Chipping of ceramic‐based dental materials by micrometric particles

Abstract

El astillamiento causado por partículas micrométricas supone una amenaza para la integridad estructural de los materiales protésicos dentales modernos. Puede degradar su resistencia de fractura y provocar el desgaste tanto de las coronas artificiales como de los dientes antagonistas. A continuación, astillamiento superficial de los principales tipos de materiales dentales comerciales de base cerámica a nivel de microcontacto/partícula mediante ensayos de indentación. indentación. Se emplean puntas cónicas de diferentes tamaños (radios de 20 y 200 μm) sometidas a carga axial y deslizante para simular microcontactos individuales. para simular microcontactos individuales. Tanto la disminución tanto la disminución del tamaño de partícula como la adición de una fuerza de contacto lateral disminuyen la carga de astillado por debajo de las fuerzas de mordida típicas. Los mecanismos de daño específicos identificados son predominantemente Fractura frágil en cerámicas con cristales pequeños y equiaxiales, con daños cuasiplásticos significativos en cerámicas con cristales grandes y elásticos. en cerámicas con cristales grandes y alargados y en materiales compuestos. Se cuantifican las cargas críticas para la aparición de astillamiento (valores más bajos en vitrocerámicas equiaxadas; mayores en la circona) y se analizan en el marco de la mecánica de la fractura. de la mecánica de la fractura. Se propone el índice de fragilidad (BI) como indicador sencillo de la resistencia al astillado de los materiales dentales: cuanto menor sea el BI, mayor será la resistencia, mayor es la resistencia. Se presta especial atención al efecto de la microestructura de los materiales microestructura de los materiales, que puede dar lugar a un endurecimiento por transformación (como en la zirconia) o a un comportamiento cuasiplástico (como en la zirconia). comportamiento cuasi-plástico (como en el disilicato de litio), ambos muy beneficiosos para aumentar la resistencia al astillado. Por último, las implicaciones prácticas para la selección materiales dentales actuales, así como para el desarrollo de nuevos materiales con con mayor durabilidad.

Chipping caused by micrometric particles poses a threat to the structural integrity of modern dental prosthetic materials. It can degrade their fracture strength and cause wear of both artificial crowns and antagonist teeth. Here, surface chipping of the main types of commercial ceramic-based dental materials at the microcontact/particle level is investigated by means of indentation tests. Conical tips of different sizes (radii 20 and 200 μm) under axial and sliding loading are employed to simulate individual microcontacts. Both decreasing particle size and adding a lateral contact force decrease the chipping load below typical bite forces. Specific damagemechanisms are identified as predominantly brittle fracture in ceramics with small, equiaxed crystals, with significant quasiplastic damage in ceramics containing large, elongated crystals and composites. Critical loads for the occurrence of chipping are quantified (lowest values in equiaxed glass–ceramics; greatest in zirconia) and analyzed within the framework of fracture mechanics. The brittleness index (BI) is proposed as a simple indicator of the resistance to chipping of dental materials—the lower the BI, the greater the resistance. Special attention is paid to the effect of the materials’ microstructure,which can result in transformation toughening (as in zirconia) or quasi-plastic behavior (as in lithium disilicate), both highly beneficial to increasing the chipping resistance. Finally, practical implications for the selection of current dental materials as well as for the development of novel materials with improved durability are discussed.