CO2 laser for dental alumina ceramic framework welding / O laser de CO2 para a soldagem de infraestruturas cerâmicas de alumina

ABSTRACT

Objective: Despite the increase of all-ceramic prosthesis in dental practice there is no evidence of the possibility of welding these structures if necessary. The objective of this study was to use CO2 laser (λ = 10.6 µm) as a welding agent to fuse dental polycrystalline alumina ceramic. Methods: Ceramic blocks of pre-sintered alumina were sectioned into 20 bars (10.0 x 1.5 x 1.5 mm) and sintered to the final cross section dimension of 1.2 x 1.2mm. The bars were adapted to an LHPG (Laser Heated Pedestal Growth) system device where the bars could be fixed in pairs and have their ends irradiated with CO2 laser to fusion. The ring-shaped laser beam (300 µm thickness) was directed with the aid of mirrors to reach samples' ends. The laser was continuously applied (40 W nominal power, 5 seconds). After welding, the samples were analyzed in stereomicroscope and SEM. A diffraction analysis was carried out with one sample. Results: CO2 laser was able to fuse the ceramic bars, but some of them showed some shape distortion in the fusion zone. The aspect of the fused alumina differed in color and translucency from the original sintered material. SEM evidenced the presence of porosity and voids in the center of the fusion zone. X-ray diffraction pointed to a reduction in crystallite size by two to four times in the welded region of samples. Conclusions: This study points to CO2 laser as a possible welding agent to polycrystalline alumina dental ceramic. Porosity observed in the molten zone gives cause for concern regarding weld resistance. (AU)

RESUMO

Objetivo: Apesar do aumento no número de próteses totalmente cerâmicas na prática clínica, não há evidência da possibilidade de se soldar essas estruturas se necessário. Este estudo testou o laser de CO2 (λ=10.6 µm) como um agente de solda para estruturas cerâmicas de alumina policristalina. Métodos: Blocos cerâmicos de alumina pré-sinterizada foram seccionados na forma de barras (10,0 x 1,5 x 1,5 mm) e sinterizados na dimensão final de 1,2 x 1,2 mm. As barras foram adaptadas a um sistema de crescimento de fibras cerâmicas (LHPG ­ Laser Heated Pedestal Growth) onde as barras foram fixadas em pares e tiveram suas extremidades irradiadas com laser de CO2 até a sua fusão. O feixe de laser foi direcionado com a ajuda de espelhos para atingir as extremidades das barras. O laser foi aplicado de forma contínua (40 W de potência nominal, 5 segundos). Depois da solda, os espécimes foram analisados em estereomicroscopia e MEV. Teste de difração foi conduzido com um espécime. Resutados: O laser de CO2 foi capaz de fundir as barras cerâmicas, mas algumas delas mostraram uma distorção da forma na zona de fusão. O aspecto da alumina soldada diferiu em cor e translucidez do material original. O MEV evidenciou a presença de porosidade no centro da zona de fusão. A difração por raio-x apontou para uma redução no tamanho dos cristalitos de duas a quatro vezes na região da solda. Conclusões: Esse estudo mostrou ser possível usar o laser de CO2 como um agente de solda para uma cerâmica policristalina de alumina. A porosidade observada na zona de fusão traz preocupação quanto à resistência da solda. (AU)