Efeito de condições artificiais de envelhecimento sobre pilares de zircônia tetragonal estabilizada por ítria (Y-TZP). Análise fractográfica dos modos de falha

Abstract

Most ceramic abutments are fabricated from yttria-stabilized tetragonal zirconia (Y-TZP). The objectives of this work were to assess the effects of artificial ageing conditions on the fracture load, phase stability and surface microstructure of a Y-TZP abutment, and to establish possible reasons for failure by fractographic analysis. Thirty two prefabricated Y-TZP abutments were screwed and torqued down to external hex implants and divided into 4 groups (n=8): 1 - control, 2 - mechanical cycling in water (1 x 106 cycles), 3 - autoclaving (134ºC; 5 hours; 2 bar), 4 - thermal cycling (104 cycles; 5º/55ºC). A single-load-to-fracture test was performed at a crosshead speed of 0.5 mm/min to assess the assembly's fracture load. X-ray powder diffraction (XRPD) analysis was applied to observe and quantify the tetragonal-monoclinic (t-m) phase transformation. Representative specimens were examined with high-resolution scanning electron microscopy (SEM) to observe the abutments' surface microstructure. Fractographic analysis was conducted under stereo and SEM. The fracture load data were compared using ANOVA and Tukey test (α=.05). All the ageing conditions reduced the fracture load significantly (ρ<0.001) and led to t-m transformation. Mechanical cycling reduced the fracture load more than autoclaving (ρ=0.034). The SEM detected surface flaws and micro-cracks. Fractographic features showed that failure started at the abutment regions in contact with the retention screw edges. Hydrothermal and mechanical conditions associated with their micro-fracture process were the most likely causes for strength degradation. This study established a fracture pattern at the connecting area and that the abutment screw could affect the occurrence of fractures

Pilares cerâmicos são geralmente fabricados em zircônia tetragonal estabilizada por ítria (Y-TZP). Os objetivos desse estudo foram avaliar os efeitos de condições artificiais de envelhecimento sobre a carga de fratura, estabilidade de fase e microtopografia superficial de um pilar de Y-TZP e estabelecer possíveis razões de falha utilizando análise fractográfica. Trinta e dois pilares pré-fabricados de Y-TZP foram aparafusados a implantes tipo hexágono externo e divididos em 4 grupos (n=8): 1 - controle, 2 - ciclagem mecânica em água (1 x 106 ciclos), 2 - autoclavagem (134ºC; 5 horas; 2 bar), 3 - termociclagem (104 ciclos; 5ºC/55ºC). Ensaio de resistência à fratura foi realizado com velocidade de carga de 0,5 mm/min. Transformação de fase tetragonal-monoclínica (t-m) foi observada e quantificada por análise de difração de raios X do pó (XRPD). Microestrutura superficial foi analisada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) de alta resolução. Análise fractográfica foi conduzida utilizando estereomicroscópio e MEV. ANOVA e teste Tukey compararam os dados de resistência à fratura (α=0,05). Todas as condições de envelhecimento reduziram a resistência à fratura significativamente (ρ<0,001) e levaram à transformação de fase t-m. Ciclagem mecânica reduziu a resistência mais do que autoclavagem (ρ=0,034). MEV detectou falhas e microtrincas superficiais. Achados fractográficos mostraram que as falhas iniciaram nas regiões em contato com os ângulos da cabeça do parafuso. Condições hidrotérmicas e mecânica associadas ao seu processo de microfratura foram as prováveis causas de degradação da resistência. Esse estudo observou um padrão de fratura na região da conexão e que o design do parafuso contribuiu para ocorrência das fraturas.