Dioxidul de zirconiu: estetic, dovedit şi durabil.

Originally published in Compendium, an AEGIS publication.

Zirconia: A Proven, Durable Ceramic for Esthetic Restorations by Russell Giordano II, DMD, CAGS, DMSc. Originally published in Compendium of Continuing Education in Dentistry 33(1), January 2012.
Copyright © 2012 to AEGIS Communications. All rights reserved.
Traducere, redactare şi adaptare: Asist. Univ. Dr. Blanka Petcu

Dioxidul de zirconiu: o ceramică dovedită şi durabilă
pentru restaurările estetice

 
[fb-like]
 

Rezumat

În cadrul ceramicilor dentare, dioxidul de zirconiu s-a dovedit a fi un material durabil, de încredere, capabil să inhibe dezvoltarea fisurilor şi să prevină eşecul catastrofal. Zirconia – forma oxidată a zirconiului – poate exista în diferite faze, în funcţie de temperatură. Utilizată în combinaţie cu tehnologia CAD/CAM, zirconia permite fabricarea restaurărilor integral ceramice estetice în toate regiunile cavităţii orale.

Proiectarea şi fabricarea asistată de calculator (CAD/CAM) a permis materialelor să fie utilizate în aplicaţii dentare ce nu se pot fabrica în mod tipic pe căi convenţionale. Unul dintre cele mai importante materiale este zirconia tetragonală stabilizată parţial cu ytria. Zirconia (ZrO2) este forma oxidată a zirconiului (Zr), la fel cum alumina (Al2O3) este un oxid al aluminiului (Al).

Proprietăţile zirconiei

Materialul integral ceramic utilizat cel mai frecvent este acela care în stomatologie poartă denumirea de “zirconia pură.” Deşi nu este tocmai pură, zirconia prelucrabilă este constituită predominant din zirconia, cu componente de stabilizare precum ytriul şi elemente minore ca alumina, care sunt importante pentru stabilitatea pe termen lung. Zirconia poate exista iniţial în faza tetragonală la temperatura camerei prin adăugarea componentelor precum calcia (CaO), magnezia (MgO), itria (Y2O3) şi ceria (CeO2).1

Adăugarea ytriei în proporţie de 3-5% procent de masă produce o zirconia parţial stabilizată. Deşi stabilizată la temperatura camerei, sub acţiunea stresului faza zirconiei tetragonale se poate modifica în faza monoclinică, însoţită de o creştere volumetrică ulterioară de 3%. Această schimbare dimensională împrăştie energia dinspre formarea fisurilor şi poate stopa progresia acestora. Aceasta se numeşte solidificarea de transformare, fiind o caracteristică a materialului ce ajută scheletele de zirconia să reziste eşecului catastrofal. Chiar dacă în material poate exista o fisură, modificarea fazei previne propagarea sa în toată profunzimea restaurării. Adăugarea unor cantităţi mai mari de materiale de stabilizare produce faza cubică a zirconiei la temperatura camerei, care imită aspectul diamantelor reale, totuşi, nu şi valoarea acestora.1

Zirconia cu densitate totală este extrem de dificil de prelucrat, fabricarea unui singur element necesitând până la două ore. De aceea, majoritatea restaurărilor cu schelete din zirconia sunt fabricate prin prelucrarea unui bloc de zirconia poroasă sau parţial arsă. Scheletul este frezat supradimensionat şi apoi ars de la aproximativ 1350°C până la 1500°C pentru condensarea totală a zirconiei, cu producerea unui material translucent şi a valorilor de rezistenţă cuprinse între 900-1200MPa.2,3 În cursul tranziţiei de la scheletul frezat la scheletul dens apare o contracţie semnificativă de sinterizare, cuprinsă în mod tipic între 20-30% (fig. 1). Temperaturile diferite de ardere se corelează cu dimensiunile particulelor pulberii din bloc — în general, cu cât dimensiunea iniţială este mai mică, cu atât este mai redusă temperatura de ardere. Majoritatea blocurilor au coduri de bare care transmite calculatorului densitatea blocului de frezare pentru a freza corespunzător scheletul supradimensionat. Arderea insuficientă sau exagerată poate afecta dimensiunea finală, porozitatea, proprietăţile mecanice şi adaptarea cristalului.

