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DENTAL CERAMICSDENTAL CERAMICS
Scienza e tecnologia dei materiali ceramici
Maria Grazia Macchia
Una protesi dentale non dovrebbe Una protesi dentale non dovrebbe apparire come unaapparire come una"protesi","protesi",ma ma avere avere un’aspettoun’aspetto al pari dei nostri al pari dei nostri
dentidenti
REQUISITIREQUISITI DI UNA PROTESI DI UNA PROTESI DENTARIADENTARIA
Elevata Elevata biocompatibilitàbiocompatibilitàEstetica naturaleEstetica naturaleIntegrazione armonicaIntegrazione armonicaBassa conducibilità termicaBassa conducibilità termicaRiduzione di carie e gengivitiRiduzione di carie e gengiviti
LA PORCELLANALA PORCELLANA
Il primo ceramico utilizzato per le protesi Il primo ceramico utilizzato per le protesi dentarie fu la porcellana.dentarie fu la porcellana.L’applicazione dentale in porcellana risale L’applicazione dentale in porcellana risale
al 1774, quando in Francia si sostituì per al 1774, quando in Francia si sostituì per la prima volta, con questo materiale, una la prima volta, con questo materiale, una protesi in avorio.protesi in avorio.
La prima porcellana:La prima porcellana:LA PORCELLANA CINESELA PORCELLANA CINESE
L’industria europea cercò di ottenere L’industria europea cercò di ottenere un materiale ceramico simile, un materiale ceramico simile, utilizzando l’allumina come glassa, utilizzando l’allumina come glassa, per ottenere l’apparenza bianca della per ottenere l’apparenza bianca della porcellana, ma con scarsi risultati porcellana, ma con scarsi risultati sulla sulla trasluciditàtraslucidità..
LA PORCELLANA CINESELA PORCELLANA CINESE
Composizione base : Composizione base : caolino o argilla cinese(AlOcaolino o argilla cinese(AlO.2SiO.2SiO22.2H.2H22OO ))silice silice feldspatifeldspati
Problemi della porcellanaProblemi della porcellana
RITIRO
PROBLEMI ESTETICI
Problemi della porcellanaProblemi della porcellana
FRAGILITA’(resistenza a trazione FRAGILITA’(resistenza a trazione 2020--60MPa,60MPa, tipica di un solido fragiletipica di un solido fragile ))
Per questo motivo fu sostituita da Per questo motivo fu sostituita da vulcanitevulcanite,,polimetilmetacrilaltopolimetilmetacrilalto
I denti in porcellana con una base acrilica I denti in porcellana con una base acrilica utilizzata per la dentiera sono ancora utilizzata per la dentiera sono ancora estesamente usati.estesamente usati.
COMPOSIZIONE DELLA COMPOSIZIONE DELLA PORCELLANA DENTALEPORCELLANA DENTALE
COMPOSIZIONE DELLA COMPOSIZIONE DELLA PORCELLANA DENTALEPORCELLANA DENTALE
excessiveexcessive pyroplasticpyroplasticflowflow
Durante la cottura c’è il pericolo di un flusso Durante la cottura c’è il pericolo di un flusso eccessivo del vetro fuso che genera la eccessivo del vetro fuso che genera la perdita della forma data al dente. perdita della forma data al dente.
Per evitarlo si proporzionano Per evitarlo si proporzionano la potassa(KO) la potassa(KO) la soda(la soda(NaONaO) )
nel feldspato presente nella porcellana.nel feldspato presente nella porcellana.
Vengono aggiunti ossidi e altri Vengono aggiunti ossidi e altri componenticomponenti
Realizzazione di una capsula in Realizzazione di una capsula in porcellanaporcellana
CompactionCompaction
FiringFiring
GlazingGlazing
CompactionCompactionSi sovrappongono tre Si sovrappongono tre
strati di polveri di strati di polveri di porcellana:porcellana:un amalgama un amalgama una polvere della una polvere della tonalità della dentina tonalità della dentina una tonalità dello una tonalità dello smalto. smalto.
Un condensatore Un condensatore minimizza il ritiro minimizza il ritiro durante la cottura. durante la cottura.
