ιδακτορική διατριβή Μελέτη της αλληλεπίδρασης ολοκεραµικών αποκαταστάσεων µε συγκολλητικά συστήµατα Πειραµατική µελέτη Ιωάννα Σεµπέπου

Transcript

1 ιδακτορική διατριβή Μελέτη της αλληλεπίδρασης ολοκεραµικών αποκαταστάσεων µε συγκολλητικά συστήµατα Πειραµατική µελέτη Ιωάννα Σεµπέπου Εργαστήριο Ακίνητης Προσθετικής και Προσθετικής Εµφυτευµατολογίας 2005

2 ιδακτορική διατριβή Μελέτη της αλληλεπίδρασης ολοκεραµικών αποκαταστάσεων µε συγκολλητικά συστήµατα Πειραµατική µελέτη Ιωάννα Σεµπέπου Εργαστήριο Ακίνητης Προσθετικής και Προσθετικής Εµφυτευµατολογίας

3 ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΕΠΙΤΡΟΠΗ Παύλος Γαρέφης, Καθηγητής Α.Π.Θ. Γιώργος Ηλιάδης, Καθηγητής Ε.Κ.Π.Α. Πέτρος Κοΐδης, Καθηγητής Α.Π.Θ. ΕΠΤΑΜΕΛΗΣ ΕΠΙΤΡΟΠΗ Παύλος Γαρέφης, Καθηγητής Α.Π.Θ. Γιώργος Ηλιάδης, Καθηγητής Ε.Κ.Π.Α. Πέτρος Κοΐδης, Καθηγητής Α.Π.Θ. Νικόλαος Καφαντάρης, Καθηγητής Α.Π.Θ. Αργύρης Πισιώτης, Αναπλ. Καθηγητής Α.Π.Θ. Ανδρέας Χατζηκυριάκος, Αναπλ. Καθηγητής Α.Π.Θ. Νικόλαος Τσίγκος, Επίκ. Καθηγητής Α.Π.Θ. Η έγκριση της ιδακτορικής ιατριβής από το Τµήµα Οδοντιατρικής του Αριστοτέλειου Πανεπιστήµιου Θεσσαλονίκης δεν υποδηλώνει αποδοχή των γνωµών του συγγραφέα (Ν. 5343/32, άρθρο 202, παρ. 2). 2

4 ΑΝΤΙ ΠΡΟΛΟΓΟΥ Τελειώνοντας τις σπουδές µου στην Οδοντιατρική Σχολή του Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης, πήγα στην Γαλλία, στο Πανεπιστήµιο Paris 5, µε σκοπό την εξειδίκευση στην Ακίνητη Προσθετική. Κατά τη διάρκεια του διετούς προγράµµατος είχα την ευκαιρία να συνειδητοποιήσω τη στενή σχέση της Προσθετικής µε την Επιστήµη των Βιοϋλικών. Τελειώνοντας την εξειδίκευση, αισθάνθηκα πως δεν θα είχα ολοκληρώσει το στόχο µου αν δεν συνέχιζα τις σπουδές µου στον τοµέα των Βιοϋλικών. Παρέµεινα λοιπόν ακόµα ένα χρόνο στο ίδιο Πανεπιστήµιο για να παρακολουθήσω ένα πρόγραµµα Βιοϋλικών και να αποκτήσω το αντίστοιχο πτυχίο. Γυρίζοντας στην Ελλάδα, είχα ακόµα την επιθυµία να συνεχίσω. Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποτελούσε για µένα από την µία την φυσική συνέχεια των σπουδών µου, συνδυάζοντας Προσθετική και Βιοϋλικά και από την άλλη, κάλυπτε την ανάγκη µου να συνεχίσω να µαθαίνω Η εργασία αυτή δεν θα µπορούσε να πραγµατοποιηθεί εάν δεν συνέβαλλαν, µε την ενθάρρυνσή τους, την βοήθεια και τις συµβουλές τους, πολλοί άνθρωποι, τους οποίους επιθυµώ να ευχαριστήσω στα παρακάτω. Κατ αρχήν θα ήθελα να ευχαριστήσω τον καθηγητή του Α.Π.Θ. κ. Παύλο Γαρέφη, επιβλέποντα αυτής της εργασίας, για την προσφορά του κατά τη διάρκεια των προπτυχιακών µου σπουδών και για την αποδοχή της αίτησής µου για την εκπόνηση διδακτορικής διατριβής στο Εργαστήριο Ακίνητης Προσθετικής και Εµφυτευµάτων της Οδοντιατρικής Σχολής του Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης, το οποίο διευθύνει. Συνέβαλε µε το ενδιαφέρον του στην εξέλιξη της εργασίας από το ξεκίνηµά της έως και την περάτωσή της. Το κύριο µέρος της εργασίας έγινε στο εργαστήριο Βιοϋλικών της Οδοντιατρικής Σχολής του Πανεπιστηµίου Αθηνών υπό την επίβλεψη του Καθηγητή κ. Γιώργου Ηλιάδη, διευθυντή του Εργαστηρίου και µέλους της τριµελούς συµβουλευτικής επιτροπής. Τον ευχαριστώ θερµά για την βοήθεια, την καθοδήγηση, τις συµβουλές, τις παρατηρήσεις, καθώς και την υποµονή του, που ήταν καθοριστικές για την ολοκλήρωση της εργασίας. Επίσης 3

5 απευθύνω τις ευχαριστίες µου στο προσωπικό του Εργαστηρίου που βοήθησε στο πειραµατικό µέρος. Ευχαριστώ τον Καθηγητή του Α.Π.Θ. κ. Πέτρο Κοΐδη, µέλος της τριµελούς συµβουλευτικής επιτροπής, για το ενδιαφέρον που έδειξε και τις χρήσιµες παρατηρήσεις του. Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω τους Καθηγητές του ΑΠΘ, µέλη της επταµελούς επιτροπής Ανδρέα Χατζηκυριάκο, Αργύρη Πισιώτη και Νικόλαο Τσίγγο για τη συµβολή τους στην περάτωση της εργασίας. Ένα µέρος της εργασίας πραγµατοποιήθηκε στο Κέντρο Ερευνας Βιοϋλικών (ΕΚΕΒΥΛ) και µε αυτή την ευκαιρία θα ήθελα να ευχαριστήσω τον Επιστηµονικό ιευθυντή του κ. Παλαγγιά, όπως και το προσωπικό του κέντρου. Ευχαριστώ τους οδοντοτεχνίτες κυρίους Σωκράτη Παπάζογλου και Νικόλαο Νικολάου για την συµβολή τους στην πραγµατοποίηση του τεχνικού µέρους αυτής της εργασίας. Ευχαριστώ επίσης τους πανεπιστηµιακούς δασκάλους µου κύριους καθηγητές Jean Claude Kaqueler (Πανεπιστήµιο Paris V), Alain Trevelo (Πανεπιστήµιο Paris VII), και Michel Degrange (Πανεπιστήµιο Paris V) για όσα µου προσέφεραν κατά την διάρκεια των µεταπτυχιακών σπουδών µου και κυρίως για την ενθάρρυνσή τους. Νιώθω ακόµα την ανάγκη να εκφράσω την ευγνωµοσύνη µου και τις ευχαριστίες µου προς την κυρία Μαρία Μποσινάκου, ιευθύντρια του Γναθουχειρουργικού Τµήµατος του Ιπποκρατείου Νοσοκοµείου Αθηνών για την αγάπη της και την ηθική υποστήριξη που µου παρείχε σ αυτή την προσπάθεια. Τέλος θέλω να αφιερώσω αυτή την εργασία σ αυτούς που µου είναι οι πιο πολύτιµοι στη ζωή: Στο σύζυγό µου Νίκο. Στο γιο µου Αριστείδη. Στους γονείς µου που έχω την τύχη να τους έχω ακόµα κοντά µου. Αθήνα, εκέµβριος

6 5

7 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σελίδα ΠΕΡΙΛΗΨΗ 7 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 11 ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 18 Οδοντιατρικά κεραµικά και ολοκεραµικές αποκαταστάσεις 19 Συγκόλληση 36 Συγκόλληση στα µέταλλα και τα κεραµικά 69 Βασικές αρχές µεθοδολογίας µέτρησης 92 ΕΙ ΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 96 Υλικά και Μέθοδος 98 Αποτελέσµατα 109 Συζήτηση και Συµπεράσµατα 156 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 166 6

