Avaliação da resistência à flexão 4 pontos e tolerância a defeitos superficiais de vitrocerâmica de dissilicato de lítio

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Data

2021-08-11

Autores

Campaner, Larissa Mendes [Unesp]

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Editor

Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Resumo

O objetivo principal deste estudo foi avaliar a influência de diferentes formatos de defeitos superficiais controlados na resistência à flexão em 4 pontos da vitrocerâmica de dissilicato de lítio. Para isso, o estudo foi dividido em dois experimentos, in silico e in vitro. Uma barra para ensaio de flexão 4 pontos foi modelada em CAD e exportada para software CEA para simulação de Análise Estática Estrutural Mecânica por meio do método de elementos finitos. Já para o experimento in vitro, foram confeccionados espécimes em formato de barra a partir de blocos de vitrocerâmica de dissilicato de lítio, que foram divididos em 3 grupos experimentais (n=5) de acordo com o formato do defeito: GC – Nenhum; GE – Defeito esférico em superfície; GP – Defeito pontiagudo em superfície. Para avaliar a morfologia, dimensão dos defeitos introduzidos e rugosidade da superfície do dissilicato de lítio, foram realizadas microscopias eletrônicas de varredura (MEV) e análise por perfilometria óptica 3D. Foi realizado ensaio de resistência à flexão 4 pontos para determinar a resistência à flexão dos espécimes de cada grupo experimental. O grupo controle (GC) apresentou resistência à flexão em 4 pontos média de 217,1 ± 38,2 MPa já os grupos defeito pontiagudo (GP) e defeito esférico (GE) apresentaram resistência à flexão em 4 pontos média de 61,6 ± 2,8 MPa e 186,7 ± 29,4 MPa. A análise qualitativa realizada por microscopia eletrônica de varredura nos espécimes do grupo GP1 possibilitou a visualização de defeitos que apresentam diversas quinas e vértices, além de quatro trincas extensas na superfície do material, localizadas nos vértices da base quadrangular da pirâmide. A partir da análise por perfilometria óptica 3D, observou-se que o grupo controle (GC) apresentou rugosidade média de 0,0614 ± 0,0127 µm, enquanto o grupo defeito pontiagudo (GP) apresentou rugosidade média de 0,0730 ± 0,0313 µm. A partir da análise pelo método de elementos finitos simulando o teste de flexão em 4 pontos, observou-se que o valor de tensão máxima principal atingido pelo grupo controle (GC) foi 108,0 MPa, enquanto o grupo defeito pontiagudo (GP) e o grupo defeito esférico (GE) atingiram valores de tensão máxima principal de 292,0 MPa e 205,5 MPa respectivamente. Para a análise do comportamento mecânico de uma restauração indireta do tipo table-top em dissilicato de lítio e a influência do formato do defeito pelo mesmo método, observou-se que o defeito pontiagudo (GP) apresentou o maior valor de tensão máxima principal, de 284,6 MPa contra 266,15 para a restauração com defeitos esféricos. A restauração sem defeitos presentes obteve valor de 254 MPa. Concluiu-se que os defeitos superficiais promovem a diminuição da resistência à flexão da vitrocerâmica de dissilicato de lítio, sendo o defeito pontiagudo mais prejudicial que o defeito esférico.
The main objective of this study was to evaluate the influence of different shapes of controlled surface defects on the 4-point flexural strength of lithium disilicate glass ceramic. For this, the study was divided into two experiments, in silico and in vitro. A 4-point bending test bar was modeled in CAD and exported to CEA software for simulation of Mechanical Structural Static Analysis using the finite element method. For the in vitro experiment, bar-shaped specimens were made from lithium disilicate glass-ceramic blocks, which were divided into 3 experimental groups (n=5) according to the shape of the defect: GC – None; GE – Spherical surface defect; GP – Sharp surface defect. To assess the morphology, dimension of introduced defects and surface roughness of lithium disilicate, scanning electron microscopy (SEM) and analysis by 3D optical profilometry were performed. A 4-point flexural strength test was performed to determine the flexural strength of the specimens from each experimental group. The control group (CG) had a mean 4-point flexion strength of 217.1 ± 38.2 MPa, whereas the pointed defect (GP) and spherical defect (SG) groups had a mean 4-point flexion strength of 61.6 ± 2.8 MPa and 186.7 ± 29.4 MPa. Qualitative analysis performed by scanning electron microscopy in specimens from the GP1 group allowed the visualization of defects that present several corners and vertices, in addition to four extensive cracks on the surface of the material, located in the vertices of the quadrangular base of the pyramid. From the analysis by 3D optical profilometry, it was observed that the control group (CG) had a mean roughness of 0.0614 ± 0.0127 µm, while the sharp defect group (GP) had a mean roughness of 0.0730 ± 0.0313 µm. From the analysis by the finite element method simulating the 4-point bending test, it was observed that the maximum principal stress value reached by the control group (CG) was 108.0 MPa, while the sharp defect group (GP) and the spherical defect (GE) group reached maximum principal stress values of 292.0 MPa and 205.5 MPa respectively. For the analysis of the mechanical behavior of an indirect restoration of the table-top type in lithium disilicate and the influence of the defect shape by the same method, it was observed that the pointed defect (GP) had the highest maximum principal stress value, of 284.6MPa against 266.15 for the restoration with spherical defects. The restoration with no defects present obtained a value of 254MPa. It was concluded that superficial defects promote a decrease in the flexural strength of lithium disilicate glass-ceramic, with the sharp defect being more harmful than the spherical defect.

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Palavras-chave

Cerâmica dentária, Resistência à flexão, Dissilicato de lítio, Método elementos finitos, Dental ceramics, Flexural strength, Lithium disilicate, Finite element method

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