FiringFiringLa cottura deve essere effettuata La cottura deve essere effettuata esattamente secondo le istruzioni dei esattamente secondo le istruzioni dei manifatturieri.manifatturieri.Se la capsula rimane nel forno troppo a Se la capsula rimane nel forno troppo a
lungo, perderà la forma data e sarà troppo lungo, perderà la forma data e sarà troppo lucida.lucida.
GlazingGlazingLa smaltatura si effettua per rimediare alla La smaltatura si effettua per rimediare alla porosità porosità
PROPRIETÀPROPRIETÀ della PORCELLANA della PORCELLANA DENTALEDENTALE
stabilità chimicastabilità chimicaestetica eccellenteestetica eccellentelunghissima duratalunghissima durataconducibilità termica e coefficiente di conducibilità termica e coefficiente di espansione termica simili a quelli di espansione termica simili a quelli di smalto e dente. smalto e dente.
DIFETTI della PORCELLANADIFETTI della PORCELLANADENTALEDENTALE
Con i forni da vuoto si può ridurre la porosità dei materiali ceramici.
La resistenza a flessione della porcellana raggiunge i 50-60MPa.
CERAMICI MOLTO CERAMICI MOLTO RESISTENTIRESISTENTI
CERAMICHE DENTARIE CERAMICHE DENTARIE MODERNEMODERNE
ReinforcedReinforced ceramicsceramics core system.core system.
ResinResin--BondendBondend ceramicsceramics..
MetalMetal--ceramicsceramics..
ReinforcedReinforced ceramicsceramics core core system.system.
il supporto per il materiale ceramico, è fornito da il supporto per il materiale ceramico, è fornito da un altro materiale ceramico con una durezza e un altro materiale ceramico con una durezza e resistenza più elevate.resistenza più elevate.
Un problema di questi materiali è che nessuno di Un problema di questi materiali è che nessuno di essi è trattabile con acido nitrico o altri acidi per essi è trattabile con acido nitrico o altri acidi per migliorare la migliorare la ““micromechanicalmicromechanical retantionretantion”.”.
Nella metà degli anni 60, McLean e Hughes Nella metà degli anni 60, McLean e Hughes inventarono un reinforced ceramic core system inventarono un reinforced ceramic core system con un riforzo di vetro feldspatico e allumina, con un riforzo di vetro feldspatico e allumina, chiamato:chiamato:AluminaAlumina--reinforcedreinforced porcelainporcelain jacketjacketcrowncrown
AluminaAlumina--ReinforcedReinforced PorcelainPorcelainRacket Crown (PJC)Racket Crown (PJC)
AluminaAlumina--ReinforcedReinforced PorcelainPorcelainRacket Crown (PJC)Racket Crown (PJC)
E’ costituita da un E’ costituita da un vetro feldspatico vetro feldspatico contenente contenente allumina(40allumina(40--50%)50%)Le particelle di Le particelle di allumina sono molto allumina sono molto pipiùù forti di quelle del forti di quelle del vetro e si oppongono, vetro e si oppongono, con maggiore con maggiore efficacia, alla efficacia, alla propagazione delle propagazione delle crepe.crepe.La resistenza a La resistenza a flessione passa a flessione passa a 120120--150 150 MPaMPa
AluminaAlumina--ReinforcedReinforced PorcelainPorcelainRacket Crown (PJC)Racket Crown (PJC)
La PJC viene La PJC viene utilizzata per i utilizzata per i denti anteriori denti anteriori perché non perché non abbastanza abbastanza resistente per i resistente per i molari o i ponti.molari o i ponti.
DUCERAGOLD IDROTERMALEDUCERAGOLD IDROTERMALEPORCELLANA DENTALEPORCELLANA DENTALE
Insieme Di Processional
Parte superiorerifinita
Preparazionedenti
ALLCERAM - l'impiallacciatura di l'impiallacciatura di AllCeramAllCeram di ceramica di ceramica èè stata stata sviluppata per sostenere le sviluppata per sostenere le caratteristiche dei caratteristiche dei copingscopingsdell'dell'AlluminioAlluminio--ossidoossido di di ProceraProceraAllCeramAllCeram. . Vantaggi:Vantaggi:Riproduzione brillante di colore. Riproduzione brillante di colore.
••Alto acetato. Alto acetato. ••Adattamento eccellente dello Adattamento eccellente dello schermo ai denti vicini. schermo ai denti vicini.