8 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Τα ολοκεραµικά συστήµατα, εξαιτίας της βιοσυµβατότητας, των αισθητικών ιδιοτήτων και της αυξηµένης µηχανικής αντοχής τους, έχουν γίνει ιδιαίτερα δηµοφιλή. Έχει αποδειχθεί ότι η συγκόλλησή τους στους οδοντικούς ιστούς µε ρητινώδεις κονίες συµβάλλει στην καλύτερη συγκράτηση και την αύξηση της µηχανικής αντοχής τους. Μεταξύ των πολλών κεραµικών που εµφανίστηκαν τις δύο τελευταίες δεκαετίες, τα συστήµατα Empress και In Ceram είναι από τα πιο γνωστά και ευρέως χρησιµοποιούµενα στην κλινική πράξη και αποτελούν το αντικείµενο αυτής της µελέτης. Σκοπός: Η εργασία αυτή είχε στόχο τη µελέτη της αντοχής στη διάτµηση του δεσµού των παραπάνω κεραµικών µε µία ρητινώδη κονία τύπου Bis- GMA. Για ένα δεδοµένο κεραµικό και µία δεδοµένη κονία, καθοριστικό ρόλο παίζει η κατεργασία της προς συγκόλληση επιφάνειας. Η υπόθεση της µελέτης ήταν ότι χρησιµοποιώντας µία δεδοµένη κονία, η βέλτιστη κατεργασία για το κάθε κεραµικό θα έχει σαν αποτέλεσµα την µέγιστη δυνατή αντοχή του δεσµού κεραµικού-κονίας. Βέλτιστη θεωρήθηκε η κατεργασία που παρέχει µικροµηχανική συγκράτηση και ευνοϊκή για τη συγκόλληση σύσταση. Υλικά και µέθοδοι: Κατασκευάστηκαν δεκαέξι δοκίµια, οκτώ από κάθε κεραµικό, σε σχήµα δίσκου. ύο δείγµατα από κάθε σύστηµα, χωρισµένα σε περιοχές, χρησιµοποιήθηκαν για την µελέτη της επιφάνειας µετά από τις παρακάτω κατεργασίες: Αµµοβολή µε κόκκους αλουµίνας 50 µm, αδροποίηση µε HF, συνδυασµό αµµοβολής (αλουµίνα 50 µm) µε αδροποίηση και αµµοβολή µε το σύστηµα Rocatec. Για τη µελέτη της επιφάνειας χρησιµοποιήθηκαν οπτικό µικροσκόπιο, προφιλόµετρο και ηλεκτρονικό µικροσκόπιο σάρωσης. Μετά την επιλογή της καταλληλότερης κατεργασίας για κάθε κεραµικό έξι δοκίµια από κάθε σύστηµα εγκιβωτίστηκαν σε κυλίνδρους ακρυλικής ρητίνης και συγκολλήθηκαν µε κυλίνδρους σύνθετης ρητίνης, χρησιµοποιώντας την ρητινώδη κονία τύπου Bis-GMA Variolink. Τα δοκίµια, αφού παρέµειναν στο νερό για µία εβδοµάδα σε θερµοκρασία περιβάλλοντος, τοποθετήθηκαν σε ειδική διάταξη για την δοκιµασία διατµητικής αποκόλλησης. Μετά την αποκόλληση, ο τύπος της θραύσης µελετήθηκε σε video µικροσκόπιο. Για τη 7

9 στατιστική ανάλυση των αποτελεσµάτων χρησιµοποιήθηκαν ANOVA, Student s t-test και Tukey test πολλαπλών συγκρίσεων. Αποτελέσµατα: Η µελέτη της επιφάνειας έδειξε ότι, µε βάση την µορφολογία και τη σύσταση, οι καταλληλότερες κατεργασίες ήταν η αδροποίηση µε HF για το Empress και η αµµοβολή µε το σύστηµα Rocatec για το In Ceram. Η αντοχή στη διατµητική αποκόλληση δεν έδειξε στατιστικά σηµαντική διαφορά για τα δύο κεραµικά. Οι µετρηθείσες τιµές ήταν 15,65 ± 1,65 MPa για το Empress και 14,99 ± 2,92 MPa για το In Ceram. Ο τύπος της θραύσης για το In Ceram ήταν µικτός: συναπτικός και συνεκτικός στη σύνθετη ρητίνη. Στο Empress η θραύση ήταν συνεκτικού και µικτού τύπου: Συναπτικός, συνεκτικός στη σύνθετη ρητίνη και στο κεραµικό. Συµπέρασµα: Κάτω από τους περιορισµούς της συγκεκριµένης εργασίας φάνηκε ότι χρησιµοποιώντας τη βέλτιστη κατεργασία για τα δύο κεραµικά και την ίδια κονία, η αντοχή του δεσµού κεραµικού-κονίας δεν εµφανίζει στατιστικά σηµαντική διαφορά για τα δύο κεραµικά. 8

10 ABSTRACT The all-ceramic systems have become very popular, because of their biocompatibility, their aesthetic and mechanical properties. It has been proven that their bonding to the dental tissues with adhesive luting resin cements contributes to a better retention and to the increase of their mechanical strength. Among the numerous all-ceramic systems that appeared during the last two decades, Empress and In Ceram are the most widely used in clinical practice. They constitute the subject of the present study. Purpose: This study attempted to determine the shear bond strength of Bis-GMA type dual cured resin cement to Empress and In Ceram surfaces. For given ceramic and resin cement, the surface treatment is a critical factor for a successful bonding. The hypothesis of this work was that the optimal surface treatment for each ceramic system leads to the best ceramic-resin cement bond. A treatment is considered as optimal if it provides a mechanical retention and a composition favorable for bonding. Μaterial and Methods: Sixteen ceramic disks were fabricated, eight for each of the two ceramic systems. Two samples from each system, separated in distinct areas, have been used for surface characterization after the following treatments: sandblasting with 50 µm alumina grit, etching with HF, combination of sandblasting (with 50 µm alumina grit) and etching with HF and finally, sandblasting with a tribochemical silica coating system. Surface characterization was performed with optical microscopy, profilometry and scanning electron microscopy. The results of surface characterization lead to the choice of the most suitable treatment for each ceramic system, which was used for the shear bond strength tests. More precisely, six samples from each ceramic were aligned in autocuring acrylic resin cylinders and bonded to composite resin cylinders with the Variolink adhesive luting cement. These samples were stored for a week in water at 37 C and introduced in a specific apparatus for the shear strength tests. After debonding, fractured interfaces on ceramics samples were examined with a video microscope. Statistical analyses of test 9

11 results, were done with ANOVA, Student t-test and Tukey test (multiple paired comparison test) Results: The study of the surface morphology showed that the most suitable treatments were etching with HF for Empress and sandblasting with a silica coating system for In Ceram. With these treatments, the shear bond strength did not reveal a statistically significant difference between the two systems. The obtained values were 15,65 ± 1,65 MPa for Empress and 14,99 ± 2,92 MPa for In Ceram. The failure mode was mixed for In Ceram (adhesive and cohesive in composite resin). Cohesive and mixed failure occurred for Empress (adhesive and cohesive in composite resin, cohesive in the ceramic core). Conclusion: Within the limitations of the present study, it can be concluded that using the most suitable treatment for each ceramic system and the same adhesive luting cement, the shear bond strength of the ceramic to resin cement did not show a statistically significant difference. 10

12 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα κεραµικά, εξαιτίας των οπτικών και χηµικών ιδιοτήτων τους, καταλαµβάνουν µία ολοένα και πιο σηµαντική θέση στην Οδοντιατρική. Χρησιµοποιούνται στην εµφυτευµατολογία, την ορθοδοντική, στη χειρουργική του περιοδοντίου και κυρίως στην προσθετική. Οι πρώτες προσθετικές εργασίες από κεραµικά κατασκευάστηκαν και χρησιµοποιήθηκαν στο Παρίσι στο τέλος του 18 ου αιώνα και έγιναν γνωστές από τον οδοντίατρο Nicolas Dubois de Chément και τον φαρµακοποιό Alexis Duchateau, που τις παρασκεύασαν στην κεραµοποιία των Σεβρών. Συχνά, για τα οδοντιατρικά κεραµικά χρησιµοποιείται ο όρος πορσελάνες. Στην ακίνητη προσθετική, τα κεραµικά υλικά χρησιµοποιούνται είτε για την επένδυση µεταλλικών σκελετών και την κατασκευή µεταλλοκεραµικών αποκαταστάσεων, είτε για την κατασκευή εξολοκλήρου κεραµικών (ολοκεραµικών) αποκαταστάσεων. Τα κεραµικά που επενδύουν µεταλλικούς σκελετούς διακρίνονται στην αδιαφανή πορσελάνη (opaque), το σώµα (πορσελάνη οδοντίνης), την πορσελάνη αδαµαντίνης και την διαφάνεια. Η χαµηλή αντοχή στην κάµψη που εµφανίζουν τα συµβατικά κεραµικά του αστρίου (60-70 MPa) είναι ο κύριος λόγος της ανάγκης ενίσχυσής τους µε µεταλλικό σκελετό. Τα πρώτα µεταλλοκεραµικά συστήµατα έκαναν την εµφάνισή τους στο τέλος της δεκαετίας του 1950 [Mc Lean 2001, Weinstein και συν 1962] και περιλάµβαναν όπτηση της πορσελάνης σε κενό αέρα και συγκόλλησή της σε µεταλλικό σκελετό από κράµατα χρυσού. Στη συνέχεια χρησιµοποιήθηκαν και άλλα κράµατα, ηµιπολύτιµα και µη πολύτιµα, µε σκοπό την αύξηση της µηχανικής αντοχής και τη µείωση του κόστους. Τα γενικά προβλήµατα των µεταλλοκεραµικών είναι συνοπτικά τα ακόλουθα: 1). Η ανακλαστικότητα των µετάλλων µειώνει την ηµιδιαφάνεια των αισθητικών κεραµικών [Scott & Catapano 1955]. 2) Οι διαφορετικές φυσικοχηµικές ιδιότητες µετάλλου-κεραµικού µπορούν να οδηγήσουν σε θραύση της πορσελάνης [Scott & Catapano 1955, Preston 1984]. 3). Όταν χρησιµοποιούνται µη πολύτιµα κράµατα, τότε προϊόντα διάβρωσης είναι δυνατόν να εναποτεθούν στη περιοχή των ούλων, γύρω από τον αυχένα της στεφάνης και να προκαλέσουν αποχρωµατισµό. Είναι πολύ συχνή η 11

