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Título: The influence of different surface and heat treatments on the biaxial flexural strength of veneering ceramics for zirconia and strength reliability and mode of fracture of veneering ceramics
Autor: Carracho, José Fausto, 1975-
Orientador: Tavares, António Vasconcelos, 1945-
Razzoog, Michael E.
Palavras-chave: Reabilitação oral
Cerâmica dentária
Teses de doutoramento - 2011
Issue Date: 2011
Resumo: New processing techniques have facilitated the use of Zirconia core materials in all-ceramic dental prostheses. Zirconia has many potential advantages compared to existing core materials; however its performance when layered with veneering ceramics has not been clearly evaluated. Moreover the veneering ceramics used with Zirconia may be ground, polished or glazed during laboratory procedures and/or clinical adjustments. These treatments may affect their strength by introducing microscopic flaws and defects. The purposes of this study were to investigate the effects of surface treatments on the mean biaxial flexural strength of three feldspathic veneering ceramics used to layer Zirconia cores: NobelRondoTM Zirconia veneer ceramic (Nobel BiocareTM AB, Sweden), LavaTM Ceram veneer ceramic (3MTM, ESPETM, Germany), and Vita® VM®9 veneer ceramic (Vita®, Zahnfabrick, Germany) and compare the mean biaxial flexural strength, its reliability, and mode of fracture of bilayered Zirconia discs veneered with the three feldspathic veneering ceramics. For the first part of the study one hundred and eighty monolithic disc specimens (12.7 mm x 2.2mm), sixty for each feldspathic veneering ceramic were prepared according to the manufacturer’s instruction and divided into eighteen groups, 6 groups for each feldspathic veneering ceramic with 10 specimens for each group. The six groups for each feldspathic veneering ceramic were untreated, grounded, grounded and polished, grounded and glazed, grounded polished and glazed and polished and glazed. Mean biaxial flexural strength and Weibull modulus were appraised. Statistical significance Summary 236 among groups of population was analyzed using one-way and two-way ANOVA and Fisher's PLSD comparison tests. For the second part of the study sixty bilayered disc specimens (12.7 mm x 2.2 mm), twenty for each feldspathic veneering ceramic were prepared using sixty Zirconia core discs (12.7 mm x 1.1 mm) layered with the three feldspathic veneering ceramics according to the manufacturer’s instruction and divided into 6 groups of 10 specimens for each material. Mean biaxial flexural strength and Weibull modulus were appraised, and a scanning electron microscope was used to describe surface features. Statistical significance among groups of population was analyzed using two-way ANOVA, Fisher's PLSD and Student’s t-test comparison tests. For the first part of the study and when the veneering ceramics were analyzed together the data provided strong evidence that there was a significant difference in biaxial flexural strength between the grinding groups and all other groups. When the feldspathic veneering ceramics were analyzed individually data revealed more heterogeneity between the mean biaxial strength of different groups. However, grinding decrease the strength of veneering ceramics and in some cases significantly. For this reason, grinding should always be avoided if any other procedure is to be done, as this will either create or change the developed crack dimensions or increase the volume loss. Conversely polishing and glazing improved the strength of all materials and in same cases significantly. These procedures are recommended to counteract the detrimental effects of grinding which was related to the ability of the procedures to improve the condition of the ceramic’s surface and free it from various defects and flaws. The Weibull modulus values for the veneering ceramics tested varied with different treatments. They showed higher values for polished, glazed and untreated groups, and lower values for ground groups. For the bilayered specimens when the veneering ceramics were Summary 237 analyzed together, specimens with the core material on the bottom surface were statistically stronger and more reliable than those with the veneering ceramics on the bottom surface. When analyzed individually only in the NobelRondoTM Zirconia veneer ceramic there was no significant difference when the core material or the veneering ceramic was on the bottom surface. Two different modes of fracture were observed in the bilayered specimens according to which material was on the bottom surface. The material that underwent tensile stress dictated the strength, reliability, and fracture mode of the specimens. The design of the restorations and the actual distribution of the tensile stresses must be taken into account, otherwise the significant contribution of stronger and tougher core materials to the performance of all-ceramic Zirconia-based restorations may be offset by the weaker veneering ceramics.
