In dentistry, the CAD/CAM technique is gaining importance due to more reproducible and high-quality manufactured dentures. Before any clinical application, dental materials must be in-vitro evaluated with respect to physical durability like abrasion resistance, flexural strength and hardness compared to natural tooth enamel over time. By using different specific experimental arrangements, examination of isolated parameters is possible. The aim of this study is to describe the abrasion behavior of determined material pairs over time using a Pin-on-disc abrasion test setup. The results can be compared to other in-vitro tests and provide a basis for further clinical studies.

Measurements were made by using a pin-on-disc tribometer. 2 direct composites, 5 CAD/CAM materials and bovine enamel as reference were tested. Produced specimens (discs) were restored in water for 4 weeks. The medium was artificial salvia and the antagonist (pin) was zirconia. For a special test enamel pins were created. For every material 3 samples were tested for 50.000 cycles with a speed of 120 rpm and a force of 31,34 N. For the trial with enamel pins one composite CAD/CAM bloc and one CAD/CAM ceramic bloc were used. A distinction must be made between running-in phase and steady-state phase. Recorded force of the steady-state phase was used to calculate the coefficient of friction (µ). For evaluation of volume loss, the specimens were analyzed by profilometric and microscopic devices. The hardness of Vickers was determined for every material. Statistical analysis was carried out by using ANOVA and Post-Hoc-test.

In this evaluation the direct and indirect composites show an enamel like abrasive behavior against zirconia (1,89 mm³ ± 0,43 mm³). However, the ceramic IPS e.max CAD shows a considerably higher volume loss (10,84 mm³ ± 0,34 mm³). When enamel is the antagonist IPS e.max CAD has a greater volume loss than the indirect composite bloc Grandio blocs as well. Generally, the volume loss for enamel antagonist is higher than for zirconia antagonist. Correlation of the hardness of Vickers with the volume loss is directly proportional (r² = 0,88). Based on the results of this study, material combination of ‘hard-hard’ is less abrasion resistant than ‘soft-hard’. In addition, the coefficient of friction correlates with volume loss for some material pairs. The coefficient of friction with zirconia antagonist varies between µ = 0,17 - 0,49. With enamel antagonist the values are between µ = 0,02 - 0,22. Depending on the material the running-in behavior shows different processes.

The demand for dental ceramics is high because of their esthetics and biocompatibility, though ceramics may abrade the natural teeth too much. This study confirms the abrasive behavior of glass ceramic against natural enamel and of zirconia against glass ceramic. Furthermore, nanohybrid composites show a higher abrasion resistance against zirconia and natural enamel. In-vivo testing show different behavior of natural teeth against ceramics. The limitation of this study is the in-vitro design and its results cannot be extrapolated directly into in-vivo clinical reality. This study shows a more inconvenient and more abrasive behavior when ‘hard-hard’ materials wear against each other. However, in-vivo tests are mandatory for further validation.

Durch das Bestreben nach reproduzierbarem und qualitativ hochwertigem Zahnersatz gewinnt das CAD/CAM Verfahren in der Zahnmedizin mehr an Relevanz. Die dafür hergestellten Materialien müssen, wie auch andere Dentalwerkstoffe, einer in-vitro Testung unterzogen werden, um die physikalischen Eigenschaften wie Abrasionsbeständigkeit, Biegefestigkeit und Härte im Vergleich zum natürlichen Zahnschmelz evaluieren zu können. Mittels verschiedener Versuchsanordnungen ist es möglich, einzelne Parameter isoliert und standardisiert zu untersuchen. Das Ziel der Studie ist es, das Verschleißverhalten bestimmter Materialpaarungen im Pin-on-Disk Versuch zeitabhängig zu beschreiben. Die Ergebnisse können dann mit anderen in-vitro Testungen verglichen werden und als Anhaltspunkt für klinische Studien dienen.