13 εµφάνιση µίας γκρίζας γραµµής στα ούλα, αντίστοιχα προς τον αυχένα της στεφάνης [Wall & Cipra 1992, Koutayas & Kern 1999, Takeda και συν 1996]. 4). Η σκληρότητα των µεταλλοκεραµικών αποκαταστάσεων είναι µεγαλύτερη απ αυτή της αδαµαντίνης του οδοντικού φραγµού, µε αποτέλεσµα την αποτριβή των ανταγωνιστών [Lawn και συν 2001]. Τα µεταλλοκεραµικά, παρά τα µειονεκτήµατα τους, γνώρισαν παγκόσµια αποδοχή και χρησιµοποιούνται µέχρι σήµερα µε επιτυχία στην ακίνητη προσθετική, κυρίως σε πολλαπλές αποκαταστάσεις. [Mc Lean 2001]. Όταν πρόκειται για µονές αποκαταστάσεις δοντιών στην πρόσθια περιοχή του στόµατος, όπου η αισθητική είναι πρωταρχικής σηµασίας, οι ολοκεραµικές στεφάνες αποτελούν την καλύτερη επιλογή. Υπάρχουν όµως και εδώ περιορισµοί που σχετίζονται µε τις απαιτήσεις του ασθενή, τις συνήθειες του, τη συνολική κατάσταση του στόµατος όπως και µε τη γνώση και την εµπειρία του κλινικού [Wall & Cipra 1992]. Στα µέσα περίπου της δεκαετίας του 1960 κατασκευάστηκαν οι πρώτες ολοκεραµικές στεφάνες (Jacket) από τους Mc Lean και Hughes [Mc Lean και Hughes 1965]. Ήταν επίσης η πρώτη φορά που χρησιµοποιήθηκε αλουµίνα για την ενίσχυση του σώµατος της πορσελάνης. Αν και υπήρξε βελτίωση της αισθητικής και της αντοχής στην κάµψη ( MPa), δεν έτυχαν ευρείας χρήσης [Mc Lean 2001]. Η εφαρµογή των στεφανών τύπου Jacket δεν ήταν ικανοποιητική στα όρια µε αποτέλεσµα την δηµιουργία κενού, την µείωση της αντοχής και τη θραύση των στεφανών. Η πρόοδος της τεχνολογίας και διαρκώς αυξανόµενη απαίτηση για αισθητική οδήγησε στην εξέλιξη των υλικών και τη δηµιουργία νέων κεραµικών συστηµάτων µε σκοπό την δηµιουργία στεφανών για αποκατάσταση προσθίων κυρίως δοντιών, αλλά και οπισθίων. Αυτά τα νέα κεραµικά διαφέρουν τόσο στη σύσταση όσο και στην τεχνική κατασκευής τους σε σχέση µε τη στεφάνη Jacket. Το 1968, ο Mc Culloch ήταν ο πρώτος που περιέγραψε τεχνικές κατασκευής υαλοκεραµικών στεφανών, χωρίς όµως την ανάλογη απήχηση [Mc Lean 2001]. Στις αρχές της δεκαετίας του 80 ένα διαφορετικό υαλοκεραµικό µε την εµπορική ονοµασία Dicor (Dentsply International and Corning Glass Works) [Grossman 1993] έκανε την εµφάνισή του. Αποτελείται από κρυστάλλους τετραπυριτικής φθοριούχου µίκας (K.Mg 2.5Si 4.O 10.F 2 ), 12

14 διασκορπισµένους σε υαλώδη µήτρα. Εξασφαλίζει πολύ καλό αισθητικό αποτέλεσµα, ιδιαίτερα όταν πρέπει να αποδοθεί ηµιδιαφάνεια, εµφανίζει όµως µικρή αντοχή στην κάµψη ( MPa) [Giordano και συν 1995, Wall & Cipra 1992, Tinschert και συν 2000], ενώ δεν έχει αντιµετωπιστεί το πρόβληµα της συρρίκνωσης. Οι κλινικές µελέτες επιβεβαιώνουν τις παραπάνω ιδιότητες. Συγκεκριµένα, πρόσφατες µελέτες [Malament & Socransky 1999, Sjogren και συν 1999, Scherrer και συν 2001, Erpenstein και συν 2000] έδειξαν ότι τα ποσοστά επιτυχίας στις ολικές στεφάνες ήταν µικρά (70-80%), ενώ στα ένθετα και τις στεφάνες µερικής επικάλυψης ήταν µεγαλύτερο (90%). Σαν συνέπεια, το Dicor χρησιµοποιήθηκε κυρίως για τους τελευταίους αυτούς τύπους αποκαταστάσεων. Σχεδόν την ίδια περίοδο (1985) εµφανίστηκε ένα άλλο υαλοκεραµικό µε την εµπορική ονοµασία Cerapearl (Apatit-Keramik) από τους Hobo και Iwata [Hobo & Iwata 1986α, Hobo & Iwata 1986β]. Η σύνθεσή του και ο τρόπος κατασκευής του, του προσδίδουν οπτικές ιδιότητες ίδιες µε τα φυσικά δόντια. Ελάχιστες κλινικές έρευνες αναφέρονται σε αυτό [Banks 1990, Nohara και συν 1991] και αναδεικνύουν τις ασθενείς µηχανικές του ιδιότητες. Σήµερα δεν χρησιµοποιείται. Η ανάγκη για βελτίωση της µηχανικής αντοχής οδήγησε στην ανάπτυξη και άλλων συστηµάτων µε σκοπό την αντικατάσταση του µεταλλικού σκελετού από ενισχυµένα κεραµικά υλικά, πάνω στα οποία επενδύονται οι συνήθεις αισθητικές πορσελάνες. Το Cerestore (Johnson and Johnson Care Co) από τους Riley και Sozio [Sozio & Riley 1977] και το Hi Ceram (Vita Zahnfabrik, Bad Sackingen) από τους Southan και Bruggers [Southan και Jorgensen 1972] ανήκουν στην κατηγορία αυτή. Κλινικές και εργαστηριακές µελέτες ανέδειξαν χαµηλές µηχανικές ιδιότητες για τα συστήµατα αυτά [Scherrer και συν 2001, Castellanι και συν 1994, Knellsen 1985, Postaire & Rignon-Bret 1985]. Το Optec (Jeneric, Wallingford) [Jeneric/Pentron Inc 1998] είναι ένα άλλο ολοκεραµικό σύστηµα ενισχυµένο µε κρυστάλλους λευκίτη, το οποίο χρησιµοποιήθηκε κυρίως για τη κατασκευή ένθετων. Υπάρχουν λίγα κλινικά και εργαστηριακά δεδοµένα [Banks 1990, Castellani και συν 1994]. Σε µία κλινική έρευνα που ολοκληρώθηκε το 1996 στη Σουηδία, φαίνεται ότι οι ένθετες αποκαταστάσεις Optec εµφανίζουν µεγάλο 13

15 ποσοστό θραύσης και προβλήµατα αποχρωµατισµού στα αυχενικά όρια [Molin & Karlsson 2002]. To 1985 ο Sadoun, µε την τεχνική Slip Casting [Ferrari & Sadoun 1995, Mc Culloch 1986, Sadoun & Degrange 1987], κατασκεύασε ένα κεραµικό σύστηµα, γνωστό µε την εµπορική ονοµασία In Ceram (Vita Zahnfabrik, Bad Sackingen). Έχει µεγάλη περιεκτικότητα σε αλουµίνα (85%) και χρησιµοποιείται για την κατασκευή καλύπτρας, επάνω στην οποία γίνεται όπτηση αισθητικών κεραµικών µαζών. Εξασφαλίζει υψηλή αντοχή στην κάµψη, που σε ορισµένες περιπτώσεις ξεπερνά τα 500 MPa [Zeng και συν 1996], δεν απαιτεί ιδιαίτερο εξοπλισµό στο οδοντιατρείο και δεν εµφανίζει προβλήµατα συρρίκνωσης, όπως συµβαίνει στις κλασικές πορσελάνες. Οι κλινικές µελέτες έδειξαν ότι το In Ceram παρουσιάζει υψηλά ποσοστά επιτυχίας στις πρόσθιες και οπίσθιες στεφάνες [Mc Lean 2001, Mc Culloch 1986, Kern & Strub 1998, Probster & Diehl 1992, Probster 1993, Scott & Catapano 1995, Probster 1996], σύµφωνα δε µε ορισµένες εργασίες, επίσης σε µικρές πρόσθιες γέφυρες τριών τεµαχίων [Sorensen και συν 1998]. Αργότερα εµφανίστηκαν δύο παραλλαγές του, µε σκοπό την βελτίωση κάποιων ιδιοτήτων του: το In Ceram Spinell και το In Ceram Zirconia [Derand P & Derand 2000]. Στο In Ceram Spinell έχουν προστεθεί οξείδια Μαγνησίου (MgAl 2 O 4 ), τα οποία βελτιώνουν τις οπτικές ιδιότητες, ενώ οι µηχανικές του ιδιότητες είναι ασθενέστερες του In Ceram. Προτείνεται για πρόσθιες στεφάνες. Στο In Ceram Zirconia (Αλουµίνα 67% κατά βάρος), ένα µέρος της αλουµίνας έχει αντικατασταθεί από οξείδια Ζιρκονίου και είναι µηχανικά ισχυρότερο από το In Ceram. Θεωρείται κατάλληλο για στεφάνες σε οπίσθια δόντια. Το 1991 κυκλοφόρησε ένα άλλο κεραµικό σύστηµα, γνωστό µε το όνοµα IPS Empress (Ivoclar, Schaan, Lichtenstein). Κατασκευάστηκε από τον Wohlwend στο Πανεπιστήµιο της Ζυρίχης [Wohlwend 1987]. Είναι κεραµικό αστρίου, µε µία υαλώδη µήτρα και µεγάλη περιεκτικότητα σε κρυστάλλους λευκίτη. Το µέγεθος των κρυστάλλων αυξάνει µε µία διαδικασία ελεγχόµενης κρυστάλλωσης, που ενεργοποιείται µε κατάλληλη όπτηση. Στην τεχνική κατασκευής του µε πίεση εν θερµώ οφείλεται και η απουσία συρρίκνωσης [Dong και συν 2001, Nakamoto και συν 1996]. Η αντοχή στη κάµψη φτάνει 14

