Korundstrahlen von Feldspatkeramik: Wie wichtig ist der Strahlwinkel?

Beim Korundstrahlen stehen meist Strahlmittel, Partikelgröße und Druck im Fokus. Doch auch der Strahlwinkel könnte eine Rolle spielen. Eine aktuelle Studie untersucht, wie unterschiedliche Strahlwinkel und Düsengeometrien bei Feldspatkeramik Oberflächeneigenschaften und Biegefestigkeit beeinflussen. Die Grafik zeigt schematisch das Abstrahlen von Feldspatkeramik bei unterschiedlichen Strahlwinkeln zwischen 20° und 90°.

Das Abstrahlen mit Aluminiumoxidpartikeln (Al₂O₃) gehört zu den grundlegenden Verfahren in Zahnmedizin und Zahntechnik. Es dient dem Ausbetten von Gussobjekten und vor allem der Konditionierung von Restaurationsoberflächen vor dem adhäsiven Verbund. Durch das Aufrauen entstehen mikromechanische Retentionen, die für den dauerhaften Verbund von Kronen, Brücken und Veneers entscheidend sind. Unter bestimmten Bedingungen kann das Abstrahlen die behandelte Oberfläche jedoch auch schädigen und dadurch die Zuverlässigkeit der Restauration mindern.

Gut untersucht sind bislang das Strahlmittel, die Partikelgröße und der Strahldruck. Deutlich weniger Beachtung fanden dagegen der Auftreffwinkel (Strahlwinkel), die Düsengeometrie und der Arbeitsabstand. Feldspatkeramiken mit hohem Glasphasenanteil werden vor dem Verbund üblicherweise mit Flusssäure geätzt; das Abstrahlen wird hier wegen eines möglichen Festigkeitsverlustes oft vermieden.

Aus klinischer Sicht ist gerade der Strahlwinkel relevant. Bei anatomisch komplexen Restaurationen – etwa Kronen, Veneers oder mehrgliedrigen Brücken – lässt sich ein konstanter Winkel über die gesamte Oberfläche praktisch nicht einhalten. Ein Winkel von 45° gilt als Standard, während bei 90° die kinetische Energie auf eine kleinere Fläche konzentriert wird. Ob Abweichungen von diesem Winkel die Oberflächeneigenschaften verändern oder die mechanische Integrität der Feldspatkeramik beeinträchtigen, war bisher nicht untersucht.

Material und Methoden

Aus CAD/CAM-Blöcken (VITABLOCS Mark II, VITA Zahnfabrik) wurden 70 Feldspatkeramik-Prüfkörper (12 × 12 × 1,2 mm) hergestellt und auf sieben Gruppen (n = 10) verteilt (Abbildung 1). Sechs Gruppen wurden mit 50 µm Al₂O₃ (Cobra, Renfert) bei 0,05 MPa für 10 s und einem Arbeitsabstand von 10 mm abgestrahlt – entweder mit einer konventionellen geraden Düse bei 20°, 45°, 70° oder 90° oder mit einer experimentellen Düse mit konischem Endabschnitt bei 45° oder 90°. Die Kontrollgruppe wurde 60 s mit 9 % Flusssäure geätzt. Beide Düsen besaßen denselben Kanaleinlassdurchmesser (0,8 mm) und unterschieden sich ausschließlich in der Geometrie des Endabschnitts. Der Strahlwinkel wurde über eine eigens angefertigte Positioniervorrichtung reproduzierbar eingestellt (Abbildung 2).

Die SFE wurde aus Kontaktwinkelmessungen und nach der Ström-Datenbank berechnet. Die Ra wurde taktil bestimmt (6 Messstrecken je Prüfkörper). Die biaxiale Biegefestigkeit ist bis zum Bruch gemessen worden. Die statistische Auswertung erfolgte mit einfaktorieller ANOVA und partiellem Eta-Quadrat (η_p²), Scheffé-Post-hoc-Test sowie t-Tests zwischen den Düsen (p < 0,05).

Ergebnisse

• Strahlwinkel (ηp2 = 0,588) und Düsentyp (ηp2 = 0,228) beeinflussten SFE und Ra signifikant (jeweils p < 0,001).
• Der flache Winkel von 20° (konventionelle Düse) ergab die niedrigsten Werte für SFE (38,3 ± 11,3 mJ/m²) und Ra (0,514 ± 0,033 µm).
• Bei 45° erzeugte die konventionelle Düse eine höhere SFE als die experimentelle Düse.
• Bei 90° erzeugte die experimentelle Düse eine höhere Ra als die konventionelle Düse.
• Mit der konventionellen Düse führte ein Winkel von 70° zu höherer Ra als 45° und 90°.
• Die Biegefestigkeit lag zwischen 121 ± 8,5 und 131 ± 8,0 MPa und unterschied sich weder zwischen den Strahlgruppen noch gegenüber der flusssäuregeätzten Kontrolle (p = 0,074).

Strahlwinkel verändert die Oberfläche, nicht aber die Biegefestigkeit.

Unter den untersuchten Niederdruckbedingungen (0,05 MPa) veränderten Strahlwinkel und Düsengeometrie gezielt die Oberflächeneigenschaften der Feldspatkeramik, ohne die Biegefestigkeit messbar zu reduzieren. Ein flacher, eher tangentialer Partikelauftreffwinkel führt offenbar zu einer geringeren Texturierung der Oberfläche, während steilere Winkel Rauheit und Oberflächenenergie erhöhen. Da sich ein konstanter Strahlwinkel klinisch kaum einhalten lässt, bilden diese Ergebnisse die in der Praxis auftretende Variabilität womöglich besser ab als idealisierte Laborprotokolle.

Die Nullhypothese wurde damit nur teilweise angenommen: Die Oberflächenparameter reagierten deutlich empfindlicher auf den Strahlwinkel als die mechanische Integrität der Keramik. Entscheidend ist jedoch, dass Verbundfestigkeit, Alterungsverhalten, Versagensmodi und klinische Bewährung nicht untersucht wurden. Die beobachteten Unterschiede zwischen SFE und Ra dürfen daher nicht als Beleg für eine bessere Adhäsion gewertet werden. Flusssäureätzung (selektive Auflösung der Glasmatrix) und Abstrahlen (mechanische Oberflächenmodifikation) beruhen auf unterschiedlichen Verbundmechanismen und sind nicht ohne Weiteres austauschbar. Für sich genommen rechtfertigen die Ergebnisse daher noch keine Empfehlung, die Flusssäureätzung durch Abstrahlen zu ersetzen. Zudem gelten sie ausschließlich für das geprüfte Protokoll (0,05 MPa) und die untersuchte Keramik; höhere Strahldrücke können zu anderen Ergebnissen führen. Weitere Untersuchungen zu unterschiedlichen Druckstufen, zur Verbundfestigkeit und zum Langzeitverhalten sind erforderlich.