••Superficie regolare che Superficie regolare che consevaconseva la la caratteristica naturale di usura . caratteristica naturale di usura .
••Minimo accumulo d placcaMinimo accumulo d placcaAllceramCopings
GlassGlass--infiltrated High Strength infiltrated High Strength Ceramic Core SystemCeramic Core System
CContiene l’85% di alluminaontiene l’85% di alluminaLa ceramica viene messaLa ceramica viene messa su un dado di un dado di polvere di allumina ottenuto per slip polvere di allumina ottenuto per slip casting e sinterizzato a 1120°C.casting e sinterizzato a 1120°C.Nel nucleo poroso ottenuto viene infiltrato Nel nucleo poroso ottenuto viene infiltrato del vetro di lantanio.del vetro di lantanio.Al posto dell’allumina si può utilizzare:Al posto dell’allumina si può utilizzare:
spinello (MgAlspinello (MgAl22OO44) resistenza di 350 ) resistenza di 350 MPaMPa , , 33% di 33% di zirconiazirconia resistenza di 700 resistenza di 700 MPaMPa..
Pure Pure AluminaAlumina CoresCores
Si tratta di un’estensione della Si tratta di un’estensione della aluminaalumina--reinforcedreinforced core, in cui il nucleo, è in pura core, in cui il nucleo, è in pura allumina(99,5%) allumina(99,5%) Vantaggi:Vantaggi:
maggiore robustezza maggiore robustezza trasluciditàtraslucidità superiore a superiore a glassglass--infiltratedinfiltrated corecoreresitenzaresitenza paragonabile a quella della paragonabile a quella della zirconiazirconia..
resinresin--bondendbondend ceramicsceramics
il supporto è fornito dalla stessa struttura il supporto è fornito dalla stessa struttura del dente, quindi è necessario che il del dente, quindi è necessario che il materiale ceramico aderisca al tessuto del materiale ceramico aderisca al tessuto del dente.dente.
hanno permesso l’estensione dell’utilizzo hanno permesso l’estensione dell’utilizzo delle protesi dentarie in delle protesi dentarie in allall--ceramicsceramics, ai , ai denti posteriori ed agli intarsi anteriori e denti posteriori ed agli intarsi anteriori e posteriori.posteriori.
I materiali utilizzati sono I materiali utilizzati sono vetrovetro--ceramiciceramici..
Materiali Ceramici e Materiali Ceramici e vetroceramicivetroceramici..
Quando le molecole Quando le molecole elementari sono elementari sono distribuite a caso, il distribuite a caso, il ceramico ha una ceramico ha una struttura vetrosastruttura vetrosa. . Questa struttura può Questa struttura può presentare vari gradi presentare vari gradi di di trasluciditàtraslucidità. . Al contrario, una Al contrario, una disposizione ordinata disposizione ordinata genera un cristallo genera un cristallo che tende a riflettere che tende a riflettere la luce (figura). la luce (figura).
VetroceramiciVetroceramiciI ceramici utilizzati possono essere I ceramici utilizzati possono essere chimicamente suddivisi in tre gruppi: chimicamente suddivisi in tre gruppi:
silicatisilicati:ossidi di silicio ed altri atomi (di Al, :ossidi di silicio ed altri atomi (di Al, di K, di magnesio, del di K, di magnesio, del CaCa). ). ceramici del ceramici del NonNon--siliciosilicio(es.Al(es.Al22OO33, , MgOMgO e e spinello)spinello)Ceramica Ceramica NonoxideNonoxide : carburo di silicio : carburo di silicio (SiC), carburo di tungsteno (WC), o (SiC), carburo di tungsteno (WC), o grafite (C).grafite (C).
Il processo che porta un vetro ad un Il processo che porta un vetro ad un vetro parzialmente cristallino, è vetro parzialmente cristallino, è chiamato chiamato ceramingceraming. .
CeramingCeraming
Il processo di formazione della fase Il processo di formazione della fase cristallina consta di due importanti fasi:cristallina consta di due importanti fasi:NucleazioneNucleazioneCrescitaCrescita
Il numero di cristalli, la loro velocità di Il numero di cristalli, la loro velocità di crescita e la loro dimensione sono crescita e la loro dimensione sono fortemente influenzati dallafortemente influenzati dalla temperaturatemperatura e e dalladalla durata durata del processo.del processo.