16 τα 180 MPa, ενώ η αισθητική απόδοση και εφαρµογή είναι συχνά ανώτερη του In Ceram [Uctasli και συν 1996, Fanuscu & Sorensen 1992, Sulaiman και συν 1997, Petteno και συν 2000]. Επίσης οι κλινικές µελέτες έδειξαν ότι είναι αξιόπιστο για τη κατασκευή πρόσθιων ολικών στεφανών, στεφανών µερικής επικάλυψης, ένθετων και όψεων [Dong και συν 2001, Uctasli και συν 1996, Sorensen και συν 1998, Lehner και συν 1997, Fradeani & Aquilano 1997, Fradeani και συν 1997, Fradeanι 1998, Sjogren και συν 1999]. Οι µηχανικές και φυσικές ιδιότητες, όπως και η µακροχρόνια κλινική επιτυχία των κεραµικών συστηµάτων In Ceram και Empress οδήγησε στη ταχεία διάδοση και χρησιµοποίησή τους στη καθηµερινή κλινική πράξη από µεγάλο αριθµό οδοντιάτρων σ όλο τον κόσµο. Την τελευταία δεκαετία εµφανίστηκαν συστήµατα µε τα οποία κατασκευάζεται κατευθείαν η προσθετική εργασία από ένα προκατασκευασµένο βιοµηχανικά κοµµάτι πορσελάνης, χωρίς να µεσολαβεί η αποτύπωση και κατασκευή εκµαγείου και κέρινου προπλάσµατος. Η συλλογή των πληροφοριών που αφορούν το παρασκευασµένο δόντι γίνεται µε ειδική κάµερα και ανιχνευτή και ακολουθεί επεξεργασία από ηλεκτρονικό υπολογιστή. Αυτά τα συστήµατα αναφέρονται ως συστήµατα CAD/CAM (Computer-Aided-Design / Computer-Aided-Machinery) και οι γνωστότεροι αντιπρόσωποί τους είναι τα Cerec (Siemens, Bensheim), Duret (Sopha, Lyon), Celay (Mikrona, Spreichenbach), Denti Cad (Bego, Bremen) [Καφούσιας και συν 1994α, Duret 1993, Martin & Jedynakiewicz 1999]. Τα µειονεκτήµατα που αναφέρονται είναι αφ ενός µεν το µεγάλο κόστος εξοπλισµού, αφ ετέρου η µη πλήρως τεκµηριωµένη κλινική τους επιτυχία. Για τα συστήµατα αυτά έχουν αναφερθεί κλινικά προβλήµατα που σχετίζονται µε διαλυτοποίηση της κονίας, αυχενική ευαισθησία και θραύση [Duret 1993, Martin & Jedynakiewicz 1999]. Στην ίδια κατηγορία θεωρείται ότι ανήκει ένα νέο σύστηµα που κυκλοφορεί µε την εµπορική ονοµασία Procera all-ceramic (Procera-Sandvik, Stockholm) που περιγράφηκε από τους Andersson και Oden [Mc Lean 2001, Andersson & Oden 1993]. Κατασκευάζεται από συµπιεσµένη σκόνη αλουµίνας υψηλής καθαρότητας, άνω του 99,9%, και παρέχει τη δυνατότητα αντικατάστασης του µεταλλικού σκελετού και στήριξης της αισθητικής πορσελάνης. Οι διαφορετικές δοκιµασίες της αντοχής στη 15

17 κάµψη έδωσαν τιµές της τάξης των 600 MPa, που υπερέχουν σε σχέση µε τα άλλα ολοκεραµικά, ενώ µόνο το In Ceram τις πλησιάζει [Wagner & Chu 1996, Zeng και συν 1996]. Εκτός από την απαίτηση για ειδικό εξοπλισµό, στο Procera ο έλεγχος του τελικού χρώµατος παρουσιάζει ακόµη προβλήµατα. Επιπλέον, κατά την όπτηση το Procera παρουσιάζει συρρίκνωση, γεγονός που αποτελεί ένα ακόµη πρόβληµα στο σχεδιασµό του. Πρόσφατα εµφανίστηκε µία καινούργια κατηγορία κεραµικών συστηµάτων, που αποτελούνται από οξείδια Ζιρκονίου (ZrO 2 ). Εξαιτίας της σύστασής τους παρουσιάζουν ιδιαίτερα αυξηµένη µηχανική αντοχή. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν τα συστήµατα Cercon (Dentsply, Amherst, NY), Lava (3M ESPE), Procera AllZircon (NobelBiocare) και DCS (Dental AG Allschwill, Switzerland) [Blatz και συν 2003]. Τα συστήµατα αυτά αποτελούνται από οξείδια Ζιρκονίου, µε προσθήκη οξείδιο του Υττρίου (Υ 2 Ο 3 ) κάτω από 3% κατά βάρος. Έχει αποδειχθεί ότι παρουσιάζουν αυξηµένη αντοχή στον εφελκυσµό. Η παρούσα εργασία εντάσσεται στην έρευνα των συνθηκών που βελτιστοποιούν τη µηχανική αντοχή των ολοκεραµικών συστηµάτων In Ceram και Empress, που είναι από τα πλέον διαδεδοµένα στην κλινική πράξη. Έχει αποδειχθεί από εργαστηριακές και κλινικές µελέτες ότι τα υλικά συγκόλλησης επηρεάζουν τη µηχανική αντοχή των ολοκεραµικών συστηµάτων και παίζουν σηµαντικό ρόλο στη κλινική τους συµπεριφορά Groten & Probster 1997, Knobloch & Kerby 2000]. Για δεδοµένο ολοκεραµικό και δεδοµένο συγκολλητικό, ο κρίσιµος παράγοντας για την αλληλεπίδρασή τους είναι η δοµή και µορφολογία της επιφάνειας του πρώτου. Αυτή εξαρτάται από την συγκολλητική κατεργασία [Madani και συν 2000, Shahverdi και συν 1998]. ύο είναι τα ζητούµενα χαρακτηριστικά της επιφάνειας: αφενός µία µορφολογία που να ευνοεί τη µικροµηχανική συγκράτηση και αφετέρου µία κατεργασία που να ευνοεί τη δηµιουργία φυσικοχηµικών δεσµών µε το συγκολλητικό σύστηµα. Σκοπός ήταν η µελέτη της αντοχής του συγκολλητικού δεσµού και η συσχέτισή της µε τα χαρακτηριστικά της επιφανειακής κατεργασίας του κεραµικού, τόσο ως προς τη µορφολογία, όσο και ως προς τη σύσταση. Οι επιφανειακές κατεργασίες που επιλέχθηκαν για την προεργασία των προς 16

18 συγκόλληση κεραµικών επιφανειών ήταν αµµοβολή, αδροποίηση, συνδυασµός των δύο κατεργασιών καθώς και αµµοβολή µε το τριβοχηµικό σύστηµα Rocatec. Με βάση τα µικροµορφολογικά χαρακτηριστικά και τις µεταβολές στη σύσταση των επιφανειακών κατεργασιών των κεραµικών, επιλέχθηκε η βέλτιστη κατεργασία και χρησιµοποιήθηκε για την µελέτη της αντοχής στην αποκόλληση των κεραµικών από την ρητινώδη κονία. Η υπόθεση στην οποία στηρίζεται η παρούσα εργασία είναι ότι η αντοχή της συγκόλλησης επηρεάζεται από την κατεργασία της επιφάνειας και την κονία. Η χρησιµοποίηση της βέλτιστης για το κάθε κεραµικό κατεργασίας, σε συνδυασµό µε τη χρησιµοποίηση της ίδιας κονίας, δίνει αποτελέσµατα άµεσα συγκρίσιµα για τα δύο υλικά. Η εργασία χωρίζεται σε δύο ενότητες: Το Γενικό Μέρος και το Ειδικό Μέρος. Το Γενικό Μέρος περιλαµβάνει τέσσερα κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο περιγράφονται η δοµή, οι ιδιότητες και η ταξινόµηση των διαφόρων κεραµικών συστηµάτων. Το δεύτερο κεφάλαιο αναφέρεται στη συγκόλληση. Ειδικότερα περιγράφονται η φύση και οι ιδιότητες του συγκολλητικού παράγοντα, οι µηχανισµοί συγκόλλησης και η ταξινόµηση των κονιών. Το τρίτο κεφάλαιο αναφέρεται στη συγκόλληση µετάλλων και κεραµικών µε ρητινώδεις κονίες, ενώ στο τέταρτο περιγράφονται βασικές αρχές µεθοδολογίας µέτρησης. Στο Ειδικό Μέρος περιγράφονται ο σκοπός, τα υλικά και οι µέθοδοι που χρησιµοποιήθηκαν στην παρούσα µελέτη, τα αποτελέσµατα των πειραµατικών δοκιµασιών, η συζήτηση και τα συµπεράσµατα. 17

