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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.23.2010.tde-18082010-122748
Document
Author
Full name
Marcia Borba
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2010
Supervisor
Committee
Bona, Álvaro Della (President)
Bonfante, Estevam Augusto
Cruz, Carlos Alberto dos Santos
Griggs, Jason Alan
Martinelli, José Roberto
Title in Portuguese
Comportamento mecânico de cerâmicas utilizadas na confecção de próteses parciais fixas
Keywords in Portuguese
Cerâmicas odontológicas
Crescimento de trinca subcrítico
Propriedades mecânicas
Abstract in Portuguese
Objetivos: determinar a resistência à flexão em três pontos (f), módulo de Weibull (m), coeficiente de susceptibilidade ao crescimento subcrítico de trinca (n) e tenacidade à fratura (KIC) de três cerâmicas usadas para confecção de infraestrutura (IE) de próteses parciais fixas (PPFs) (YZ- zircônia tetragonal parcialmente estabilizada por óxido de ítrio; IZ- cerâmica a base de alumina infiltrada por vidro e reforçada com zircônia; AL alumina policristalina) e duas porcelanas (VM7 e VM9); avaliar o efeito da configuração (uma, duas ou três camadas) nos valores de f e modo de fratura dos corpos-de-prova (CP); avaliar a influência do material de IE, do tamanho dos conectores e da ciclagem mecânica (CM) na carga de fratura (CF) e distribuição de tensões de PPFs; relacionar o comportamento mecânico dos materiais cerâmicos testados na configuração de barra e de PPF. Material e Método: Foram produzidos três tipos de CP em forma de barra (2mm x 4mm x 16mm): monolítico, duas camadas e três camadas. As IE das PPFs foram confeccionadas utilizando o sistema CAD-CAM e recobertas com porcelana. Os ensaios de f foram realizados em saliva artificial a 37ºC. Os valores de m e n foram determinados pela análise de Weibull e ensaio de fadiga dinâmica, respectivamente. As PPFs foram carregadas no centro do pôntico até a fratura. Oito PPFs de cada grupo foram submetidas a CM com freqüência de 2 Hz e carga de 140 N durante 106 ciclos e, posteriormente, ensaiadas até a fratura. A distribuição de tensões nas PPFs foi avaliada com análise de elementos finitos (AEF). Os princípios da fractografia foram utilizados para determinar o padrão de fratura e os valores de KIC. Os dados de f e CF foram analisados estatisticamente com Kruskal-Wallis e Tukey (95%). Resultados: A YZ obteve o maior valor de f (860 MPa) seguida dos materiais IZ (411 MPa) e AL (474 MPa) que não apresentaram diferença estatística. Os menores valores de f foram encontrados para as porcelanas (65 MPa). Os valores de m foram semelhantes para os materiais, com exceção dos grupos IZ e VM7, que apresentaram diferença significante. Os maiores valores de n foram encontrados para as cerâmicas YZ (76) e AL (72), seguidos pela IZ (54) e pelas porcelanas (40). A YZ apresentou o maior valor de KIC. O material submetido à tensão de tração durante o ensaio determinou o valor de f das estruturas. As PPFs de YZ com conector de 16mm2 suportaram os maiores valores de CF. Houve influência significativa do tamanho de conector para o material YZ. A CM não influenciou os valores de CF das PPFs. O padrão de distribuição de tensões foi semelhante entre as PPFs. Foi observada uma boa relação entre os valores de tensão de fratura dos materiais de IE em forma de barra e de PPF. Foram encontradas diferenças no modo de falha dos CP em forma de barra e de PPF. Conclusão: a YZ apresentou o melhor comportamento mecânico tanto na configuração de barra como de PPF.
Title in English
Mechanical behavior of ceramic materials used for fixed partial dentures
Keywords in English
Dental ceramics
Mechanical properties
Slow crack growth
Abstract in English
Objectives: to determine the flexural strength (f), Weibull modulus (m), slow crack growth coefficient (n) and fracture toughness (KIC) of three ceramics used as framework materials for fixed partial dentures (FPDs) (YZ- yttria partially stabilized zirconia tetragonal polycrystals; IZ- alumina-based zirconia-reinforced glass infiltrated ceramic; AL alumina polycrystals) and two veneering porcelains (VM7 and VM9); to evaluate the effect of the specimen design (one, two or three layers) in the f and fracture mode; to evaluate the influence of the framework material, connector size and mechanical cycling (MC) in the fracture load (FL) and stress distribution of FPDs; to relate the mechanical behavior of the ceramic materials tested using bar-shaped specimens and FPDs. Materials and Methods: Bar-shaped specimens (2mm x 4mm x 16mm) were produced in three different designs: monolithic, bilayer and trilayer. FPD frameworks were built using CAD-CAM system and veneered with porcelain. Specimens were tested for three point bending in 37ºC artificial saliva. Weibull analysis and dynamic fatigue testing were used to determine m and n values, respectively. FPDs were tested with a load applied in the middle of the pontic. Eight FPDs of each group were subjected to MC using a frequency of 2Hz and load of 140N for 106 cycles and were subsequently loaded to failure. Stress distribution for FPDs was evaluated using finite element analysis (FEA). Fractography principles were used to determine the fracture mode and KIC values. f and FL data were analyzed using Kruskal-Wallis and Tukey (95%). Results: YZ had the highest f value (860 MPa) followed by IZ (411 MPa) and AL (474 MPa). Lower f values were observed for the porcelains (65 MPa). Except for IZ and VM7, m values were similar among the ceramic materials. Higher n values were found for YZ (76) and AL (72), followed by IZ (54) and the veneering materials (40). YZ presented the highest KIC value. The f values were influenced by the material subjected to tensile stress during testing. YZ FPDs with 16mm2 connector showed higher FL values. There was significant influence of the connector size on the FL values for YZ material. MC had no influence in the FL values for the FPDs. The stress distribution was similar for all FPDs. Considering the framework material, there was a good agreement between the fracture strength values obtained for bar-shaped specimens and FPDs. Different fracture modes were observed for bar-shaped specimens and FPDs. Conclusion: YZ presented the best mechanical performance in both bar-shaped and FPD specimen configuration.
 
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MarciaBorba.pdf (5.23 Mbytes)
Publishing Date
2010-08-24
 
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