Com o objectivo de ultrapassar as limitações dos materiais em cerâmica pura tradicionais, diversas companhias introduziram em medicina dentária reabilitadora um material de elevada resistência composto por cerâmica de Zircónia. A sua aplicação em prostodontia está a emergir devido fundamentalmente às suas excelentes propriedades mecânicas, biológicas e estéticas e ao desenvolvimento de novas tecnologias, como a tecnologia CAD/CAM, que permitem a confecção de coroas unitárias e próteses parciais fixas de uma forma standardizada e eficiente. Apesar das enormes e aparentes vantagens da Zircónia, comparativamente aos materiais cerâmicos tradicionais utilizados como infraestrutura de restaurações protéticas, o seu desempenho clínico quando estratificada com cerâmicas feldspáticas de revestimento não tem sido até agora avaliada com evidência. Do ponto de vista da selecção de material, a substituição de materiais cerâmicos tradicionais ou mesmo alumina por Zircónia com maior resistência deveria melhorar a performance clínica das coroas tendo como referência a origem da fractura. No entanto, a resistência das cerâmicas feldspáticas, e consequentemente de uma restauração em cerâmica pura com núcleo de Zircónia, está dependente do grau de polimento final da restauração e dos diferentes procedimentos de fabricação no laboratório e ou ajustes clínicos que possibilitem uma correcta adaptação e ou oclusão. Os procedimentos de processamento e ou ajustes clínicos são passíveis de provocar pequenos defeitos microcópicos e ou fissuras sub-críticas, que poderão ser Resumo 240 acompanhados por uma alteração e consequente redução de resistência à fractura. A presença destas fissuras pode como consequência de carga clínica e ou presença de humidade crescer para uma situação crítica limite levando a falha catastrófica. O efeito dos procedimentos de processamento de materiais cerâmicos tem sido estudado por numerosos investigadores. No entanto, existe ainda controvérsia no que respeita ao melhor método para produzir a superfície mais polida e resistente. No sentido de avaliar todas estas suposições os objectivos deste estudo foram avaliar a resistência à fractura medida através da resistência à flexão biaxial de cerâmicas feldspáticas de revestimento de Zircónia quando submetidas a tratamentos de superfície nomeadamente, desgaste, polimento e tratamento térmico; e avaliar a resistência, a fiabilidade e o modo de fractura de restaurações em cerâmica pura com infra-estrutura de Zircónia estratificadas com diferentes cerâmicas de revestimento. Para alcançar estes objectivos, foram efectuadas avaliações quantitativas da resistência à flexão biaxial, avaliações qualitativas da ultramorfologia e modo de fractura da interface cerâmica de revestimento – infraestrutura de Zircónia. A estratégia seguida levou à formulação das seguintes hipóteses experimentais: H1.0: Não existem diferenças significativas na resistência à fractura, medida em termos de resistência à flexão biaxial, entre os diferentes tratamentos de superfície no conjunto das cerâmicas feldspáticas de revestimento. H1.1: Existem diferenças significativas na resistência à fractura, medida em termos de resistência à flexão biaxial, entre os diferentes tratamentos de superfície no conjunto das cerâmicas feldspáticas de revestimento. Resumo 241 H2.0: Não existem diferenças significativas na resistência à fractura, medida em termos de resistência à flexão biaxial, entre os diferentes tratamentos de superfície em cada uma das cerâmicas feldspáticas de revestimento. H2.1: Existem diferenças significativas na resistência à fractura, medida em termos de resistência à flexão biaxial, entre os diferentes tratamentos de superfície em cada uma das cerâmicas feldspáticas de revestimento. H3.0: Não existem diferenças significativas na resistência à fractura, medida em termos de resistência à flexão biaxial, no conjunto das cerâmicas feldspáticas de revestimento/infra-estruturas de Zircónia independentemente do material submetido a stress tensional. H3.1: Existem diferenças significativas na resistência à fractura, medida em termos de resistência à flexão biaxial, no conjunto das cerâmicas feldspáticas de revestimento/infra-estruturas de Zircónia independentemente do material submetido a stress tensional. H4.0: Não existem diferenças significativas na resistência à fractura, medida em termos de resistência à flexão biaxial, em cada uma das cerâmicas feldspáticas de revestimento/infra-estruturas de Zircónia independentemente do material submetido a stress tensional. H4.1: Existem diferenças significativas na resistência à fractura, medida em termos de resistência à flexão biaxial, em cada uma das cerâmicas feldspáticas de revestimento/infra-estruturas de Zircónia independentemente do material submetido a stress tensional. H5.0: Não existem diferenças significativas no modo de fractura das cerâmicas feldspáticas de revestimento/infra-estruturas de Zircónia Resumo 242 independentemente do material submetido a stress tensional. H5.1: Existem diferenças significativas no modo de fractura das cerâmicas feldspáticas de revestimento/infra-estruturas de Zircónia independentemente do material submetido a stress tensional. Na primeira parte da investigação uma amostra de conveniência de cento e oitenta (180) espécimes em forma de disco (12.7 mm x 2.2 mm) foram preparados e usados neste estudo. Os discos foram fabricados com cerâmica feldspática utilizada para estratificar infra-estruturas de Zircónia 3YTZP de três (3) marcas comerciais: NobelRondoTM Zirconia veneer ceramic (Nobel BiocareTM AB, Suécia), LavaTM Ceram veneer ceramic (3MTM, ESPETM, Alemanha), e Vita® VM®9 veneer ceramic (Vita®, Zahnfabrick, Alemanha). Sessenta (60) espécimes monolíticos de cada cerâmica foram fabricadas de acordo com as instruções ISO/DIS 6872: 1995 (three-point and biaxial flexural strength) usando um molde de aço inoxidável (ISO/DIS 6872: 1995). O líquido de mistura e o pó cerâmico foram combinados nas proporções recomendadas pelo fabricante. A mistura resultante de cerâmica feldspática foi vibrada e compactada no molde e posteriormente sinterizada em forno específico para cerâmica (Programat P500, Ivoclar Vivadent AG, Liechtenstein). Após a primeira sinterização mais cerâmica foi adicionada por forma a compensar a contracção resultante da primeira sinterização. Os discos de cerâmica produzidos foram examinados com um estereomicroscópio (Nikon SMZ-U, Tokyo, Japan) com uma ampliação X75 para avaliar a presença de pequenas fissuras ou poros. Espécimes que demonstrassem defeitos visíveis foram substituídos. A superficie de todas os espécimes foi posteriormente polida com discos de carbureto de silício (grão P220, P500, P1200 - Ultra-Prep, Buehler Ltd., Lake Bluff, IL, EUA) numa lixadora mecânica (Ecomet® 3, Buehler Ltd., Lake Buff, IL, EUA) de acordo Resumo 243 com ISO 6344-1: 1998 (ISO/DIS 6344-1: 1998). Este procedimento foi efectuado até serem obtidos espécimes com 2.2(± 0.1) mm por 12.7(± 0.1) mm de espessura e diâmetro respectivamente. Um transportador especial de aço inoxidável foi utilizado para assegurar a uniformização da espessura e paralelismo das superficies durante o corte e polimento. As dimensões dos espécimes foram avaliadas através da utilização de um medidor digital (Digimatic Caliper Series 500, Mitutoyo America Corporation, Aurora, IL, EUA) por forma a garantir espessura e diâmetros exactos. Finalmente, todas os espécimes foram limpas com água destilada num banho de ultra-sons (Eurosonic® 4D, Euronda, Vicenza, Italia) durante 15 minutos e posteriormente colocados no forno específico para cerâmica onde foram auto-glazeados. Após o glaze, a espessura final e o diâmetro foram novamente avaliados através da utilização do mesmo medidor digital até ao centésimo de milimetro. Os cento e oitenta (180) espécimes foram aleatoriamente distribuidos por dezoito grupos, seis grupos para cada cerâmica, cada grupo composto por dez espécimes. Os seis grupos experimentais de cada cerâmica foram fabricados como anteriormente descrito e submetidos aos seguintes tratamentos de superfície: 1) preparação segundo as instruções do fabricante (grupo de controlo) (C), 2) com desgaste/corte da superfície com instrumento de diamante (G), 3) com desgaste/corte da superfície com instrumento de diamante seguido de glaze (GG), 4) com desgaste/corte da superfície com instrumento de diamante seguido de polimento (GP), 5) com desgaste/corte da superfície com instrumento de diamante seguido de polimento e glaze (GPG), 6) Com polimento da superfície seguido de glaze (PG). A resistência máxima à fractura foi medida através do método “pistonon- three-ball” utilizando uma máquina de testes mecânicos universal Instron (Modelo TT-BM Instron Corp., Canton, MA), e de acordo com o standard ISO/DIS 6872 para cerâmicas dentárias (ISO/DIS 6872: 1995). A resistência Resumo 244 máxima à fractura (N) foi registada e conjugada com a seguinte formula (ASTM F 394-78, 1996), por forma a obter e calcular a resistência à flexão biaxial para cada espécime: S = - 0.2387 P(X – Y)/d2 (ISO/DIS 6872: 1995). Conjuntamente foi calculado o Weibull modulus para a resistência à flexão biaxial obtida. A análise estatística dos resultados foi efectuada através da utilização do método one-way and two-way ANOVA com ajustamento de Fisher's PLSD post-hoc para comparações múltiplas (p=0.05), para avaliar as diferenças de resistência à fractura entre grupos. Na segunda parte da investigação uma amostra de coveniência de sessenta (60) espécimes em forma de disco (12.7 mm x 2.2 mm) foram preparados e usados neste estudo. Os discos foram fabricados utilizando sessenta discos de Zircónia 3Y-TZP produzidos por CAD/CAM (Nobel BiocareTM AB, Suécia) (12.7 mm x 1.1 mm) que foram revestidos com cerâmica feldspática utilizada para estratificar infra-estruturas de Zircónia 3YTZP de três (3) marcas comerciais: NobelRondoTM Zirconia veneer ceramic (Nobel BiocareTM AB, Suécia), LavaTM Ceram veneer ceramic (3MTM, ESPETM, Alemanha), e Vita® VM®9 veneer ceramic (Vita®, Zahnfabrick, Alemanha). A preparação dos sessenta (60) espécimes, vinte (20) de cada cerâmica foi efectuada de acordo com as instruções ISO/DIS 6872: 1995 (three-point and biaxial flexural strength) (ISO/DIS 6872: 1995) usando as recomendações específicas de cada fabricante e de acordo com o procedimento efectado para os espécimes monolíticos de cada cerâmica. Os sessenta (60) espécimes foram aleatoriamente distribuidos por seis grupos, dois grupos para cada cerâmica, cada grupo composto por dez espécimes. A resistênicia máxima à fractura foi medida através do método pistonon- three-ball utilizando uma máquina de testes mecânicos universal Instron Resumo 245 (Modelo TT-BM Instron Corp., Canton, MA), e de acordo com o standard ISO/DIS 6872 para cerâmicas dentárias (ISO/DIS 6872: 1995). Em trinta (30) espécimes, dez por cerâmica, a força foi aplicada na cerâmica felsdpática de revestimento. Nos restante trinta (30), dez por cerâmica, a força foi aplicada na infra-estrutura de Zircónia. O objectivo de inverter a posição dos espécimes foi perceber a influência que a cerâmica de revestimento teria na origem interna ou externa da fractura do material. A máxima resistência à fractura (N) foi registada e conjugada com a seguinte formula (ASTM F 394- 78, 1996), por forma a obter e calcular a resistência à flexão biaxial para cada especime: S = - 0.2387 P(X – Y)/d2 (ISO/DIS 6872: 1995). Conjuntamente foi calculado o Weibull modulus para a resistência à flexão biaxial obtida. A análise estatística dos resultados foi efectuada através da utilização do método two-way ANOVA com ajustamento de Fisher's PLSD post-hoc e Student’s t-test para comparações múltiplas (p=0.05), para avaliar as diferenças de resistência à fractura entre grupos. Após os testes de fractura todos os espécimes foram analisados com um estereomicrocópio (Nikon SMZ-U, Tokyo, Japan) com uma ampliação de X75 no sentido de caracterizar a origem e modo de fractura. A caracterização morfológica dos diferentes tipos de fractura registados na interface Zircónia/cerâmica feldspática de revestimento foi efectuada através da utilização de microcopia electrónica de varrimento (SEM) (Amray 1820, Bedford, MA, USA). Seis espécimes representativos, dois de cada grupo, foram seleccionados e fotografias de diferentes amplitudes foram efectudas. Os resultados para a primeira parte do estudo demonstraram que quando as cerâmicas feldspáticas de revestimento são analizadas em conjunto, os grupos de desgaste (G) apresentarm diferenças significativas em relação a todos os outros grupos. Foram encontradas também diferenças significativas entre os grupos de controlo (C) e os grupos de polimento/glaze (PG). Nenhuma outra diferença significativa de resistência à flexão biaxial, Resumo 246 entre os restantes grupos de tratamento de superfície foi encontrada. Quando as cerâmicas feldspáticas de revestimento foram analizadas individualmente, os resultados encontrados da resistência à flexão biaxial entre os diferentes grupos de tratamento de superfície, foram mais heterogéneos. No entanto, em todos as cerâmicas o tratamento de superfície de degaste/corte (G) provocou uma diminuição de resistência à flexão biaxial, e em alguns casos de forma estatisticamente significativa. Estes resultados sugerem que o desgaste da superfície destas cerâmicas deve ser sempre evitado se nenhum outro tratamento