19 ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 18

20 1. Ο ΟΝΤΙΑΤΡΙΚΑ ΚΕΡΑΜΙΚΑ ΚΑΙ ΟΛΟΚΕΡΑΜΙΚΕΣ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ 1.1. ΟΡΙΣΜΟΣ Για τα κεραµικά που χρησιµοποιούνται γενικά στην Οδοντιατρική, µπορεί να δοθεί ο παρακάτω ορισµός: Είναι ανόργανα υλικά που αποτελούνται από οξείδια τα οποία µορφοποιούνται και στερεοποιούνται µε θερµική κατεργασία σε υψηλή θερµοκρασία και των οποίων η µικροδοµή είναι διφασική (κρυσταλλική-υαλώδης φάση) [Ogolnik & Picard 1982]. Σε ατοµικό επίπεδο χαρακτηρίζονται από ισχυρούς χηµικούς δεσµούς (οµοιοπολικούς-ιοντικούς), στοιχείο που τους προσδίδει χηµική σταθερότητα ως προς το περιβάλλον και εποµένως επηρεάζει θετικά την βιοσυµβατότητα και τις οπτικές τους ιδιότητες [Sadoun & Degrange 1986]. Σε µηχανικό επίπεδο είναι γενικά εύθραυστα, χωρίς ενδιάµεση πλαστική παραµόρφωση ΣΥΝΘΕΣΗ Σύµφωνα µε την παλιά ταξινόµηση τα κλασικά κεραµικά κατατάσσονται ανάλογα µε το σηµείο τήξης τους, όπως φαίνεται στον Πίνακα 1 [Sadoun & Degrange 1986]. Τα κεραµικά υψηλού σηµείου τήξης χρησιµοποιούνται στα προκατασκευασµένα δόντια της κινητής προσθετικής. Τα κεραµικά µέσου σηµείου τήξης χρησιµοποιούνται για την κατασκευή στεφανών jacket. Τα κεραµικά χαµηλού σηµείου τήξης χρησιµοποιούνται για τη επένδυση των µεταλλικών σκελετών στις µεταλλοκεραµικές αποκαταστάσεις. Μπορούµε να πούµε ότι τα κεραµικά αποτελούνται από τριών ειδών οξείδια: 1. Τα κύρια οξείδια, που είναι το SiO 2 (60-70%) και Al 2 O 3 (15-18%), βασικά συστατικά της κρυσταλλικής και υαλώδους φάσης. 2. Από τροποποιητικά οξείδια (K 2 O, Na 2 O, Li 2 O, BaO, CaO, MgO), που επιδρούν στις φυσικές ιδιότητες της υαλώδους φάσης (π.χ. σηµείο τήξης, συντελεστής θερµικής διαστολής), και διευκολύνουν και την ανάπτυξη της κρυσταλλικής φάσης. 19

21 3. Σε ελάχιστη ποσότητα υπάρχουν άλλα οξείδια, όπως οι χρωστικές (TiO 2 Fe 2 O 3, κ.λ.π.), τα αρτύµατα κράσης (B 2 O 3 ), και αυτά που προσδίδουν αδιαφάνεια (SnO 2, ZrO 2 ) [Sadoun & Degrange 1986]. ΠΙΝΑΚΑΣ 1. Ταξινόµηση των κεραµικών ανάλογα µε το σηµείο τήξης τους (από Sadoun, Degrange 1986). Κεραµικά Κεραµικά Κεραµικά υψηλού µέσου χαµηλού σηµείου τήξης Συστατικά σηµείου σηµείου Αδιαφανή για Ηµιδιαφανή για (% κ.β.) τήξης τήξης µεταλλοκεραµική µεταλλοκεραµική ( C) ( C) (980 0 C) (960 0 C) SiO Al 2 O CaO 1.0 Na 2 O K 2 O B 2 O ZnO 0.2 TiO ZrO SnO ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ-ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗ Περιλαµβάνει γενικά πέντε στάδια [Ogolnik & Picard 1982, Sadoun & Degrange 1986, Μπρέµπου 1984]: Ανάµιξη σκόνης και νερού και τοποθέτηση στο κολόβωµα η το σκελετό. Συµπύκνωση. Γίνεται µε ελαφρά δόνηση και αφαίρεση του υγρού µε απορροφητικό χαρτί. Όπτηση, που περιλαµβάνει το στέγνωµα και την κυρίως όπτηση. Το στέγνωµα γίνεται σε χαµηλή θερµοκρασία και µε τον κλίβανο ανοιχτό. Η όπτηση, σε προοδευτικά αυξανόµενη θερµοκρασία, έχει ως αποτέλεσµα την εξοµάλυνση της επιφάνειας των κόκκων της κρυσταλλικής φάσης, τη µείωση 20

22 των κενών και την λήψη µίας οµαλής επιφάνειας. Σηµαντικό µειονέκτηµα είναι η γραµµική συρρίκνωση κατά 11-15% και η κατ όγκο συρρίκνωση κατά 30-38% των υλικών µετά την όπτηση. Ψύξη, που πρέπει να γίνεται προοδευτικά και έχει ιδιαίτερη σηµασία για την αποφυγή της δηµιουργίας τάσεων. Τα εξωτερικά στρώµατα ψύχονται πρώτα, ενώ ο πυρήνας είναι ακόµα θερµός. Σε περίπτωση απότοµης ψύξης, η µεγάλη διαφορά θερµοκρασίας µεταξύ της εξωτερικής και της εσωτερικής επιφάνειας του υλικού έχει ως αποτέλεσµα την άσκηση τάσεων στα εξωτερικά στρώµατα και το ξεφλούδισµα της πορσελάνης η την πρόκληση ρωγµών. Ακόµη, η αργή ψύξη παρέχει τον απαραίτητο χρόνο και τη θερµική ενέργεια για τη δηµιουργία της κρυσταλλικής φάσης, η οποία ενισχύει τις µηχανικές ιδιότητες του υλικού. Αντίθετα, η απότοµη ψύξη ευνοεί την υαλώδη φάση, αυξάνοντας την ευθραυστότητα του υλικού. Υαλοποίηση, απαραίτητη για το κλείσιµο των πόρων η των ρωγµών και την εξασφάλιση λείας και γυαλιστερής επιφάνειας ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ Οι ιδιότητες των κεραµικών όπως οι µηχανικές, φυσικές, οπτικές, χηµικές, εξαρτώνται από τη χηµική φύση του υλικού και τη µικροδοµή του ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΣΥΜΦΩΝΑ ΜΕ ΤΗ ΧΗΜΙΚΗ ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΥΛΙΚΟΥ α) Κεραµικά-πορσελάνες αστρίου. Οι πορσελάνες αστρίου παλαιάς γενιάς χρησιµοποιούνται αποκλειστικά στη µεταλλοκεραµική για την επίστρωση του µεταλλικού σκελετού. Η καινούργια γενιά περιλαµβάνει υλικά µε υψηλή περιεκτικότητα σε λευκίτη και χρησιµοποιούνται στην κατασκευή ολοκεραµικών αποκαταστάσεων. Στην κατηγορία αυτή ανήκει το IPS- Empress (Ivoclar) [Beham 1990] και το Optec (Jeneric) [Jeneric/Pentron Inc1998]. Χηµικά ο άστριος είναι ένυδρο άλας πυριτικού αργιλίου και στη φύση βρίσκεται µε τη µορφή ενώσεων µε κάλιο, νάτριο η ασβέστιο. Υπάρχουν τέσσερις τύποι µε βάση τη σύνθεσή του [Καφούσιας και συν 1994α]. Λευκίτης η ορθόκλαστο, µε κάλιο (K 2 OAl 2 O 3.6SiO 2 ). 21

23 Αλβίτης, µε νάτριο (Na 2 OAl 2 O 3.6SiO 2 ). Ανορθίτης, µε ασβέστιο (CaOAl 2 O 3.6SiO 2 ). Σποδοειδής, µε λίθιο (Li 2 OAl 2 O 3.6SiO 2 ). Η σύσταση των Empress και Optec συνοψίζεται στον Πίνακα 2 [Banks 1990]. ΠΙΝΑΚΑΣ 2. Κεραµικά Αστρίου Συστατικά % κ.β. SiO Al 2 O K 2 O Na 2 O EMPRESS CaO Ba 2 O 0-1 TiO BaO CeO OPTEC SiO 2 Al 2 O 3 K 2 O CaO Na 2 O B 2 O 3 Κρυσταλλική φάση: Λευκίτης [K 2 O. Al 2 O 3.4 SiO 2 ] Μέγεθος κόκκων 4µm β) Κεραµικά αλουµίνας: Με αυτά παρασκευάζεται ένας κεραµικός σκελετός, πάνω στον οποίο γίνεται όπτηση κλασικής αισθητικής πορσελάνης. Με άλλα λόγια, ο σκελετός αλουµίνας υποκαθιστά τον µεταλλικό σκελετό που υπάρχει στις µεταλλοκεραµικές αποκαταστάσεις. Αυτού του τύπου τα κεραµικά περιέχουν µεγάλο ποσοστό αλουµίνας µε σκοπό να βελτιώσουν τις µηχανικές ιδιότητες. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν, µε χρονολογική σειρά εµφάνισης, τα εξής σκευάσµατα: 22

24 Πορσελάνη αλουµίνας (στεφάνη Jacket, η πρώτη χωρίς µεταλλικό σκελετό) από τους McLean και Hughes, to 1965 (40% αλουµίνα κατά βάρος) [Ferrari & Sadoun 1995, Mc Lean & Hughes 1965, Mc Culloch 1986]. Η πορσελάνη Cerestore (Πίνακας 3) [Ogolnik & Picard 1982, Sadoun, M. and Degrange 1987] το 1983, από τους Riley και Sozio [Sozio, B. and Riley 1977], υπάρχει σε µορφή παστίλιας και πρεσάρεται σε ανθεκτικό γύψινο κολόβωµα. ΠΙΝΑΚΑΣ 3. Σύνθεση Cerestore και In Ceram Cerestore In Ceram Συστατικό % κ.β. Συστατικό % κ.β. Al 2 O 3 65 Al 2 O 3 85 MgO 8.5 La 2 O 3 9 BaO SiO 2 Al 2 O 3 13 SiO 2 4,5 Πλαστικοποιητές CaO 0,8 Ρητινώδης σιλικόνη 12 TiO 2 0,7 Κερί 2 Hi Ceram. Επίστρωση και όπτηση της κεραµικής µάζας σε πυρίµαχο κολόβωµα. In Ceram. Αποτελείται από αλουµίνα κατά 85% και µία υαλώδη φάση, η οποία διηθείται δευτερογενώς στην κρυσταλλική (πίνακας 3). γ) Κεραµικά Ζιρκονίας. Είναι µία καινούργια κατηγορία κεραµικών συστηµάτων που αποτελούνται από οξείδια ζιρκονίου (ZrO 2 ) [Blatz και συν 2003, Kern & Wegner 1998]. Εµφανίζουν µηχανική αντοχή µεγαλύτερη από αυτή των κεραµικών αλουµινίου, η οποία µπορεί να φτάσει τα 900 MPa. Τέτοια συστήµατα είναι: Cercon (DeguDent), Lava (3M ESPE), Procera AllZircon (NobelBiocare) και DCS (Dental AG) [Blatz και συν 2003]. Η καθαρή ζιρκονία έχει την ιδιότητα να αλλάζει κρυσταλλική δοµή από κυβική σε τετραγωνική και µονοκλινή µε την µεταβολή της θερµοκρασίας (από την όπτηση στην ψύξη). 23