La La figurafigura mostra che le mostra che le velocità di velocità di nucleazionenucleazione e e di crescita raggiungono il di crescita raggiungono il massimo in valori diversi massimo in valori diversi di temperatura; il di temperatura; il trattamento termico è, trattamento termico è, perciò suddiviso in perciò suddiviso in due due fasifasi::
la prima fase alla la prima fase alla temperatura Ttemperatura T1 1 per per massimizzare il numero di massimizzare il numero di cristalli.cristalli.la seconda fase alla la seconda fase alla temperatura Ttemperatura T22
La fase cristallina formatasi La fase cristallina formatasi occupa dal 50 a quasi il occupa dal 50 a quasi il 100% del materiale.100% del materiale.
Le Le proprietaproprieta meccaniche di un meccaniche di un vetroceramicovetroceramico dipendono da dipendono da
vari fattorivari fattoridimensione delle particelle della fase dimensione delle particelle della fase cristallinacristallinafrazione di volume della fase cristallinafrazione di volume della fase cristallinaresistenza interfacciale tra le fasiresistenza interfacciale tra le fasidifferenza tra i moduli elasticidifferenza tra i moduli elasticidifferenza tra i coefficienti di espansione differenza tra i coefficienti di espansione termica.termica.
Propagazione di microcrackPropagazione di microcrack
Se la fase cristallina è abbastanza Se la fase cristallina è abbastanza forte, sicuramente le crepe e i forte, sicuramente le crepe e i microcrack si formeranno nella fase microcrack si formeranno nella fase vetrosa. vetrosa. Un modo per impedire alla crepa di Un modo per impedire alla crepa di farsi strada nel farsi strada nel vetroceramicovetroceramico è di è di ridurre la distanza tra le particelle ridurre la distanza tra le particelle cristalline.cristalline.
Propagazione di microcrackPropagazione di microcrackIl parametro critico da studiare è, Il parametro critico da studiare è, quindi, il quindi, il libero cammino medio libero cammino medio LsLs, , nella fase vetrosa:nella fase vetrosa:
Ls=Ls= d(1d(1--VVff )/)/VVffdd :diametro del cristallo:diametro del cristallo
VVff : frazione di volume della fase cristallina.: frazione di volume della fase cristallina.
Più piccoli sono i cristalli e più grande è la Più piccoli sono i cristalli e più grande è la frazione di volume dei cristalli, più corto frazione di volume dei cristalli, più corto sarà il libero cammino medio, quindi più sarà il libero cammino medio, quindi più resistente sarà il materiale. resistente sarà il materiale.
vetroceramicivetroceramici utilizzati utilizzati nell’ nell’ ortodonziaortodonzia
LeuciteLeucite--reinforcedreinforced FeldsparFeldspar GlassGlass CeramicsCeramics
Lithium Lithium DisilicateDisilicate
Apatite Apatite GlassGlass CeramicCeramic
FluoromicaFluoromica GlassGlass CeramicsCeramics
LeuciteLeucite--reinforcedreinforced FeldsparFeldsparGlassGlass CeramicsCeramics
La leucite(KAlSiLa leucite(KAlSi22OO66), contenente vetro ), contenente vetro feldspatico, fu il primo feldspatico, fu il primo vetroceramicovetroceramico ad ad essere applicato su un metallo,nella storia essere applicato su un metallo,nella storia delle protesi dentarie. delle protesi dentarie. La leucite utilizzata nelle moderne protesi La leucite utilizzata nelle moderne protesi in in resinresin--bondedbonded ceramicceramic, modificata nella , modificata nella microstruttura, è passata da una microstruttura, è passata da una resistenza di 30resistenza di 30--40 40 MPaMPa a 120 a 120 MPaMPa. .
Struttura della Struttura della LeuciteLeucite--reinforcedreinforcedFeldsparFeldspar GlassGlass CeramicsCeramics
La realizzazione di protesi con La realizzazione di protesi con leuciteleucite
Può essere effettuata conPuò essere effettuata consinterizzazione sinterizzazione oo
HotHot--pressingpressing. .
