Fratura precoce da porcelana em restaurações com infra-estrutura de zircônia: influência de gradientes térmicos no desenvolvimento e magnitude de tensões residuais e transitórias / Porcelain fracture in veneered-zirconia restorations: influence of thermal gradients on the development and magnitude of residual and transient stresses

RESUMO

Esse estudo avaliou o desenvolvimento de tensões dentro da porcelana de restaurações metalo-cerâmicas (MC) e de zircônia-porcelana (ZC) como resultado de diferentes taxas de resfriamento a partir de temperaturas acima da transição vítrea (Tg). Restaurações unitárias (coroas) foram fabricadas com 1 ou 2 mm de espessura de porcelana. Termopares foram posicionados nas superfícies de cimentação (T1) e oclusal (T4) e inseridos na interface (T2) e dentro da porcelana (T3). Para o resfriamento rápido, o forno foi aberto imediatamente após o tempo de sinterização e desligado. O resfriamento lento foi obtido pela abertura do forno quando a 50°C abaixo da Tg. Modelos axi-simétricos foram construídos para simulação de tensões térmicas tempo-dependentes usando análise de elementos finitos (AEF). Equações de temperatura em função do tempo obtidas por termopares foram inseridas no modelo como condições das margens. A mudança do coeficiente de expansão térmica, densidade, módulo de cisalhamento, capacidade térmica e da Tg de acordo com a taxa de resfriamento foi considerada para simulação do comportamento da porcelana em temperaturas acima da Tg (visco-elástico). O comportamento dos materiais de infra-estrutura e da porcelana abaixo da Tg foi considerado elástico. A taxa de resfriamento na faixa de temperatura próxima a Tg foi 20°C/min e 900°C/min para resfriamento lento e rápido. Durante o resfriamento lento, os diferentes termopares mostraram temperaturas similares em ambas as coroas. Gradientes de temperatura foram observados no resfriamento rápido da coroa ZC (T1-T4 = 100°C) e, em menor magnitude, para a MC (T1-T4 = 30°C). Os resultados de AEF mostraram diferenças de tensão residual na porcelana sobre zircônia e sobre metal para resfriamento rápido (25 MPa) e lento (15 MPa). Tensões transitórias com magnitude de até 200 MPa foram observadas dentro da porcelana quando resfriada rapidamente, enquanto foram de magnitude insignificante no resfriamento lento. As tensões ...

ABSTRACT

This study evaluated the development of transient and residual stresses within the porcelain of veneered restorations (zirconia- and metal-based) as a result of different cooling rates from temperatures above the glass transition temperature (Tg). All-ceramic (porcelain on zirconia-based ceramic) and porcelain-fused-to-metal (PFM) molar crowns were fabricated with 1 mm or 2 mm porcelain thickness. Thermocouples were attached to intaglio (T1) and occlusal (T4) surfaces and embedded within the ceramics interface (T2) and inside the porcelain (T3) to acquire temperature readings by time. For fast cooling, the furnace was opened immediately after the holding time and switched off afterward. Slow cooling was determined by opening the furnace when it reached 50 °C bellow the Tg. Axially-symmetric crown-like models were constructed to perform a simulation of time-dependent thermal stresses using finite element analyses (FEA). Time-dependent temperature equations from thermocouples were set as boundary conditions for surfaces of the model. Coefficient of thermal expansion, density, shear modulus, heat capacity and Tg dependency on cooling rate were considered for the porcelain simulation (visco-elastic above Tg). Porcelain below the Tg and the framework materials were considered to behave elastically. The cooling rates at Tg range were 20 °C/min and 900 °C/min for slow and fast cooling. During slow cooling, different thermocouples showed similar temperatures for both zirconia and metal crowns. Remarkable temperature gradients were observed for the fast cooled all-ceramic crown (T1-T4 = 100 °C) and, of lower magnitude, for PFM (T1-T4 = 30 °C). FEA results showed differences between residual stress observed for porcelain on zirconia and on metal for fast (25 MPa) and slow cooled crowns (15 MPa). Significant transient stress waves (up to 200 MPa) were observed within the porcelain during fast cooling through the Tg, while they were insignificant for...