25 Η προσθήκη στη ζιρκονία οξειδίου του υττρίου (Υ 2 Ο 3 ) σε συγκέντρωση κάτω του 3%, έχει ως αποτέλεσµα τη δηµιουργία µίας µικτής δοµής, η οποία αυξάνει την µηχανική αντοχή στη θραύση. Η ζιρκονία αυτή ονοµάζεται µερικώς σταθεροποιηµένη (YPSZ, Yttria Partially Stabilized Zirconia). Ενδείκνυται για την κατασκευή ενδορριζικών αξόνων, γεφυρών τριών τεµαχίων στα οπίσθια δόντια και για προσθετικές αποκαταστάσεις στην εµφυτευµατολογία. δ) Υαλοκεραµικά. Μορφοποιούνται σε υαλώδη φάση και στη συνέχεια γίνεται θερµική κατεργασία ελεγχόµενης κρυσταλλοποίησης, όπου χάνεται η διαφάνεια και αυξάνεται η µηχανική αντοχή. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν τα Dicor (Dentsply) από τους Adair και Grossmann [Grossman 1973] και Cerapearl [Hobo & Iwata 1986α Hobo & Iwata 1986β]. Η σύστασή τους περιγράφεται στον Πίνακα 4. H κατασκευή τους προϋποθέτει την πλήρη διαµόρφωση της στεφάνης µε κερί, την αποκήρωση του κέρινου προπλάσµατος και τη χύτευση του γυαλιού [Καφούσιας και συν 1994α]. Το υλικό που λαµβάνεται έχει τα χαρακτηριστικά του γυαλιού, όντας εύθραυστο και διαφανές. Ακολουθεί θερµική κατεργασία που οδηγεί σε κρυσταλλοποίηση. Για την απόδοση του χρωµατισµού γίνεται επίστρωση µε ειδικές χρωµατισµένες κεραµικές µάζες. Στο Dicor, η κρυσταλλική φάση αποτελείται από τετραπυριτική φθοριούχο µίκα (K. Mg. 2 5Si. 4 O. 10 F 2 ), ενώ το Cerapearl, µετά την κρυσταλλοποίηση, αποκτά δοµή παραπλήσια του υδροξυαπατίτη της αδαµαντίνης (Ca 10 (PO 4 ) 6 O). 24

26 ΠΙΝΑΚΑΣ 4. Σύσταση των ολοκεραµικών Dicor και Cerapearl. Συστατικό % κ.β. Θερµοκρασία τήξης SiO C MgO K 2 O α.dicor Κρυσταλλοποίηση στους C για MgF ώρες Al 2 O ZrO β. Cerapearl CaO 45 SiO 2 34 P 2 O 5 15 MgO 5 Θερµοκρασία τήξης C Κρυσταλλοποίηση στους C για 1 ώρα ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΗ ΜΙΚΡΟ ΟΜΗ. Μπορούµε να διακρίνουµε δύο κατηγορίες. 1. Υαλώδης µήτρα, µέσα στην οποία βρίσκονται διεσπαρµένοι κρύσταλλοι, µε τη µορφή κόκκων, µε µέγεθος και γεωµετρία που ποικίλουν [Ferrari & Sadoun 1995]. Εδώ ανήκουν όλα τα συστήµατα κεραµικών, πλην του In Ceram. 2. Κρυσταλλική µήτρα, στην οποία έχει διηθηθεί η υαλώδης φάση. Εδώ ανήκει µόνο το In Ceram [Ferrari & Sadoun 1995] ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ Σύµφωνα µε αυτή την ταξινόµηση, τα κεραµικά µπορούν να χωριστούν σε αυτά που η κατασκευή τους προϋποθέτει την αποτύπωση του παρασκευασµένου δοντιού µε δισκάριο και αποτυπωτικά υλικά και σε εκείνα που για την κατασκευή τους η συλλογή των δεδοµένων γίνεται µε τη βοήθεια ηλεκτρονικού σαρωτή και ειδικού ανιχνευτή. Στην δεύτερη κατηγορία ανήκουν 25

27 τα κεραµικά συστήµατα του τύπου CAD/CAM, ενώ στην πρώτη όλα τα υπόλοιπα. Στα συστήµατα CAD/CAM, τα δεδοµένα της παρασκευής αποθηκεύονται σε ηλεκτρονική µορφή [Καφούσιας και συν 1994α, Duret 1993]. Στη συνέχεια, µε τη βοήθεια ηλεκτρονικού υπολογιστή, σχεδιάζεται η κατασκευή του κεραµικού. Στο τελευταίο στάδιο, φρεζάρεται ένα προκατασκευασµένο κεραµικό σύµφωνα µε τις διαστάσεις της παρασκευής Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ Τα κεραµικά υλικά θεωρούνται εύθραυστα, καθώς θραύονται στο τέλος της περιοχής ελαστικότητας, χωρίς ενδιάµεση πλαστική παραµόρφωση, σε θερµοκρασία περιβάλλοντος. Η θραύση οφείλεται στη δηµιουργία ρωγµών εξαιτίας ατελειών, οι οποίες διαδίδονται µέχρι την τελική θραύση [Sadoun & Degrange 1986]. Οι κλασικές πορσελάνες αστρίου εµφανίζουν µικρή αντοχή στον εφελκυσµό και την κάµψη. Η αντοχή στην δοκιµασία κάµψης τριών σηµείων είναι 70 MPa [Sadoun & Degrange 1986]. Αντίθετα, εµφανίζουν µεγαλύτερη αντοχή σε δυνάµεις συµπίεσης ( MPa). Έχουν µεγάλο µέτρο ελαστικότητας, της τάξης των 70 GPa. Είναι σκόπιµο να γίνει αναφορά στους παράγοντες που επηρεάζουν τις µηχανικές ιδιότητες [Ogolnik & Picard 1982, Sadoun & Degrange 1986]. Οι παράγοντες αυτοί είναι: Το πορώδες της επιφάνειας, που εξαρτάται από τη διαδικασία συµπύκνωσης και τις συνθήκες ψησίµατος. Η θερµοκρασία όπτησης και η διαδικασία ψύξης. Οι εσωτερικές τάσεις που προκύπτουν από τις διαφορές στο συντελεστή θερµικής διαστολής µεταξύ των διαφόρων φάσεων. Η µικροδοµή. Η σύσταση της υαλώδους φάσης. Η κατάσταση της εξωτερικής επιφάνειας. Έχει αποδειχθεί ότι η αντοχή βελτιώνεται µε τη λείανση, την στίλβωση και την υαλοποίηση (glazing) της εξωτερικής επιφάνειας [Giordano και συν 1995α, Giordano και συν 1995β, Williamson και συν 1996, Giordano και συν 1992, Banks 1990]. Η λείανση και 26

28 η στίλβωση δρουν ανασταλτικά στη διάδοση ρωγµών και στη θραύση της πορσελάνης. Αυτό είναι αποτέλεσµα του συνδυασµού της αποµάκρυνσης των ατελειών από την επιφάνεια και της δηµιουργίας συµπιεστικών τάσεων. Επίσης, η εφαρµογή ενός εφυαλωτικού µε συντελεστή θερµικής διαστολής λίγο µικρότερο από αυτό του κεραµικού βελτιώνει την αντοχή του υλικού [Williamson και συν 1996, Giordano και συν 1992]. Η υαλοποίηση κατά το τελικό στάδιο της όπτησης αυξάνει την µηχανική αντοχή µειώνοντας το πορώδες και τις ατέλειες, δηµιουργώντας συνθήκες συµπίεσης που αυξάνουν το βαθµό εσωτερικής συνοχής και παρεµποδίζοντας την διάδοση των ρωγµών. Η παρουσία υγρασίας και οι µεταβολές της θερµοκρασίας (θερµικοί κύκλοι) ευθύνονται για το φαινόµενο της στατικής κόπωσης. Ένα όξινο περιβάλλον µπορεί να οδηγήσει στη διάβρωση των κεραµικών εξαιτίας της αποσύνθεσης της υαλώδους φάσης [Banks 1990, Jones 1983, Ohyama και συν 1999, Sobrinho και συν 1998]. Σε µία προσθετική αποκατάσταση η οποία αποτελείται από ένα υπόστρωµα-σκελετό και ένα επίστρωµα-αισθητική πορσελάνη, υπάρχει άµεση σχέση του µέτρου ελαστικότητας του υποστρώµατος και της συνολικής αντοχής της αποκατάστασης (µεταλλοκεραµική η ολοκεραµική) [Banks 1990, Jones 1983, Cambell 1989]. Όσο µεγαλύτερο είναι το µέτρο ελαστικότητας του σκελετού, τόσο αυξάνει η µηχανική αντοχή. Η αναλογία αυτή φαίνεται στην πειραµατική εργασία του Cambell [Cambell 1989], όπου µελετήθηκαν διάφοροι τύποι µεταλλικών και ολοκεραµικών σκελετών (Πίνακας 5). 27