Probleme de interes

Dintre toate restaurările integral ceramice produse în 2010, cele pe bază de zirconia reprezintă aproximativ 50%. Pe măsură ce a crescut popularitatea zirconiei, la fel a crescut şi numărul producătorilor de blocuri prelucrabile. Diferenţe în rândul ceramicilor de zirconia se pot observa la nivelul purităţii zirconiei, a dimensiunilor granulelor, elementelor de trasare, ca de altfel şi în privinţa compuşilor de stabilizare. Există, totodată, diferenţe în rândul pulberilor de zirconia şi al procesării lor pentru obţinerea blocurilor. Costurile ridicate ale blocurilor nu se datorează în mod obligatoriu materialului, ci se poate atribui procesului care este necesar pentru a produce un bloc omogen şi sigur. Blocurile de zirconia de slabă calitate se pot deforma şi au porozitate semnificativă, după cum arată şi figurile 2 şi 3. În consecinţă, rezultatele clinice, precum adaptarea, translucenţa, rezistenţa şi stabilitatea pe termen lung poate fi semnificativ afectată. De asemenea, zirconia se poate degrada în timp; componentele minore, precum alumina ajută la prevenirea degradării.4

O îngrijorare ce reprezintă subiectul cercetării şi al dezbaterii o reprezintă problema ciobirii ceramicii de faţetare. În testele efectuate cu zirconia, aceasta nu pare să eşueze. Totuşi, există numeroase rapoarte referitoare la ciobirea faţetelor. În numeroase studii publicate rata de ciobire a faţetelor a fost de aproximativ 15% după o perioadă de 3 până la 5 ani.5-7 O recenzie a diferitelor studii clinice întreprinse pe restaurările de zirconia a indicat un interval larg de ciobire între 1-5 ani, cuprins între 5-25% pentru ceramicele cu temperatură de ardere redusă. Ciobirea a devenit mai frecventă, cu o rată de 54% după 1 an, în cazul ceramicii aplicate pe zirconia densă.8,9 Totuşi, alţi autori raportează puţine probleme de acest fel.10,11

Este important de observat că pare a exista o corelaţie cu ciclul de ardere şi temperatura de vârf din cursul arderii faţetei. Studiile de laborator au arătat că ceramicele cu temperatură de ardere joasă pot fi mai puţin rezistente la fisurare decât ceramicele cu temperaturi ridicate de ardere şi că densitatea porţelanului este mai redusă. Zirconia este un izolator termic bun care previne transferul căldurii spre faţeta ceramică, împiedicând-o să devină total densă, indiferent că este arsă rapid sau arsă la o temperatură mai joasă. De asemenea, răcirea rapidă poate crea stres în porţelan, care la rândul său poate duce la fisurare. Orice ajustare de suprafaţă, precum şlefuirea, sablarea sau chiar şi lustruirea poate schimba faza de la suprafaţa zirconiei şi poate afecta stabilitatea şi rezistenţa zirconiei, precum şi cea a porţelanului de faţetare.12-14 Un alt domeniu de interes îl reprezintă utilizarea zirconiei ca restaurare cu acoperire totală. Deşi zirconia prezintă o microstructură fină, există variate rapoarte privind proprietăţile sale de abrazie şi nu există studii clinice publicate privind longevitatea zirconiei cu contur complet şi uzura dentiţiei antagoniste. Totodată, nu există nici standarde internaţionale pentru CAD/CAM şi materialele CAD/CAM, din care face parte şi zirconia. Este important de reţinut că blocurile de zirconia aprobate de Administraţia Alimentelor şi Medicamentelor (FDA din SUA) nu necesită în general să demonstreze nicio proprietate mecanică sau funcţională specifică. Blocurile sunt aprobate într-un proces în care ele se dovedesc a fi echivalente cu un bloc anterior existent pe piaţă care a dovedit biocompatibilitate şi succes clinic, aşa-numitul “510K.” Blocurile de zirconia disponibile până în prezent sunt aprobate pentru efectuarea scheletelor, dar nu în mod specific şi pentru alte aplicaţii, precum coroane totale, punţi sau substructuri mari cu sprijin pe implante.

Unele studii demonstrează că zirconia este abrazivă pentru dentiţia antagonistă. Studiile care utilizează dinţii naturali au arătat că zirconia cauzează uzura excesivă a structurii dentare. Fenomenul este adevărat îndeosebi dacă o suprafaţă ca prelucrată este pur şi simplu glazurată. Glazura se uzează, expunând o suprafaţă aspră care accelerează apoi uzura dentară. Dacă zirconia nu este lustruită până la obţinerea unor suprafeţe precum oglinda, ea poate cauza uzura excesivă.15 Alte studii în derulare demonstrează că zirconia lustruită are un caracter uzabil16. Studiile recente care utilizează substituenţii smalţului, steatitul, tind să demonstreze că zirconia cu un grad crescut de luciu este uzabilă.17 La executarea coroanelor de zirconia suprafeţele trebuie bine lustruite şi să rămână intacte. Dacă ocluzia trebuie ajustată şi clinicianul nu poate obţine luciul crescut, restaurarea trebuie returnată laboratorului în vederea finisării.

