Zircônia odontológica estabilizada com 8% mol de ítria: caracterização microestrutural, propriedades mecânicas e óptica

Abstract

Este estudo teve por objetivo caracterizar a microestrutura e avaliar as propriedades mecânicas e a translucidez de uma zircônia odontológica estabilizada com 8% mol de ítria (8Y-FSZ), em comparação com a zircônia 5Y-PSZ. Discos cerâmicos (Ø12 x 1,2 mm) foram confeccionados (n=40) por prensagem e sinterizados conforme as recomendações do fabricante (Tosoh, Japão). A caracterização microestrutural foi realizada por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia por dispersão de energia (EDS) e difração de raios-X (DRX). As propriedades mecânicas avaliadas incluíram dureza Vickers (n=3), tenacidade à fratura por indentação (n=3), resistência à flexão biaxial (n=30), módulo elástico, que foi determinado pelo método da excitação por impulso e incluiu coeficiente de Poisson e módulo de rigidez transversal (n=3), além da densidade. A translucidez foi determinada pelos parâmetros TP00. A difração de raios-x indicou estabilização total da zircônia 8Y e estrutura bifásica (T-C) para zircônia 5Y. Além disso, a microscopia eletrônica de varredura da zircônia 8Y-FSZ apresentou maiores valores médios de tamanho do grão (4,23 ± 1,210 µm) em relação à 5Y-PSZ (0,96 ± 0,061). Não houve diferença significativa na dureza entre os grupos (p=0,077), enquanto a tenacidade à fratura e a resistência à flexão biaxial foram significativamente maiores para a zircônia 5Y-PSZ (4,65 ± 0,912 MPa.m¹/², 504 ± 126,4 MPa, respectivamente) do que para a 8Y-FSZ (1,63 ± 0,467 MPa.m¹/², 296 ± 93,5 MPa, respectivamente), que também apresentou maior confiabilidade estrutural segundo a análise de Weibull. Diferenças estatísticas foram observadas para o módulo elástico e o coeficiente de Poisson (p=0,037 e p=0,002, respectivamente), sem variação significativa no módulo de rigidez transversal (p=0,806) e na densidade (p=0,360). A análise fractográfica indicou predominância de defeitos superficiais associados a origem das fraturas para todos os grupos. Em relação às propriedades ópticas, a zircônia 5Y-PSZ apresentou maior translucidez (TP00=10,15) em comparação à 8Y-FSZ (TP00=3,0). Assim, é possível concluir que zircônias totalmente estabilizadas em fase cúbica apresentaram microestrutura compatível com cerâmicas densificadas após sinterização convencional, com fases cristalinas, morfologia e distribuição de grãos características de cerâmicas policristalinas. De modo geral, a zircônia 5Y-PSZ apresentou desempenho superior, especialmente quanto às propriedades mecânicas, enquanto a zircônia 8Y-FSZ, embora adequadamente densificada, apresentou limitações mecânicas e ópticas.

This study aimed to characterize the microstructure and evaluate the mechanical properties and translucency of an 8 mol% yttria-stabilized dental zirconia (8Y-FSZ), in comparison with 5Y-PSZ zirconia. Ceramic discs (Ø12 × 1.2 mm) were fabricated (n=40) by pressing and sintered according to the manufacturer's recommendations (Tosoh, Japan). Microstructural characterization was performed using scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive spectroscopy (EDS), and X-ray diffraction (XRD). The mechanical properties evaluated included Vickers hardness (n=3), indentation fracture toughness (n=3), biaxial flexural strength (n=30), and elastic modulus, which was determined by the impulse excitation technique and included Poisson’s ratio and shear modulus (n=3), in addition to density. Translucency was determined using the TP00 parameter. X-ray diffraction indicated full stabilization of 8Y zirconia and a biphasic structure (T–C) for 5Y zirconia. Furthermore, SEM analysis of 8Y-FSZ zirconia revealed higher mean grain size values (4.23 ± 1.210 µm) compared with 5Y-PSZ (0.96 ± 0.061 µm). No significant difference in hardness was observed between the groups (p=0.077), whereas fracture toughness and biaxial flexural strength were significantly higher for 5Y-PSZ zirconia (4.65 ± 0.912 MPa·m¹/² and 504 ± 126.4 MPa, respectively) than for 8Y-FSZ (1.63 ± 0.467 MPa·m¹/² and 296 ± 93.5 MPa, respectively), which also exhibited higher structural reliability according to Weibull analysis. Statistically significant differences were observed for elastic modulus and Poisson’s ratio (p=0.037 and p=0.002, respectively), with no significant variation in shear modulus (p=0.806) or density (p=0.360). Fractographic analysis indicated a predominance of surface defects associated with fracture origin for all groups. Regarding optical properties, 5Y-PSZ zirconia showed higher translucency (TP00=10.15) compared with 8Y-FSZ (TP00=3.0). Thus, it can be concluded that fully cubic-stabilized zirconias exhibited a microstructure compatible with densified ceramics after conventional sintering, with crystalline phases, morphology, and grain distribution characteristics of polycrystalline ceramics. Overall, 5Y-PSZ zirconia demonstrated superior performance, especially in mechanical properties, whereas 8Y-FSZ zirconia, although adequately densified, presented mechanical and optical limitations.