29 ΠΙΝΑΚΑΣ 5. Mέτρο ελαστικότητας σε σχέση µε την αντοχή στην κάµψη για διάφορους τύπους επικαλυµµένων µεταλλικών και ολοκεραµικών σκελετών. Τύπος σκελετού Αντοχή στην κάµψη Μέτρο ελαστικότητας 3 σηµείων (psi) psi (x 10 6 ) Rexillium (µη πολύτιµο κράµα) Olympia (κράµα Au-Pd) Hi Ceram επικαλυµµένο New Cerestore επικαλυµµένο Original Cerestore Jelenko O (κράµα Au) Dicor επικαλυµµένο Το πάχος του υποστρώµατος επηρεάζει σηµαντικά την παραµόρφωσή του υπό την επίδραση εξωτερικής δύναµης, άρα και τη συνολική αντοχή της αποκατάστασης [Cambell 1989]. Η διεύθυνση και η κατανοµή των δυνάµεων που εξασκούνται µε τη σύγκλειση επηρεάζουν την αντοχή του κεραµικού [Banks 1990, Jones 1983]. Στο στόµα, οι δυνάµεις σύγκλεισης που εξασκούνται στην επιφάνεια της αδαµαντίνης, µεταφέρονται µέσω της αδαµαντινο-οδοντινικής ένωσης, στην υποκείµενη οδοντίνη, όπου κατανέµονται και απορροφούνται µε επιτυχία. Γι αυτό το λόγο, ο τρόπος σύνδεσης του κεραµικού µε τους οδοντικούς ιστούς αποτελεί κυρίαρχο αντικείµενο µελέτης τα τελευταία χρόνια, αφού έχει αποδεχθεί ότι επηρεάζει σηµαντικά τη µηχανική αντοχή των αποκαταστάσεων [Groten & Probster 1997, Knobloch και συν 2000]. Η παρασκευή του δοντιού παίζει κρίσιµο ρόλο στη µετάδοση των τάσεων και την αντοχή της αποκατάστασης [Wall & Cipra 1992, Scott & Catapano 1955, Banks 1990]. Σκληρότητα και αποτριβή. Τα κεραµικά παρουσιάζουν σκληρότητα πολύ µεγαλύτερη της αδαµαντίνης και µεγάλη αντοχή στην αποτριβή [Graig 1985]. Άρα µπορούν να προκαλέσουν αποτριβή στα φυσικά δόντια η σε άλλα µεταλλικά κράµατα. Όσο πιο αδρή είναι η επιφάνεια του κεραµικού, τόσο 28

30 αυξάνει ο ρυθµός αποτριβής των ανταγωνιστών δοντιών [Wall & Cipra 1992, Monasky, G. E. and Taylor 1971] ΦΥΣΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ Τα κεραµικά είναι υλικά µε χαµηλή θερµική αγωγιµότητα [Sadoun & Degrange 1986] σε σχέση µε τα µέταλλα, γι αυτό και έχουν χαµηλή αντοχή στις θερµικές καταπονήσεις. Ο συντελεστής θερµικής διαστολής εξαρτάται από το είδος της πορσελάνης. Τα κεραµικά είναι ηλεκτρικοί µονωτές (κακοί αγωγοί του ηλεκτρισµού) και ηλεκτρικό ρεύµα µπορεί να δηµιουργηθεί µόνο µε κίνηση ιόντων. Η πυκνότητα εξαρτάται από το είδος της πορσελάνης και τις συνθήκες κατασκευής της. Οπτικές ιδιότητες: παίζουν σηµαντικό ρόλο στην αισθητική [Sadoun & Degrange 1986, Cambell και συν 1995] µαζί µε άλλους παράγοντες. Είναι αυτές που κάνουν τα ολοκεραµικά να πλεονεκτούν σε σχέση µε τις µεταλλικές και µεταλλοκεραµικές αποκαταστάσεις. Τα ολοκεραµικά, εξαιτίας της ανοµοιογένειας στη σύσταση και την επιφάνεια, επιτρέπουν την διάχυτη ανάκλαση και διάδοση του φωτός. Αντίθετα, τα µεταλλοκεραµικά επιτρέπουν µόνο την γεωµετρική και διάχυτη ανάκλαση, ενώ τα µέταλλα µόνο την γεωµετρική ανάκλαση. [Sadoun & Degrange 1986, Cambell και συν 1995] Επιπλέον, στα ολοκεραµικά, ο βαθµός διαφάνειας µπορεί να ρυθµιστεί, καθώς εξαρτάται από το ποσοστό της υαλώδους και κρυσταλλικής φάσης στον όγκο του υλικού. Η απορρόφηση του φωτός γίνεται από τους πόρους και τις ρωγµές. Η απορρόφηση αυξάνει όταν το µήκος κύµατος της φωτεινής δέσµης µειώνεται. Εκεί οφείλεται η σκούρα εµφάνιση των κεραµικών κάτω από έντονο φωτισµό (φλας, προβολείς). Φθορισµός είναι η ιδιότητα ενός υλικού να απορροφά φωτόνια έξω από το ορατό φάσµα (π.χ. υπεριώδες) και να επανεκπέµπει στο ορατό. Τα φυσικά 29

31 δόντια έχουν αυτή την ιδιότητα. Στα κεραµικά αυτή επιτυγχάνεται µε προσθήκη λανθανιδών (Ce 3+, Dy 3+, Sm) ΧΗΜΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ Τα κεραµικά είναι ανόργανα υλικά που έχουν µεγάλη χηµική σταθερότητα λόγω των ισχυρών χηµικών δεσµών των συστατικών τους, που είναι κυρίως οξείδια. Σε αντίθεση, τα µέταλλα, εκτός των πολύτιµων, είναι χηµικώς ασταθή και έχουν την τάση να σχηµατίζουν οξείδια τόσο στον αέρα, όσο και σε υδατικό περιβάλλον. Συνέπεια αυτού είναι να αλληλεπιδρούν µε τους βιολογικούς ιστούς και δηµιουργούν προβλήµατα βιοσυµβατότητας, όπως διάβρωση, αποχρωµατισµό, αλλεργικές αντιδράσεις, γαλβανικά ρεύµατα. Η χηµική σταθερότητα των κεραµικών αποτρέπει τα παραπάνω και τους προσδίδει ικανοποιητική βιοσυµβατότητα. Παρουσιάζουν ελάχιστη συγκράτηση µικροβιακής πλάκας, µικρότερη απ ότι τα φυσικά δόντια, όπως και από τα µεταλλικά κράµατα και τα διάφορα εµφρακτικά υλικά [Wall & Cipra 1992] ΤΑ ΟΛΟΚΕΡΑΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ In-Ceram ΚΑΙ IPS-Empress IN CERAM Η σύσταση, η µικροδοµή, η κοκκοµετρία, όπως και η διαδικασία όπτησης διαφέρουν από τα κλασικά κεραµικά. Πρόκειται για την κατασκευή [Sadoun & Degrange 1987] µίας ανθεκτικής καλύπτρας αλουµίνας, πάνω στην οποία θα χτιστεί και θα διαµορφωθεί η τελική στεφάνη µε κλασικές οδοντιατρικές πορσελάνες. Η µέθοδος συνηθίζεται να λέγεται slip casting η coulée en barbotine. Είναι αιώρηµα αλουµίνας (85% κ.β.) µε νερό, του οποίου η σταθερότητα και οι ρεολογικές ιδιότητες εξασφαλίζονται µε πρόσθετα χηµικά. Η κατασκευή της καλύπτρας γίνεται πάνω σε ειδικό γύψινο πορώδες εκµαγείο. Μετά την τοποθέτηση του µίγµατος στο κολόβωµα, γίνεται απορρόφηση του νερού από τη γύψο και συσσωµάτωση των κόκκων αλουµίνας. Ακολουθεί το στέγνωµα του µίγµατος και η αφυδάτωση της γύψου, που συνοδεύεται από συρρίκνωση του γύψινου κολοβώµατος. Η όπτηση περιλαµβάνει µία πρώτη φάση στους 1120 ο C, µε προοδευτική άνοδο της θερµοκρασίας, µε συνολική διάρκεια 10 h και λαµβάνεται ένα πορώδες 30

32 υλικό. Ακολουθεί µία δεύτερη όπτηση στους 1100 ο C για 4 6 h, το οποίο περιλαµβάνει τη διήθηση της υαλώδους φάσης στην κρυσταλλική, για το κλείσιµο των πόρων και το χρωµατισµό της καλύπτρας. Για να γίνει αυτό, τοποθετείται στην εξωτερική επιφάνεια της καλύπτρας το µίγµα σκόνηςγυαλιού-νερού. Μετά το τέλος του δεύτερου ψησίµατος, οι περίσσειες γυαλιού αφαιρούνται µε τρόχισµα και µε αµµοβολή κόκκων αλουµίνας 50 µm. Στη µελέτη των Cambell et al το 1995 [Cambell και συν 1995] βρέθηκε πειραµατικά ότι η κατανοµή του µεγέθους των κόκκων έχει τρεις χαρακτηριστικές περιοχές: η πρώτη µε µέση τιµή 4 µm, η δεύτερη 0.3 µε 0.4 µm και η τρίτη 0.1 µε 0.2 µm. Οι µικροί κόκκοι αποτελούν το 13% της συνολικής µάζας του κεραµικού, αλλά λόγω του µεγάλου αριθµού τους, συνεισφέρουν κατά 87% στη συνολική επιφάνεια των κόκκων. Η θερµοκρασία της όπτησης, που είναι πολύ µικρότερη από τη θερµοκρασία τήξης της αλουµίνας ( ο C), επιτρέπει την διάχυση µόνο των µικρών κόκκων, οι οποίοι προσκολλούνται στους µεγαλύτερους. Έτσι, δηµιουργείται ένας συνεχής τρισδιάστατος σκελετός αλουµίνας, που διατρέχει όλη την παρασκευή. Έτσι εξηγείται α) η ευρεθείσα πειραµατικά µείωση της συνολικής επιφάνειας των κόκκων, β) η ελάχιστη συρρίκνωση κατ όγκο (κάτω του 1%), σε αντίθεση µε τα κλασικά κεραµικά γ) η αύξηση του µεγέθους των πόρων, στην οποία οφείλεται η χαµηλή µηχανική αντοχή του υλικού (~18 MPa αντοχή στην κάµψη τεσσάρων σηµείων [Giordano και συν 1995α]) προ της διήθησης της υαλώδους φάσης. Στη δεύτερη όπτηση µε την διήθηση του γυαλιού, δηµιουργείται ένα σύµπλεγµα από δύο συνεχή τρισδιάστατα άλληλοδιεισδύοντα δίκτυα των δύο φάσεων (αλουµίνα και γυαλί). Στη βιβλιογραφία αναφέρεται σαν CIPC (continuous interpenetrating phase composite). Αυτό το χαρακτηριστικό εµποδίζει την διάδοση των ρωγµών και αυξάνει την µηχανική αντοχή του υλικού. Μετά τη διήθηση της υαλώδους φάσης, η ίδια µηχανική αντοχή του In Ceram αυξάνει σηµαντικά σε 236 MPa σε κάµψη τεσσάρων σηµείων και ξεπερνά τις κλασικές και υαλοκεραµικές πορσελάνες, που παρουσιάζουν αντίστοιχα τιµές 70 και 107 MPa [Giordano και συν 1995α]. Επίσης, ξεπερνά και την στεφάνη Jacket (130 MPa σε κάµψη τεσσάρων σηµείων [Mc Lean & Hughes 1965]). Τέλος στην µηχανική αντοχή πιθανώς συνεισφέρει και η µικρή διαφορά των συντελεστών θερµικής 31