Şlefuirea excesivă sau dură poate cauza fisuri care pot penetra în substructura zirconiei, cauzând transformare, care iniţial poate bloca aceste fisuri. Totuşi, în timp, cu expunerea la mediul oral şi la inversarea stresului de transformare, fisurile se pot propaga. În plus, multe din „zirconiile cu translucenţă crescută” conţin cantităţi mici de alumină, care este un important stabilizator. Proporţiile mai mici de alumină pot cauza transformare excesivă, fisurare şi abrazie dentară7; totuşi, se aşteaptă ca studiile clinice să ofere un răspuns mai clar.

Restaurări cu schelete frezate şi faţete frezate

O posibilă soluţie pentru problema ciobirii faţetei, precum şi o metodă pentru fabricarea rapidă a faţetei pentru schelete implică utilizarea unei faţete frezate arse sau lipite pe un schelet de zirconia. Actualmente pentru utilizarea clinică sunt disponibile trei produse. Două dintre ele se pot folosi pentru coroane şi punţi posterioare cu 3 elemente. Cel de-al treilea produs este limitat la restaurările unidentare.

Abordarea prin faţete frezate implică fabricarea unui „ac despicat”; în cazul fabricării unei punţi cu contur total se creează două ace. Unul dintre ace se foloseşte la frezarea scheletului de zirconia, iar cel de-al doilea ac frezează dintr-un bloc dens o faţetă corespunzătoare cu contur total. Faţeta frezată este apoi lipită de scheletul de zirconia cu ciment pe bază de compozit răşinic (fig. 4, 5). Acest concept de frezare menţine mai departe posibilitatea de a elimina complet modelele fizice pentru punţile cu trei elemente. Combinarea amprentei digitale a preparaţiei, a dinţilor antagonişti şi a înregistrării ocluziei poate produce un model virtual în care contactele ocluzale adecvate sunt generate prin intermediul faţetei frezate. Astfel, nu este necesară nicio articulaţie fizică pentru a dezvolta contactele ocluzale corecte.

Aceasta tehnică software cu ac despicat este folosită de asemenea pentru producerea cadrelor de zirconia, faţetate cu blocuri CAD prelucrate. Tehnica CAD-on combină o zirconia CAD frezată sub forma infrastructurii şi disilicat de litiu CAD frezat sub formă de faţetă. CAD este cristalizat în urma prelucrării cu ajutorul unui cuptor. Cele două componente sunt unite cu ajutorul sticlei de fuziune CAD Crystall/Connect, care se topeşte în timpul unui ciclu de ardere. Apoi sticla topită leagă scheletul de elementul de faţetare.
Al treilea sistem de faţete frezate este proiectat pentru restaurările unidentare. În acest caz, se frezează o infrastructură de zirconia şi se concepe un fişier de date pentru a produce faţeta frezată. Cu toate acestea, faţeta este frezată dintr-un bloc de porţelan poros. Ea se ataşează de zirconia cu o pulbere specială de fuziune cu dentina, iar componentele combinate sunt arse pentru a condensa faţeta de porţelan şi pentru a o fuziona cu zirconia.

Scheletele de zirconia se cimentează cel mai frecvent de structura dintelui cu cimenturi ionomer de sticlă; cu toate acestea, se poate folosi o serie de primeri pentru a crea o adeziune cu zirconia. Ionomerii de sticlă aderă slab, aproape deloc.7 Adeziunea zirconiei poate îmbunătăţi retenţia la structura dintelui, iar aceste cimenturi de răşinice nu sunt solubile. Cu toate acestea, există o problemă discutabilă, cu privire la sablarea zirconiei. Majoritatea producătorilor contraindică utilizarea sablării pe suprafaţa faţetei, dar permit sablarea suprafeţei interne cu particule mici de alumină (25-50 microni) la presiune joasă (între 25 psi şi 50 psi, 2/3 bari), ca ultimul pas înainte de cimentarea restaurării. Acest lucru poate ajuta la curăţarea suprafeţei interne şi poate oferi o retenţie mecanică pentru cimentul nelipit. Unele studii au demonstrat o posibilă problemă în sablarea suprafeţei interne în privinţa propagării fisurii, în timp ce altele au arătat o îmbunătăţire a proprietăţilor.18, 19

Bonturi de zirconia

Blocurile de zirconia au fost dezvoltate pentru a produce bonturi individualizate pentru o mare varietate de sisteme de implant. Se foloseşte un element intermediar între implant şi zirconia. Unul dintre capetele unităţii se înşurubează în implant, iar bontul frezat din zirconia se lipeşte de porţiunea bontului. Se frezează un bloc parţial ars de zirconia pentru a obţine un bont personalizat.
În cazul în care datele furnizate de CT cu fascicul conic se coroborează cu scanarea intraorală, se poate proiecta şi freza un bont individualizat cu acurateţe. După sinterizarea zirconiei, bontul este cimentat cu un compozit răşinic. Studiile iniţiale arată că adeziunea zirconiei la titan cu ajutorul compozitului este suficientă pentru a rezista solicitărilor intraorale.

