Χαρακτηρισμός μικροδομής και διερεύνηση μηχανικών ιδιοτήτων μονολιθικής ζιρκονίας πριν και μετά την in-vitro γήρανση
Creators: name: Κοντονασάκη, Ελεάνα Αντωνίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: κεραμικά μονολιθικής ζιρκονίας
in-vitro γήρανση
νανομηχανικές ιδιότητες
monolithic zirconia ceramics
in-vitro aging
nanomechanical properties

description: Τα κεραμικά ζιρκονίας σταθεροποιημένης με υττρία (Y-TZP) παρουσιάζουν υψηλή αντοχή και σημαντικά υψηλότερη σκληρότητα (Η) και μέτρο ελαστικότητας (Young’s modulus-E*) συγκριτικά με όλες τις άλλες κατηγορίες οδοντιατρικών κεραμικών, αν και είναι επιρρεπή στην αποδόμηση σε χαμηλή θερμοκρασία (Low Temperature Degradation-LTD) και την υποβάθμιση των μηχανικών τους ιδιοτήτων. Λόγω της διστρωματικής κατασκευής των ολοκεραμικών αποκαταστάσεων ζιρκονίας, οι τάσεις που συσσωρεύονται στη διεπιφάνεια επαφής μεταξύ του πυρήνα ζιρκονίας και του αισθητικού υλικού επικάλυψης, που είναι ένα αστριούχο κεραμικό, σημαντικά ποσοστά θρυμματισμού (chipping) και αποφλοίωσης (delamination) αναφέρονται σε κλινικές μελέτες. Οι αποκαταστάσεις ολικού σχήματος μονολιθικής ζιρκονίας αποτελούν μια ενδιαφέρουσα εναλλακτική λύση που θα μπορούσε να υπερκεράσει τα προβλήματα αποφλοίωσης. Ωστόσο, υπάρχουν ελάχιστα δεδομένα σχετικά με την αντίστασή τους στην αποδόμηση σε χαμηλή θερμοκρασία και την επίδραση της γήρανσης στις μηχανικές τους ιδιότητες. Ο σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν να διερευνηθεί η νανο-σκληρότητα και το μέτρο ελαστικότητας δύο κεραμικών μονολιθικής ζιρκονίας πριν και μετά από in-vitro επιταχυνόμενη γήρανση. Οι μηδενικές υποθέσεις ήταν ότι η νανο-σκληρότητα, το μέτρο ελαστικότητας και η μικροδομή των μονολιθικών κεραμικών δεν θα επηρεαστούν από την in-vitro γήρανση. Κατασκευάστηκαν δοκίμια σε μορφή ορθογωνίου πλακιδίου (2x10x10mm) από δύο κεραμικά μονολιθικής ζιρκονίας (ομάδα Α: BruxZir® Solid Zirconia, USA και ομάδα Β: Zircon Biostar, SILADENT Dr Böhme &amp; Schöps GmbH, Germany) με την τεχνολογία CAD/CAM, πυροσυσσωματώθηκαν σε υψηλή θερμοκρασία και λειάνθηκαν. Ο χαρακτηρισμός των υλικών πριν και μετά τη γήρανση πραγματοποιήθηκε με φασματοσκοπία υπερύθρου (FTIR), περιθλασιμετρία ακτίνων Χ (XRD) και ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM). Οι μηχανικές ιδιότητες (σκληρότητα νανο-(H) και μέτρο ελαστικότητας (Ε *)) μελετήθηκαν με τη δοκιμασία νανο-εντύπωσης πριν και μετά την in-vitro γήρανση (122oC, πίεση 2 bars, για 10 ώρες). Στατιστικά σημαντικές διαφορές διερευνήθηκαν σε επίπεδο σημαντικότητας p &lt;0,05. Η in-vitro γήρανση είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση της σκληρότητας και του μέτρου ελαστικότητας και για τα δύο κεραμικά, η οποία ήταν στατιστικά σημαντική (p &lt;0,001) για την ομάδα Α. Τόσο τα φάσματα FTIR όσος και τα περιθλασιογράμματα XRD αποκάλυψαν μια σημαντική μετατροπή από την τετραγωνική στη μονοκλινή φάση της ζιρκονίας, στην επιφάνεια των δειγμάτων της ομάδας Α, και η ηλεκτρονική μικροσκοπία κατέδειξε σημαντική αλλοίωση της επιφανειακής τους μορφολογίας. Λαμβάνοντας υπόψη τους περιορισμούς αυτής της in-vitro μελέτης μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η επιδεκτικότητα στην αποδόμηση των κεραμικών μονολιθικής ζιρκονίας μπορεί να μεταβάλλεται συναρτήσει της μικροδομής τους, γεγονός που μπορεί να επηρεάσει δυσμενώς την κλινική απόδοση των υλικών κατά τη διάρκεια της γήρανσης στη στοματική κοιλότητα, με αποτέλεσμα την αυξημένη πιθανότητα αποτυχίας.
description: Yttrium stabilized zirconia (Y-TZP) ceramics present high strength and considerably higher hardness (H) and Young’s modulus (E*) compared to all other dental ceramics, although they are prone to low temperature degradation (LTD) after aging that decreases their mechanical properties. Due to the bi-layered structure of zirconia all-ceramic restorations, stresses are induced at the interface between the zirconia core and the feldspathic ceramic veneer layer, leading to considerable chipping and delamination of the veneer, as reported in many clinical studies. To overcome these problems, full-contour monolithic zirconia restorations have become an interesting alternative due their high strength, ease of fabrication and lack of chipping. However limited evidence exists in the literature considering their susceptibility to LTD and its effect on their mechanical properties. The aim of the present study was to investigate the nano-hardness and the Young’s modulus of two monolithic zirconia ceramics before and after in-vitro aging. The null hypothesis was that both mechanical properties of the investigated monolithic ceramics will not be affected by in-vitro aging. Ten rectangular specimens (1x10x10mm) from two zirconia blocks, Bruxzir (BruxZir® Solid Zirconia, USA) and Zircon BioStar (SILADENT Dr. Böhme &amp; Schöps GmbH, Germany) were cut by CAD/CAM technology, fully sintered and mirror-polished. The characterization of the materials before and after aging was performed with Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-Ray Diffraction Analysis (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM). The mechanical properties (nano-hardness (H) and elastic modulus (E*)) were investigated by nano-indentation tests before and after in-vitro aging (122oC, 2 bars, 10 hours). Statistically significant differences were investigated at significance level p&lt;0.05. In-vitro aging resulted in a reduction of both H and E* for both ceramics which was statistically significant (p&lt;0.001) for the Bruxzir group (the null hypothesis was rejected). Both FTIR and XRD revealed a significant amount of monoclinic zirconia only on the surface of the aged Bruxzir specimens with a simultaneous ten-fold increase of their lattice volume and SEM revealed surface uplifts in the form of a network. Under the limitations of this in-vitro study it can be concluded that the susceptibility to LTD of monolithic zirconia ceramics may be varied by their microstructure and consequently their clinical performance during aging in the oral cavity may be impaired, resulting in increased probability of failure.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)