauigkeit der Fraktographie unterlegen ist, bietet sie aufgrund des geringen technischen Aufwandes die Möglichkeit einer routinemäßigen Prüfung der kritischen Risszähigkeit. Der Einsatz der Indentermethode ermöglicht somit jedem Labor die Bestimmung der Risszähigkeit. Als problematisch erwies sich dabei die Vielzahl der in der Literatur beschriebenen Rechenansätze zur Auswertung der Indentermethode, die entsprechend der erwarteten Rissmustertypen unterteilt werden. Am Beispiel der Keramik DC Cristall wurde deutlich, dass die mit den verschiedenen Rechenansätzen erzielten KIc-Werte fast ausschließlich signifikant voneinander abweichen. Somit hängt die Verlässlichkeit der Indentermethode entscheidend von der Wahl der Berechnungsmethoden ab. Im Rahmen der entwicklungsbegleitenden Prüfung der neuen keramischen Materialien lag so das Problem der fehlenden Vergleichbarkeit der KIc-Werte vor. Um eine Vergleichbarkeit und Verlässlichkeit der KIc-Werte zu erzielen, ist eine Vereinheitlichung der Gleichungen unumgänglich. Als empfehlenswert erwies sich die Verwendung des Rechenansatzes nach Anstis (12) KIc = 0,016 (E/H)1/2 Fc-3/2 mit der Berechnung des genauen Vickershärtewertes und der Nutzung des aus der Biegefestigkeit ermittelten E-Moduls. Für alle untersuchten Keramiken wurde mit Hilfe dieser modifizierten Anstis- Gleichung eine Risszähigkeit von über 1 MPa m1/2 bei einer Brenntemperatur von 1000°C festgestellt.
Summary The brittleness of ceramics is the main problem during application caused by its crack susceptibility. Cracks are caused by tiny defects within the ceramics. These defects may occur during the manufacturing process or may be the result of treatment of the ceramic surfaces. In case of treatment of the ceramic restorations the grid-size of the grinding tools has an influence as it determines the roughness of the ceramic surface and hence the size of surface defects. This raises the question whether the grinding with CAD/CAM technology should be followed by thermal finishing. The field of applications for a particular material is primarily defined by its properties. In the case of ceramics particularly the flexural strength sb and the critical fracture toughness KIC may be considered to define the field of applications. Six different feldspar ceramics for CAD/CAM-technology were examined during development of new all-ceramic materials by DCS. For estimation of the fracture toughness the indenter method using a Vickers hardness indenter was chosen because of its application onto small specimens, its reproducibility and it can be conducted in any laboratory. The scientific literature presents a number of different equations to calculate fracture toughness. The results differ widely as different values are used for the material s hardness, caused by rounding of the Vickers hardness. The proper estimation of the module of Elasticity E poses a problem as its value varies considerably in the various publications and it is often generalised for entire classes of materials. Due to these reasons it is virtually impossible to compare and objectively assess different ceramics. To overcome these shortfalls we suggest that the correct Vickers hardness be used as stated by the formula presented and that E-modulus be calculated for each ceramics from its flexural strength. This calculation assumes that the fracture has occurred at 0.1% deformation in case of investigated feldspar ceramic materials. Since E*e=s, the E-modulus can be calculated from the ratio of flexural strength and deformation. In order to achieve comparability and reliability of fracture toughness values for a variety of feldspar ceramics the different equations suggested by various authors have to be unified. This is best accomplished by using the calculation approach by Anstis et al. The application of this approach should be checked for infiltration ceramics based on oxide powders as well as for oxide ceramics. Furthermore, it could be shown that thermal finishing has a significant positive influence on flexural strength, but no significant influence on fracture toughness of feldspar ceramics.