de superfície for efectuado posteriormente, uma vez que o desgaste ou corte com instrumento de diamante poderá criar ou alterar as dimensões de fissuras ou poros préexistententes diminuindo a resistência do material. Pelo contrário, os resultados da resistência à flexão biaxial para os tratamentos de superficie de polimento e/ou glaze (GG, GP, GPG, PG) melhoraram a resistência à flexão biaxial dos materiais cerâmicos, e em alguns casos de forma estatisticamente significativa. Os resultados sugerem que estes tratamentos de superfície limitam os efeitos do desgaste/corte, devido à sua capacidade para melhorar as condições da superfície da cerâmica, através da eliminação ou diminuição de defeitos, fissura e/ou poros. Os resultados sugerem que as diferenças de distribuição da resistência à flexão biaxial entre os diferentes grupos de tratamento de superfície estão mais dependentes da rugosidade de superfície de cada cerâmica e consequentemente do tratamento de superfície efectuado, do que com a sua estrutura; excepto quando a estrutura interna do material possa provocar uma concentração de stress superior aquela originada pela rugosidade de superfície e/ou a presença de poros ou fissuras. Os resultados encontrados demonstraram também, que os valores obtidos para as cerâmicas feldspáticas de revestimento para Zircónia (grupo de controlo), se encontram dentro dos valores que as cerâmicas feldspáticas Resumo 247 de revestimento nos sistemas metálicos apresentam. Os resultados encontrados para o Weibull modulus das três cerâmicas testadas são semelhantes aos valores obtidos para outras cerâmicas feldspáticas de revestimento. Valores mais elevados foram encontrados para os grupos de polimento, glaze e de controlo, demonstrando maior homogeneidade de valores obtidos, do que para os grupos de desgaste. Os resultados para a segunda parte do estudo demonstraram que, quando os valores da resistência à flexão biaxial das cerâmicas feldspáticas de revestimento/infra-estrutura Zircónia são analizadas em conjunto, os espécimes que foram testados com a infra-estrutura de Zircónia na superfície inferior, apresentaram valores estatisticamente superiores aqueles que apresentaram as cerâmicas feldspáticas de revestimento sob tensão. Quando analizadas individualmente apenas a NobelRondoTM Zirconia veneer ceramic não demonstrou diferenças significativas independentemente do material que era colocado sob tensão. Estes resultados demonstram, que o contributo de infra-estruturas mais resistentes no desempenho clínico de restaurações em cerâmica pura, poderá não ser significativo se o desenho da restauração não tiver em atenção a distribuição do stress tensional sobre ela exercido. Os resultados encontrados para o Weibull modulus das três cerâmicas testadas são semelhantes aos valores obtidos para outras cerâmicas feldspáticas de revestimento quando estratificadas sobre infra-estruturas diferentes da Zircónia. Valores mais elevados foram encontrados para os grupos que apresentavam a Zircónia sob tensão, evidenciando maior homogeneidade de valores obtidos. Dois modos de fractura diferentes foram predominantemente encontrados nos espécimes, dependendo do material que era colocado em tensão. Quando a Zircónia era colocada em tensão, um cone Hertziano estava presente na superfície da cerâmica feldspática em practicamente todos os espécimes. A presença deste cone, era acompanhado por traços de Resumo 248 fractura que se propagavam lateralmente causando eventual delaminação parcial da cerâmica feldspática de revestimento sem fractura da infraestrutura de Zircónia. Pelo contrário, quando as cerâmicas de revestimento eram colocadas sob tensão, a fractura tinha origem tendencialmente num defeito da superfície da cerâmica que se propagava até à interface cerâmica de revestimento/ infra-estutura de Zircónia. Estes traços de fractura eram defletidos lateralmente quando a infra-estrutura de Zircónia era atingida provocando delaminação da cerâmica feldspática de revestimento, demonstrando um sistema que poderá ter tendência para delaminação parcial ou completa em vez de falha catastrófica. A continuição da aplicação da força provocou em practicamente todos os espécimes fractura da infraestrutura de Zircónia.
Descrição: Tese de doutoramento, Medicina Dentária (Reabilitação Oral), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina Dentária, 2011
URI: http://hdl.handle.net/10451/4787
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