La resistenza della La resistenza della leuciteleucite--reinforcedreinforced, comunque, , comunque, non permette di costruire protesi per i denti non permette di costruire protesi per i denti posteriori né ponti.posteriori né ponti.
HotHot--pressingpressingIl processo di Il processo di
hothot--pressingpressingpermette di permette di ridurre i ridurre i problemi di problemi di ritiroritiro
Lithium Lithium DisilicateDisilicateLa prima fase La prima fase cristallina cristallina presente è un presente è un disilicatodisilicato di di litio (Lilitio (Li22SiSi22OO55) ) e copre circa e copre circa il 70% del il 70% del volume del volume del vetroceramicovetroceramico..Questa struttura Questa struttura dà al materiale dà al materiale una buona una buona resistenza. resistenza.
Lithium Lithium DisilicateDisilicateLa seconda fase cristallina è l’La seconda fase cristallina è l’ortofosfatoortofosfatodi litio (di litio (LiLi33POPO44),con una frazione di volume ),con una frazione di volume molto inferiore al molto inferiore al disilicatodisilicato..Viene ottenuto con Viene ottenuto con HotHot--pressingpressingLa resistenza a flessione raggiunge i 450 La resistenza a flessione raggiunge i 450 MPaMPa e la e la fracturefracture toughnesstoughness è tre volte è tre volte quella della leucite.quella della leucite.E’ molto traslucido a causa della E’ molto traslucido a causa della ottima ottima
compatibilità tra le fasi cristallinecompatibilità tra le fasi cristalline in esso in esso presenti.presenti.
Apatite Apatite GlassGlass CeramicCeramic
Per la realizzazione di Per la realizzazione di aluminaalumina--basedbased core core systemssystems, i , i vetroceramicivetroceramici visti finora, non visti finora, non sono adatti a causa della differenza tra i sono adatti a causa della differenza tra i coefficienti di espansione termica coefficienti di espansione termica dell’allumina e del dell’allumina e del vetroceramicovetroceramico..In questi casi è molto usata l’ In questi casi è molto usata l’ apatite apatite glassglassceramicceramic
Apatite Apatite GlassGlass CeramicCeramic
la fase cristallina che si forma sul ceramico la fase cristallina che si forma sul ceramico ((hydroxypatitehydroxypatite CaCa1010(PO(PO44))66*2OH*2OH) ha lo ) ha lo stesso costituente di cui è fatto lo smalto stesso costituente di cui è fatto lo smalto del dente, quindi del dente, quindi rappresenta il materiale rappresenta il materiale più vicino allo smaltopiù vicino allo smalto che sia stato finora che sia stato finora realizzato. realizzato.
FluoromicaFluoromica GlassGlass CeramicsCeramics
E’ composto daE’ composto daSiOSiO22.K.K22O.MgO.AlO.MgO.Al22OO33.ZrO.ZrO22
fluoruri (per dare la fluorescenza fluoruri (per dare la fluorescenza naturale dei denti umani).naturale dei denti umani).La resistenza non supera i 150 La resistenza non supera i 150 MPaMPa..
MetalMetal--ceramicsceramicsLa combinazione di strutture di metallo, che La combinazione di strutture di metallo, che
forniscono la resistenza meccanica, con forniscono la resistenza meccanica, con ceramici, che fanno fronte alle richieste ceramici, che fanno fronte alle richieste estetiche, si è dimostrata altamente riuscita. estetiche, si è dimostrata altamente riuscita. Spieghiamo Spieghiamo perchèperchè i tentativi di sviluppare i tentativi di sviluppare sistemi di ceramica senza rinforzi di metallo non sistemi di ceramica senza rinforzi di metallo non sono, per il momento, realizzabili.sono, per il momento, realizzabili.Presentiamo i principii elementari che Presentiamo i principii elementari che governano la frattura nella ceramica dentale.governano la frattura nella ceramica dentale.Spieghiamo i vari meccanismi di rinforzo.Spieghiamo i vari meccanismi di rinforzo.Confrontiamo la fracture Confrontiamo la fracture toughnesstoughness di materiali di materiali strutturali quali i metalli e le loro alternative di strutturali quali i metalli e le loro alternative di ceramica.ceramica.