33 διαστολής αλουµίνας και γυαλιού (του τελευταίου είναι µεγαλύτερος), που δηµιουργεί εσωτερικά συνθήκες θλίψης, που είναι παράγοντας αναστολής της διάδοσης των ρωγµών [Cambell και συν 1995, Giordano και συν 1995α]. Αξίζει να σηµειωθεί ότι η ίδια µηχανική αντοχή της υαλώδους φάσης είναι 77 MPa (κάµψη σε 4 σηµεία [Giordano και συν 1995α]), άρα η ίδια µηχανική αντοχή του In Ceram είναι πολύ µεγαλύτερη από αυτές των επιµέρους συνιστωσών φάσεων. Σύµφωνα µε άλλες εργασίες, όπου µετρήθηκε η ίδια µηχανική αντοχή του In Ceram µε διαφορετικές τεχνικές, όπως κάµψη τριών σηµείων και διαξονική κάµψη, βρέθηκαν τιµές 446 MPa [Sorensen και συν 1990] και 352 MPa αντίστοιχα [Wagner & Chu 1996]. Συγκριτικές µελέτες µεταλλοκεραµικών και ολοκεραµικών αποκαταστάσεων δείχνουν ότι από τις δεύτερες, µόνο το In Ceram πλησιάζει την αντοχή των µεταλλοκεραµικών [Castellani και συν 1994] IPS-EMPRESS Το Empress είναι ένα ολοκεραµικό σύστηµα που µπορεί να καταταγεί είτε στην κατηγορία των υαλοκεραµικών (µε βάση τον τρόπο παρασκευής του), είτε στα νέα κεραµικά αστρίου (µε βάση την χηµική σύνθεσή του). Κατασκευάζεται µε την τεχνική της πίεσης εν θερµώ. Η σύνθεσή του φαίνεται στον Πίνακα 2. Για την παρασκευή του προσφέρονται δύο τεχνικές: η τεχνική staining η εξωτερικού χρωµατισµού και η τεχνική layering η διαστρωµάτωσης. Η πρώτη χρησιµοποιείται κυρίως για ένθετα, στεφάνες µερικής επικάλυψης, όψεις και οπίσθιες στεφάνες. Στάδια κατασκευής Τεχνική layering, που χαρακτηρίζεται από πρεσάρισµα µόνο του κεραµικού του σώµατος της οδοντίνης, ενώ τα εξωτερικά στρώµατα (κοπτικό και χρωµατισµός) προστίθενται µετά. α) Οι κατασκευές στο σύστηµα Empress διαµορφώνονται µε κερί και αφού κολληθούν οι αγωγοί, τοποθετούνται σε ειδικό χάρτινο δακτύλιο Empress. β) Γίνεται ανάµιξη πυροχώµατος σε κενό αέρος για 60 s και έγχυση στο δακτύλιο, όπου παραµένει για 60 min. Στη συνέχεια αφαιρούµε τον χάρτινο δακτύλιο και τη βάση του. 32

34 γ) Ο πυροχωµάτινος δακτύλιος τοποθετείται σε φούρνο όπου θερµαίνεται και αποκηρώνεται στους C. Στο φούρνο τοποθετούνται και οι κύλινδροι πορσελάνης Empress και το έµβολο αλουµίνας. δ) Μετά την αποκήρωση γίνεται τοποθέτηση των κυλίνδρων πορσελάνης (έως δύο τον αριθµό) και του έµβολου αλουµίνας στο κενό του πυροχωµάτινου δακτυλίου και το σύνολο τοποθετείται στον ειδικό αυτόµατο κλίβανο. Η διαδικασία συνεχίζεται µε δύο διαφορετικούς τρόπους, ανάλογα µε την επιλεγείσα τεχνική. ε) Όταν η θερµοκρασία φτάσει στους 1180 C, η διαδικασία του πρεσαρίσµατος γίνεται αυτόµατα και σ αυτήν τη θερµοκρασία παραµένει για 35 min. στ) Ακολουθεί ψύξη και αφαίρεση της κατασκευής από τον πυροχωµάτινο δακτύλιο. Γίνεται αµµοβολή της εσωτερικής επιφάνειας µε γυάλινα σφαιρίδια µε πίεση 2 bar και στη συνέχεια της εξωτερικής επιφάνειας µε οξείδια αλουµινίου µε πίεση 0.5 bar. ζ) Ακολουθεί ο εσωτερικός χρωµατισµός που γίνεται µε ανάµιξη του κατάλληλου χρώµατος µε ειδικό υγρό και ακολουθεί όπτηση σύµφωνα µε τις οδηγίες του κατασκευαστή. η) Τοποθέτηση του κοπτικού υλικού (αδαµαντίνη) και όπτηση στους 910 C. θ) Υαλοποίηση, όπου αναµιγνύεται η πάστα γυαλίσµατος µε ειδικό υγρό και γίνεται όπτηση στους 870 C. Η τεχνική staining διαφοροποιείται από την τεχνική layering στα παρακάτω σηµεία. Η οδοντίνη και η αδαµαντίνη συνυπάρχουν στον αρχικό κύλινδρο πρεσαρίσµατος, ο οποίος έχει διαφορετική σύσταση. Κατά συνέπεια, δεν υπάρχει στάδιο επίστρωσης αδαµαντίνης. Η θερµοκρασία στον φούρνο πρεσαρίσµατος είναι 1050 C. Μετά το πρεσάρισµα, η εξωτερική επιφάνεια τροχίζεται µε κατάλληλα διαµάντια και στη συνέχεια γίνεται η επιλογή του χρώµατος οδοντίνης και η όπτηση. Η διαδικασία της όπτησης επαναλαµβάνεται 3-5 φορές, ανάλογα µε την απόχρωση. Η όπτηση υαλοποίησης γίνεται δύο φορές. 33

35 Η δηµιουργία της µικροδοµής του Empress. Η αρχική σκόνη αποτελείται από κόκκους γυαλιού, στους οποίους είναι διασκορπισµένοι µικροί κρύσταλλοι λευκίτη (χηµικός τύπος K 2 O. Al 2 O. 3 4SiO 2 ). Κατά την όπτηση, οι κρύσταλλοι αυξάνουν σε µέγεθος και η διαδικασία ξεκινά από την επιφάνεια κάθε κόκκου προς το εσωτερικό του. Το τελικό αποτέλεσµα είναι ένα υλικό µε µεγαλύτερους κόκκους λευκίτη, της τάξης του 1-5 µm. Αυτή η διαδικασία ονοµάζεται ελεγχόµενη επιφανειακή κρυστάλλωση [Holland & Frank 1994]. Η µικροδοµή του Empress χαρακτηρίζεται από την έλλειψη πόρων, κάτι που οφείλεται στην τεχνική παρασκευής υπό πίεση. Μηχανικές ιδιότητες Η αντοχή στην κάµψη σε 3 σηµεία είναι της τάξης των MPa [Dong και συν 2001]. Σε άλλη εργασία βρέθηκε ότι η αντοχή στη διαξονική κάµψη είναι 134 MPa [Wagner & Chu 1996]. Οι βελτιωµένες µηχανικές ιδιότητες του Empress σε σχέση µε τις κλασικές πορσελάνες οφείλονται στους παρακάτω λόγους. Στην τεχνική της πίεσης εν θερµώ και στην επακόλουθη απουσία πόρων στη µικροδοµή [Dong και συν 2001, Uctasli και συν 1996, Nakamoto και συν 1996]. Στην αύξηση του µεγέθους των κρυστάλλων του λευκίτη κατά η όπτηση. Οι κρύσταλλοι του λευκίτη σταµατούν την διάδοση των ρωγµών που ενδεχόµενα υπάρχουν στην υαλώδη φάση [Wagner & Chu 1996, Dong και συν 2001]. Στην διαφορά των συντελεστών θερµικής διαστολής µεταξύ κρυσταλλικής και υαλώδους φάσης ( και /Κ αντίστοιχα), που έχει ως αποτέλεσµα την δηµιουργία εσωτερικών τάσεων που εµποδίζουν την δηµιουργία ρωγµών [Beham 1990]. Το πάχος είναι µία πολύ σηµαντική παράµετρος στη κατασκευή µίας ολοκεραµικής αποκατάστασης. Από τις εργασίες του S. Uctasli [Uctasli και συν 1996, Uctasli & Wilson 1996] προκύπτει ότι η αντοχή του Empress στη θραύση, δεν εξαρτάται από το συνολικό πάχος σώµατος και κοπτικού υλικού για τιµές από 1.99 mm έως 2.42 mm, που µελετήθηκαν. 34