Tratamento de superfície de restaurações cerâmicas para caracterização de uma camada funcionalmente modificada / Surface treatment of ceramic restorations functionally modified layers caracterization: finite element analysis and laboratory testing

RESUMO

Este estudo tem como objetivo avaliar a influência do tratamento de superfície na sobrevida de restaurações cerâmicas. Um modelo de três camadas 10 x 10 mm foi criado em software Solidworks com as seguintes espessuras e descrições dos materiais. A 1) dentina como substrato = 4 mm; 2) cimento = 100 µm; 3) material restaurador = 1,5 mm. Depois foi transferido para o programa ABAQUS para a realização da análise de elemento finito. Foram realizadas simulações com dois modelos distintos. Um com todas as camadas livres, sem atrito, o outro as camadas foram fixadas simulando adesão do cimento ao substrato e cerâmica. Foram utilizados valores de referência de módulo de elasticidade (ɛ) e os valores do coeficiente de Poisson (ʋ) para todos os grupos a partir da literatura. Os materiais restauradores modelados foram VITA Enamic (ɛ = 30 GPa; ʋ = 0,3), LAVA Ultimate (ɛ = 12,77 GPa; ʋ = 0,3), dissilicato de lítio (ɛ = 95 GPa; ʋ = 0,25), zircônia (ɛ = 210 GPa; ʋ = 0,3) e cimento resinoso (ɛ = 6,3 GPa; ʋ = 0,3). Uma malha foi criada usando análise de elementos finitos (FEA) e a aplicação de uma carga de 200 N foi simulada ao centro da camada superior de material restaurador. Obtiveram-se os valores de pico de tensão ao longo da interface entre as camadas. Em cada modelo observou-se o perfil de distribuição de tensões. Com base nos resultados, 194 espécimes de dissilicato de lítio (LiDi) nas dimensões de 10x10x0.9 mm foram confeccionados, divididos em nove grupos (n=21) AR (sem tratamento); ARE20( condicionado com ácido fluorídrico 5%, 20 s); ARE120 (condicionado por 120 s); SB (jateado com óxido de alumínio); SBE20 (jateado e condicionado por 20 s); SBE120 (jateado e condicionado por 120 s). Todos os espécimes LiDi silanizados e cimentados com Panavia F (AR ­ sem tratamento, SB ­ apenas jateado, ARE120 ­ condicionado por 120s, SBE120 ­ jateado e condicionado por 120s) e Variolink II (AR ­ sem tratamento, SB ­ apenas jateado, ARE20 ­ condicionado por 20s, ARE120 - condicionado por 120s, SBE20 ­ jateado e condicionado por 20s) ao substrato (10x10x4mm) de resina (TetricCeram) resultando em amostras de camada tripla (LiDi / cimento / bloco de resina). Todas as amostras foram armazenadas em água destilada durante pelo menos 7 dias. Cinco espécimes do grupo não condicionado (controle) foram submetidos a uma carga única de compressão (fadiga estática). As amostras restantes foram testadas utilizando o teste acelerado de fadiga (SSALT). A distribuição de Weibull foi calculada e determinou-se a confiabilidade (com 90% intervalo de confiança) em um determinado número de ciclos e cargas. Foram realizados teste de rugosidade, análise fractográfica. A micro-estrutura da superfície dos espécimes LiDi condicionados por 120 segundos, dos jateados e condicionados por 120 segundos, dos apenas jateados do grupo controle foram analisados e comparados por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os mesmos espécimes foram avaliados quanto a área de superfície tratada no Image J. A análise de elementos finitos demonstrou que os materiais restauradores apresentaram diferentes padrões de distribuição de tensões. A zircônia apresentou maior concentração de tensão que dissilicato de lítio com ambos os substratos. A maior rigidez do material restaurador sugere uma distribuição mais homogênea das tensões com valores de tensão máxima mais constantes. A resistência e a sobrevida dos espécimes condicionados por 120 segundos apresentaram alterações de superfície mais visíveis ao MEV quando comparados com os demais grupos. A micro-estrutura de superfície da placa de dissilicato de lítio jateada e condicionada durante 120 segundos mostrou maior número de rugosidades e porosidades mais profundas. O tratamento de superfície das restaurações cerâmicas de dissilicato de lítio, após avaliação da micro-estrutrura da cerâmica e teste de fadiga, melhora a sobrevida das restaurações levando em consideração o tipo de cimento utilizado.

ABSTRACT

This study aims to evaluate the ceramics restorations reliability with diferents surface treatments. A three layer model 10x 10 mm was created in Solidworks software with the following thicknesses and material descriptions. A 1) dentin-like substrate = 4 mm; 2) cement = 100 µm; 3) restorative material = 1.5 mm. The model was inserted into ABAQUS® software for finite element analysis. Two simulations was made in two distinct models; all layers free and all layers fixed simulating bond between substrate/cement/ceramic. Elastic modulus (Ɛ) and Poisson's (ʋ) ratio values for all groups were extracted from the literature. Restorative materials involved VITA Enamic ( Ɛ=30 GPa; ʋ= 0.3), LAVA Ultimate ( Ɛ=12.77 GPa; ʋ= 0.3), lithium disilicate ( Ɛ= 95 GPa; ʋ= 0.25), zirconia ( Ɛ= 210 GPa; ʋ= 0.3) and resin cement ( Ɛ= 6,3 GPa; ʋ= 0.3). A mesh created using finite element analysis (FEA) modeling and a 200 N load applied to the center of the restorative material upper layer. The voltage pikes values along the interface between the layers were obtained. Each model was constrained to observe the profiles of stress distribution. Based on results, 194 monolayer lithium disilicate (LiDi) specimens (10x10x0.9mm) were divided into 9 groups (n=21) AR (as received); ARE20 (etched with hydrofluoric acid 5%, 20 s); ARE120 (etched, 120 s); SB( sandblasted with aluminun oxide); SBE20 (sandblasted and etched ,20 s); SBE120 (sandblasted and etched, 120 s). All treated LiDi specimens (10x10x4mm) were bonded to composite substrate (TetricCeram) which had itself been 30 days aged. All specimens was The bonding agent used was Panavia F (AR, SB, ARE120, SBE120) and Variolink II (AR, SB,ARE20, ARE120, SBE120) after silanization resulting trilayer specimens (LiDi/cement/composite). All trilayer specimens were aged in distilled water for at least 7 days. Five specimens from the non-controlled etched group were subject to single loading to failure testing. The remaining specimens were tested under fatigue testing utilizing step-stress accelerated life testing (SSALT). A master Weibull distribution was calculated and reliability was determined (with 90% confidence bounds) at a given number of cycles and loads. Roughness and fractography was used.Scanning Electron Microscope (SEM) was used to analyse and compare the surface micro structure of distincts LiDi specimens which had been sandblasted and etched as same as SSALT groups. All this latter had their condionted area evaluated at Image J with images. Restorative materials showed different patterns of stress distribution. Zirconia presented stress concentration higher than lithium disilicate as a core substrate. The rigidity of the restorative material suggests a more homogeneous distribution of tensions with more constant maximum stress values. The strength and reliability of the specimens with deep etching depth (120 seconds) were higher when compared to the others groups. Micro surface structure of the lithium disilicate plate sandblasted etched for 120 seconds demonstrated more profound roughness and porosity. The zirconia surface did not show great roughness after sandblasted and etched with hydrofluoric acid in different times. After lithum dissilicate ceramics micro-structural analysis and reliability, the surface treatment enhances the reliability regarding resin cement used.