CONFRONTO TRA CERAMICI CONFRONTO TRA CERAMICI E METALLIE METALLI
Alcuni metalli, come l'amalgama Alcuni metalli, come l'amalgama d'argento, si comportano come un d'argento, si comportano come un ceramico, ma non esiste un ceramico ceramico, ma non esiste un ceramico conosciuto che si comporti, rispetto conosciuto che si comporti, rispetto alla resistenza a flessione, come un alla resistenza a flessione, come un metallo metallo
Fasci, forze e concentratori di Fasci, forze e concentratori di sforzosforzo
Vediamo quali sono Vediamo quali sono le forze cui è le forze cui è sottoposta una sottoposta una protesi dentaria protesi dentaria utilizzando un utilizzando un modello citato come modello citato come il fascio di il fascio di TimoshenkoTimoshenko--GoodierGoodierin letteratura di in letteratura di ingegneria. ingegneria.
Se mettiamo un Se mettiamo un carico sul fascio carico sul fascio elementare (figura): elementare (figura): negli strati superiori, negli strati superiori, il materiale è il materiale è compresso, mentre, compresso, mentre, nella parte inferiore è nella parte inferiore è sottoposto a tensione sottoposto a tensione Le due zone sono Le due zone sono separate dallo strato separate dallo strato mediano, chiamato mediano, chiamato 'fibra 'fibra neutra’neutra’, in cui , in cui non è presente non è presente nènètensione tensione nènècompressione.compressione.
Il modulo di rottura (MOR)Il modulo di rottura (MOR)Se il carico è grande,le Se il carico è grande,le tacche e le fenditure tacche e le fenditure diventano diventano zone di zone di concentrazione di concentrazione di sforzisforzi. . Il carico converge su Il carico converge su una zona minuscola una zona minuscola all'apice della tacca.all'apice della tacca.Questo effetto, che è Questo effetto, che è
inversamente inversamente proporzionale al raggio proporzionale al raggio della punta della tacca, della punta della tacca, porta ad una riduzione porta ad una riduzione della resistenza del della resistenza del materialemateriale
Alcuni sistemi in Alcuni sistemi in CERAMICA e METALLOCERAMICA e METALLO
MetalloMetallo--ceramiciceramici
MetalMetal--ceramic.foilceramic.foil
SurfaceSurface improvementsimprovements
MetalloMetallo--ceramiciceramiciIn questo caso, la ceramica non è In questo caso, la ceramica non è realmente rinforzata ma è soltanto fatta realmente rinforzata ma è soltanto fatta aderire ad uno strato di supporto rigido aderire ad uno strato di supporto rigido che fornisce la resistenza strutturale. che fornisce la resistenza strutturale. Storicamente, questo procedimento è Storicamente, questo procedimento è stato un successo poiché ha permesso di stato un successo poiché ha permesso di adattare l'espansione termica adattare l'espansione termica dell'impiallacciatura di ceramica dell'impiallacciatura di ceramica all'espansione del metallo. all'espansione del metallo.
MetalMetal--ceramic.foilceramic.foili fogli di metallo se legati adeguatamente alla i fogli di metallo se legati adeguatamente alla ceramica, impediscono la formazione di crepe ceramica, impediscono la formazione di crepe sul lato maggiormente sollecitato. sul lato maggiormente sollecitato. In odontoiatria, questo principio è stato In odontoiatria, questo principio è stato applicato, in origine, nella tecnica "applicato, in origine, nella tecnica "twintwin--foilfoil" in " in cui la ceramica è sinterizzata su una stagnola di cui la ceramica è sinterizzata su una stagnola di metallo nobile. metallo nobile. Le tecniche successive sono state conosciute Le tecniche successive sono state conosciute come come CeplatekCeplatekTMTM, , AlbaAlbaTMTM, , CaptekCaptekTMTM ed altri.ed altri.
SurfaceSurface improvementsimprovements
Applicando le tecniche di superficie adatte, Applicando le tecniche di superficie adatte, si prova ad eliminare i difetti di superficie si prova ad eliminare i difetti di superficie che fungeranno da concentratori di sforzo. che fungeranno da concentratori di sforzo. La ricerca sta dirigendosi verso "la La ricerca sta dirigendosi verso "la ceramica avanzata" con un intermetallico ceramica avanzata" con un intermetallico di alluminio ricoperto da titanio, da nichel di alluminio ricoperto da titanio, da nichel e cobalto usando l'evaporazione con laser e cobalto usando l'evaporazione con laser o con tecniche di o con tecniche di sputteringsputtering..
Metodi per aumentare la Metodi per aumentare la resistenza nei ceramiciresistenza nei ceramici
DifferentialDifferential stress stress inductioninduction
Ion exchangeIon exchangeLoadingLoading glassesglasses
DifferentialDifferential stress stress inductioninduction((ShotShot peeningpeening)):: si concentrano compressioni si concentrano compressioni
nelle zone sottoposte a sforzi di tensione, in nelle zone sottoposte a sforzi di tensione, in modo da impedire la creazione di crepe.modo da impedire la creazione di crepe.
Ion exchange alias: Ion exchange alias: chemical temperingchemical tempering
Anche questo è un Anche questo è un metodo utilizzato in metodo utilizzato in metallurgia ma è metallurgia ma è adattabile ai materiali adattabile ai materiali ceramici. Durante il ceramici. Durante il raffreddamento, si raffreddamento, si generano delle generano delle microcompressionimicrocompressioninel ceramico,che nel ceramico,che serviranno a serviranno a compensare sforzi di compensare sforzi di tensione.tensione.
La resistenza può La resistenza può aumentare fino al aumentare fino al 30%30%
Ion exchange alias: Ion exchange alias: chemical temperingchemical tempering
Lo svantaggio principale Lo svantaggio principale di questo metodo è di questo metodo è l’entità degli stress che l’entità degli stress che si generano nella si generano nella matrice vetrosa,che matrice vetrosa,che possono raggiungere possono raggiungere alti valori rispetto a alti valori rispetto a quelli generati per quelli generati per semplice compressione, semplice compressione, e possono portare alla e possono portare alla rottura del materiale rottura del materiale attraverso la formazione attraverso la formazione di crack interni (figura)di crack interni (figura)
LoadingLoading glassesglassesQuesto metodo è presente sul Questo metodo è presente sul
mercato dagli anni 50. mercato dagli anni 50. Abbiamo visto Abbiamo visto precedentemente che il precedentemente che il propagarsi di un microcrack, propagarsi di un microcrack, può essere ostacolato dalla può essere ostacolato dalla presenza, nel materiale, di presenza, nel materiale, di una fase più resistente.una fase più resistente.J.W.J.W. McLeanMcLean fu il primo ad fu il primo ad adattare questo principio adattare questo principio all’all’ortodonziaortodonzia, aggiungendo, , aggiungendo, come come fillerfiller, dei cristalli di , dei cristalli di allumina essenzialmente allumina essenzialmente vetrosa, o la leucite vetrosa, o la leucite -- un un cristallo traslucido e un cristallo traslucido e un po'verdastro po'verdastro -- così da così da aumentare aumentare significativamente il modulo significativamente il modulo di MOR del ceramico. di MOR del ceramico.
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Esempi di porcellane realizzate conEsempi di porcellane realizzate conLoadingLoading glassesglasses
AluminaAlumina meshmesh :I principali tipi di :I principali tipi di inclusioni sono mostrate nella figura :inclusioni sono mostrate nella figura :a.Roda.Rod--like blocks of alumina crystal are like blocks of alumina crystal are suspended in a water slurry that is suspended in a water slurry that is subsequently 0painted on a refractory subsequently 0painted on a refractory die. die. b.Waterb.Water is blotted out and the blocks is blotted out and the blocks tighten until touching. tighten until touching. c.Thisc.This assembly is "lightly" fired on a assembly is "lightly" fired on a refractory die and the blocks fuse in refractory die and the blocks fuse in the areas of contact. At this stage, the the areas of contact. At this stage, the die is discarded and die is discarded and d.thed.the mesh of alumina crystals is mesh of alumina crystals is infiltrated with glassy material in the infiltrated with glassy material in the manner of a sugar lump taking up manner of a sugar lump taking up coffee.coffee.
GALVANO STRUTTURAGALVANO STRUTTURALa formatura galvanica è il La formatura galvanica è il procedimento più precisoprocedimento più precisoCorone standardizzate con Corone standardizzate con spessori costanti spessori costanti Elementi con contenuto Elementi con contenuto aureo al 99,99 % aureo al 99,99 % Peso di ogni elemento: Peso di ogni elemento: caca0,3/0,4 g.0,3/0,4 g.Ottima estetica. Ottima estetica.