Concluzii

Zirconia a devenit unul din tipurile de ceramică dominante, utilizate pentru o varietate de clase de restaurări CAD/CAM, inclusiv schelet/faţetă manuală, schelet/faţetă frezată, lucrări protetice cu acoperire totală, bonturi de implante şi substructuri extinse cu suport pe implante. Deşi zirconia este actualmente cea mai dură ceramică disponibilă, variaţiile de fabricaţie şi procedurile de finisare pot influenţa longevitatea acestui material precum şi a porţelanului de faţetare. Se recomandă o bună relaţie de lucru cu laboratorul de tehnică dentară.

Referinţe bibliografice:

  1. Swain MV, Hannink RHJ. Metastability of the martensitic transformation in a 12 mol% ceria-zirconia alloy: II, grinding studies. Journal of the American Ceramic Society. 1989;72(8):1358-1364.
  2. Swain MV. Limitation of maximum strength of zirconia-toughened ceramics by transformation toughening increment. Journal of the American Ceramic Society. 1985;68(4):C97-C99.
  3. Xu HHK, Jahanmir S, Ives LK. Effect of grinding on strength of tetragonal zirconia and zirconia-toughened alumina. Machining Science and Technology. 1997;1(1):49-66.
  4. Lawson S. Environmental degradation of zirconia ceramics. J Eur Ceram Soc. 1995;15(6):485-502.
  5. Sailer I, Fehér A, Filser F, et al. Prospective clinical study of zirconia posterior fixed partial dentures: 3-year follow-up. Quintessence Int. 2006;37(9):685-693.
  6. Vult von Steyern P, Carlson P, Nilner K. All-ceramic fixed partial dentures designed according to the DC-Zirkon technique. A 2-year clinical study. J Oral Rehabil. 2005;32(3):180-187.
  7. Sailer I, Fehér A, Filser F, et al. Five-year clinical results of zirconia frameworks for posterior fixed partial dentures. Int J Prosthodont. 2007;20(4):383-388.
  8. Al-Amleh B, Lyons K, Swain M. Clinical trials in zirconia: a systematic review. J Oral Rehabil. 2010;37(8):641-652.
  9. Rothbrust, F, Keutschegger W, Kraxner S, et al. Microstructural effects on the clinical performance of anatomical zirconia [abstract]. J Dent Res. 2011;90(spec iss A). Abstract 3668.
  10. Blatz M, Mante F, Chiche G, et al. Clinical survival of posterior zirconia crowns in private practice [abstract]. J Dent Res. 2010;89(spec iss B). Abstract 2110.
  11. Nathanson D, Chu S, Yamamoto H, et al. Performance of zirconia based crowns and FPDs in prosthodontic practice [abstract]. J Dent Res. 2010;89(spec iss B). Abstract 2115.
  12. Fahmi M, Pober R, Giordano R. Effect of surface treatment on porcelain bond strength to zirconia [abstract]. J Dent Res. 2007;86(spec iss A). Abstract 1571.
  13. Fahmi M, Pober R, Giordano R. Thermal shock of porcelain veneered zirconia with various surface treatment [abstract]. J Dent Res. 2008;87(spec iss B). Abstract 0092.
  14. Arrejaie A, Giordano R, Pober R. Mechanical properties of Y-TZP/porcelain interface with multiple surface treatments [abstract]. J Dent Res. 2010;89(spec iss A). Abstract 1571.
  15. Shah S, Michelson C, Beck P, et al. Wear of enamel on polished and glazed zirconia [abstract]. J Dent Res. 2010;89(spec iss A). Abstract 227.
  16. Sorensen JA, Sultan EA, Sorensen PN. Three-body wear of enamel against full crown ceramics [abstract]. J Dent Res. 2011;90(spec iss A). Abstract 1652.
  17. Geis-Gerstorfer J, Schille C. Influence of surface treatment on wear of solid zirconia (LAVA) [abstract]. J Dent Res. 2011;90(spec iss A). Abstract 3056.
  18. Bulot D, Sadan A, Burgess JO, Blatz MB. Bond strength of a self-adhesive universal resin cement to lava zirconia after two surface treatments [abstract]. J Dent Res. 2003;82(spec iss A). Abstract 0578.
  19. Papanagiotou HP, Morgano SM, Giordano RA, Pober R. In vitro evaluation of low-temperature aging effects and finishing procedures on the flexural strength and structural stability of Y-TZP dental ceramics. J Prosthet Dent. 2006;96(3):154-164.

Despre autor:

Russell Giordano II, DMD, CAGS, DMSc
Associate Professor
Director of Biomaterials
Boston University Goldman School of Dental Medicine
Boston, Massachusetts

written by

The author didn‘t add any Information to his profile yet.

Leave a Reply

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *