Zyklische Ermüdung einer Lithium-Disilikat-Glaskeramik im Vier-Punkt-Biegeversuch

Abstract

Objectives Flexural strength is often used to evaluate the stability of dental ceramics, but it is not convenient to predict the longtime performance of a material. The aim of this study was to determine the flexural fatigue limit of the lithium-disilicate glass-ceramic IPS e.max Press (Ivoclar Vivadent, Schaan, Liechtenstein) with a staircase approach in a four-point-bending test. Materials and Methods 30 bending bars for each experimental series, flexural strength under dry conditions, flexural strength in water, and cyclic fatigue were prepared accor­ding to the manufacturer`s instructions. After deflasking, grinding, and rounding the edges, the specimens were examined under a light microscope. Dry and wet flexural strength was measured in a four-point-bending test. Weibull-moduli and Weibull-strengths were calculated. To determine the flexural fatigue limit, the bending bars were loaded cyclically with subcritical intensity and the staircase approach was used. Representative specimens were investigated under a light microscope and a scanning electron microscope. Results Average flexural strength was more than 30% lower in water (293,75 MPa), than in dry conditions (421,49 MPa). The flexural fatigue limit (202,78 MPa) was less than half as high as the dry flexural strength. The Weibull-moduli (dry 7,53; wet 7,31) were relatively low compared to results obtained for other dental ceramics. By investigating the broken specimens with a scanning electron microscope the fracture process could be reconstructed for most test bars. All outliers with very low strength values could be explained by material defects in this way. Conclusions The high initial flexural strength of the lithium-disilicate glass-ceramic IPS e.max Press is not relevant for lifetime prediction because the examined ceramic is degraded by the influence of water and cyclic loading. Although the results of this study should not be transferred directly onto dental restorations due to differences in shape and design, surface treatment and individual influences in the oral cavity, they clearly show that aqueous environment and cyclic mastication highly contribute to the failure of dental glass-ceramic restorations.Zielsetzung Als Kenngröße für die Festigkeit von Dentalkeramiken wird häufig die initiale Biegefestigkeit betrachtet, die jedoch wenig über die Langlebigkeit eines Werkstoffes aussagt. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, mit der Staircase-Methode die Ermüdungsgrenze einer Lithiumdisilikat-Glaskeramik (IPS e.max Press, Ivoclar Vivadent, Schaan, Liechtenstein) im Vier-Punkt-Biegeversuch in Wasser zu bestimmen. Material und Methode Es wurden jeweils 30 Prüfkörper für die Versuchsreihen Initiale Biegefestig­keit trocken, Initiale Biegefestigkeit in Wasser und zyklische Ermüdung ent­sprechend den Herstellerangaben mit Hilfe des Lost-Wax-Verfahrens gepresst. Nach Ausbettung, Schliff und Anfasen der Kanten wurden die Proben im Lichtmikroskop kontrolliert. Die initiale Biegefestigkeit wurde im Vier-Punkt-Biegeversuch trocken und in Wasser gemessen und Weibullparameter sowie -festigkeit berechnet. Zur Bestimmung der Ermüdungsgrenze wurden die Prüfkörper bei unterkritischen Intensitäten zyklisch belastet. Die Auswer­tung erfolgte mittels Staircase-Methodik. Repräsentative Proben wurden im Licht- und Rasterelektronenmikroskop fraktographisch untersucht. Ergebnisse Die mittlere initiale Biegefestigkeit verminderte sich bei der Materialprüfung unter Wassereinfluss um etwa 30% von 421,49 MPa auf 293,75 MPa. Die Er­müdungsgrenze lag mit 202,78 MPa mehr als 50% unter der trockenen initia­len Biegefestigkeit. Die Weibullmodule befanden sich mit 7,53 (trocken) be­ziehungsweise 7,31 (in Wasser) im mittleren bis unteren für Dentalkeramiken üblichen Bereich. Bei der Untersuchung im Rasterelektronenmikroskop konnte in vielen Fällen der Bruchvorgang rekonstruiert werden. Weiterhin waren bei den Prüfkörpern mit niedrigen Biegefestigkeitswerten Materialfehler zu erkennen. Schlussfolgerungen Die hohe gemessene Biegefestigkeit (trocken) ist für die Vorhersage der Haltbarkeit der Lithiumdisilikat-Glaskeramik IPS e.max Press wenig rele­vant, da die Langzeitfestigkeit der untersuchten Dentalkeramik sowohl durch den Einfluss von Wasser als auch durch zyklische unterkritische Belastungen geschwächt wird. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie können aufgrund von Form- und Designunterschieden, abweichender Oberflächenbearbeitung im Labor und zusätzlichen individuellen Umgebungsbedingungen in der Mundhöhle zwar nicht direkt auf dentale Restaurationen übertragen werden, zeigen aber deutlich und prinzipiell, dass Speicheleinfluss und wiederholte unterkritische Kaubelastungen eine wichtige Rolle beim Versagen von glaskeramischen Restaurationen spielen