La La zirconiazirconia in protesiin protesiEsiste in due forme allotropicheEsiste in due forme allotropiche: : monoclino (per temperature al di monoclino (per temperature al di sotto di 1173°C), tetragonale(al sotto di 1173°C), tetragonale(al di sopra di tale temperatura). di sopra di tale temperatura). Tra una forma allotropica e l’altra Tra una forma allotropica e l’altra c’è una differenza di volume del c’è una differenza di volume del 33--5%.5%.Con l’aggiunta di alcuni ossidi è Con l’aggiunta di alcuni ossidi è possibile ottenere la forma possibile ottenere la forma tetragonale della tetragonale della zirconiazirconiaall’interno di un materiale all’interno di un materiale ceramico.ceramico.Passando a temperature più Passando a temperature più basse di 1173°C,la basse di 1173°C,la zirconiazirconia passa passa allo stato monoclino, più allo stato monoclino, più voluminoso, generando delle voluminoso, generando delle microcompressionimicrocompressioni ee rafforzando rafforzando la struttura(figura)la struttura(figura)
La La zirconiazirconia in protesiin protesi
La La zirconiazirconia messa al posto del metallo per messa al posto del metallo per sorreggere la struttura ceramica, che resta sorreggere la struttura ceramica, che resta insuperata per le caratteristiche fisiche ed insuperata per le caratteristiche fisiche ed estetiche, rappresenta un notevole estetiche, rappresenta un notevole miglioramento in termini di miglioramento in termini di biocompatibilitàbiocompatibilità, , durezza ed estetica.durezza ed estetica.
La struttura in La struttura in zirconiazirconia può essere fabbricata con può essere fabbricata con due sistemi antitetici: per due sistemi antitetici: per sottrazione sottrazione sfruttando sfruttando un tornio elettronico sofisticato o per un tornio elettronico sofisticato o per addizioneaddizionesfruttando il principio di elettrodeposizione .sfruttando il principio di elettrodeposizione .
Una vera rivoluzione in Una vera rivoluzione in odontoiatriaodontoiatria
Il 95% delle protesi fisse Il 95% delle protesi fisse vengono costruite con una vengono costruite con una struttura metallica che fa struttura metallica che fa da supporto alla ceramica.da supporto alla ceramica.Si sta studiando oggi di Si sta studiando oggi di utilizzare le utilizzare le fibre di vetrofibre di vetro o o di polietilene al posto del di polietilene al posto del metallo: se ne avvantaggia metallo: se ne avvantaggia l'estetica, la resistenza l'estetica, la resistenza fisica del manufatto e il fisica del manufatto e il legame chimico con i legame chimico con i materiali compositi.materiali compositi.
ConclusioniConclusioniLLa ricerca nell'ambito dei a ricerca nell'ambito dei biomaterialibiomateriali ha ha assunto, negli ultimi anni, un ruolo sempre più assunto, negli ultimi anni, un ruolo sempre più importante anche come conseguenza importante anche come conseguenza dell'aumento dell'età media della popolazione. dell'aumento dell'età media della popolazione. L'importanza di questo dato ha avuto riscontro L'importanza di questo dato ha avuto riscontro anche nell'UE che ha individuato neianche nell'UE che ha individuato nei biomaterialibiomaterialiuno dei settori da sviluppare nel V° Programma uno dei settori da sviluppare nel V° Programma Quadro. Quadro. La soluzione dei principali problemi in questo La soluzione dei principali problemi in questo settore è strettamente legata alla possibilità di settore è strettamente legata alla possibilità di disporre di competenze diverse e ben integrate, disporre di competenze diverse e ben integrate, che vanno dalla chimica, all'ingegneria, alla che vanno dalla chimica, all'ingegneria, alla biologia, fino alla medicina; ed uno degli obiettivi biologia, fino alla medicina; ed uno degli obiettivi è ottenere è ottenere un superamento delle barriere un superamento delle barriere ideologiche fra queste discipline per arrivare ad ideologiche fra queste discipline per arrivare ad un corretto sviluppo del settoreun corretto sviluppo del settore..