Ein Abrasionsversuch mit einer Pin-on-Disk Maschine wurde durchgeführt. Es wurden 2 direkte Komposite und 5 CAD/CAM Materialien zusammen mit Rinderzahnschmelz als Referenz untersucht. Nach Herstellung der Proben (Disks) lagerten diese 4 Wochen in Wasser. Die Versuche wurden mit künstlichem Speichel als Medium und Zirkondioxid (Y-TZP) als Antagonist (Pin) durchgeführt. Auch Schmelzstäbe wurden für einen selektiven Versuch hergestellt. Von jedem Material wurden 3 Proben getestet. Jeder Versuch umspannte 50.000 Zyklen mit einer Umdrehung von 120 pro Minute und einer Anpresskraft von 31,34 N. Für die Versuche mit Schmelzpin wurden ein CAD/CAM Kompositblock und eine CAD/CAM Keramik gegenübergestellt. Anhand der aufgezeichneten Kraftkurve, die sich aus running-in und steady-state Phase zusammensetzt, konnte der Reibungskoeffizient (µ) berechnet werden. Für die Berechnungen wurden ausschließlich Werte der steady-state Phase verwendet. Des Weiteren wurde eine profilometrische und mikroskopische Analyse durchgeführt, anhand deren der Volumenverlust bestimmt wurde. Zudem wurde die Vickershärte von jedem Material bestimmt. Die statistische Auswertung erfolgte mittels ANOVA und Post-Hoc-Tests.

In dieser Versuchsreihe zeigen sowohl die direkten als auch die indirekten Komposite schmelzähnliches Abrasionsverhalten gegenüber Zirkondioxid (1,89 mm³ ± 0,43 mm³). Die Keramik IPS e.max CAD hingegen zeigt einen deutlich erhöhten Volumenverlust (10,84 mm³ ± 0,34 mm³). Auch bei der Testung mit Schmelzantagonisten hatte IPS e.max CAD im Vergleich zum indirekten Kompositmaterial Grandio blocs erhöhte Werte. Die Abrasionswerte sind für die Versuche mit Schmelzantagonisten generell höher als für die Versuche mit Zirkondioxidantagonisten. Die Vickershärte korreliert mit den Volumenverlusten direkt proportional (r² = 0,88). So zeigt eine ‚hart-harte‘ Material-paarung mehr Abrasion als eine ‚weich-harte‘ Paarung. Die Reibungskoeffizienten und die Volumenverluste verhalten sich für bestimmte Materialpaarungen direkt proportional. Die Werte der Reibungskoeffizienten mit Zirkondioxidantagonisten liegen in einem Bereich von µ = 0,17 - 0,49. Bei Schmelzantagonisten liegen die Werte zwischen µ = 0,02 - 0,22. Abhängig von dem jeweiligen Material zeigt das running-in Reibungs-verhalten unterschiedliche Verläufe.

Das klinische Interesse an Dentalkeramiken ist groß, denn das Material überzeugt hinsichtlich Ästhetik und Biokompatibilität. Jedoch steht die Keramik immer wieder im Verdacht den natürlichen Zahn als Antagonisten zu stark zu abradieren. Diese Studie bestätigt das abrasive Verhalten von Glaskeramiken gegenüber dem natürlichen Zahn, aber auch von Zirkondioxid gegen Glaskeramik. Die Nanohybridkomposite zeigen im Vergleich dazu eine erhöhte Abrasionsstabilität sowohl gegen natürlichen Zahnschmelz als auch gegen Zirkondioxid. Die Erkenntnisse gelten nur für diesen in-vitro Versuch und können nicht direkt auf die in-vivo Situation übertragen werden. In-vivo Versuche zeigen unterschiedliche Ergebnisse, wenn es um die Abrasivität von Keramiken geht. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Materialpaarung ‚hart-hart‘ ungünstig und damit nicht abrasionsbeständig ist. Dies benötigt jedoch weiterführende in-vivo Studien zur Verifizierung.