Κεραμικό ζιρκονίας στην οδοντιατρική χρήση. Μέρος 1ο: «Λευκό ατσάλι» ή επιλογή με αστάθεια δομής;

Transcript

1 Ακίνητη προσθετική ΣTOMA 2011; 39: Βιβλιογραφική ανασκόπηση Κεραμικό ζιρκονίας στην οδοντιατρική χρήση. Μέρος 1ο: «Λευκό ατσάλι» ή επιλογή με αστάθεια δομής; Χ. Π. ΠΑΠΑΝΑΓΙΩΤΟΥ DDS, MSD, CAGS 1, Γ. ΠΑΠΑΒΑΣΙΛΕΙΟΥ DDS, MSc, PhD 2, Φ. ΚΑΜΠΟΣΙΩΡΑ DDS, MSc, PhD 2, Α. ΔΟΥΚΟΥΔΑΚΗΣ DDS, MSc, PhD 3 Τομέας Προσθετολογίας, Οδοντιατρική Σχολή Αθηνών, ΕΚΠΑ, Zirconia ceramics in dentistry. Part 1: Is it white steel or a biomaterial with structural instability? H.P. PAPANAGIOTOU DDS, MSD, CAGS 1, G. PAPAVASILIOU DDS, MSc,PhD 2, P. KAMPOSIORA DDS, MSc,PhD 2, A. DOUKOUDAKIS DDS, MSc,PhD 3 Department of Prosthodontics, Dental School, Un. of Athens. Περίληψη Το κεραμικό υλικό ζιρκονίας αποτελεί μια επιλογή για ολοκεραμικές αποκαταστάσεις, αποτέλεσμα της εξελικτικής πορείας των βιοϋλικών, με σκοπό την αντικατάσταση της χρήσης μετάλλων. Από τα τέλη της δεκαετίας του ʼ90 η χρήση μερικώς σταθεροποιημένης ζιρκονίας βρίσκει εφαρμογές στην οδοντιατρική, κυρίως, εξαιτίας της υψηλής αντοχής σε κάμψη που παρουσιάζει, της ικανοποιητικής βιοσυμβατότητας που εμφανίζει, του αισθητικού της λευκωπού χρώματος και των οπτικών της ιδιοτήτων που παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον. Η εμφάνιση και η βελτίωση των συστημάτων CAD/CAM προώθησε ακόμα περισσότερο τη χρήση του κεραμικού ζιρκονίας. Ωστόσο η βελτίωση της σύστασης του υλικού δεν έχει εξαλείψει το πρόβλημα της αστάθειας της δομής του, με συνέπεια το μετασχηματισμό της κρυσταλλικής του μορφής και τον εκφυλισμό των μηχανικών του ιδιοτήτων σε χαμηλές θερμοκρασίες και σε υγρό περιβάλλον (low temperature degragation phenomenon). Σκοπός της ανασκόπησης αυτής είναι να διερευνήσει την πολυπλοκότητα της πολυμορφικής κρυσταλλικής δομής του βιουλικού, της χημικής του σύστασης, της αυξημένης του αντοχής σε κάμψη, να περιγράψει μηχανισμούς αντίδρασης σε παρουσία μικρορωγμών (transformation toughening), καθώς και να αναλύσει το φαινόμενο μετασχηματισμού των κρυστάλλων σε υγρό περιβάλλον σε χαμηλές θερμοκρασίες. ΛEΞEIΣ KΛEIΔIA: κεραμικό ζιρκονίας, μετασχηματισμός κρυστάλλων, ολοκεραμικά συστήματα. Summary Zirconia ceramic materials present an alternative choice for all-ceramic restorations in dentistry due to the improvement of zirconia as a biomaterial. Since the end of the 1990ʼs, partially stabilized zirconia ceramics was used for dental applications due to its high flexural strength and superior fracture resistance, because of its biocompatibility, its esthetic ivory color and its optical properties. The development of computer-aided design/computer-aided manufacturing (CAD/CAM) systems has further promoted the use of zirconia. The extended use of all ceramic systems during the last years has rendered zirconia as a top choice among other ceramics. However, zirconia is still a metastable material. Its structure is affected by various procedures such as grinding and polishing, sandblasting, humid environment at low temperatures (low temperature degradation phenomenon). Microstructure alterations and phase transformations may affect stability and success of the material. The purpose of this review was to address zirconia as a biomaterial; to explore materialʼs structure, chemical composition and mechanical properties, to describe transformation toughening phenomenon in presence of microcracks and to examine structural instability, aging and degradation effects. KEY WORDS: zirconia ceramic, phase transformation, dental ceramic systems. Στάλθηκε στις Εγκρίθηκε στις Οδοντίατρος - Προσθετολόγος Πανεπιστημίου Boston University, USA, Τομέας Προσθετολογίας, Υπ. Διδάκτορας 2 Επίκουρος Καθηγητής 3 Καθηγητής Receivet on 20 th Oct., Accepted on 13 th Jan., DDS, MSD, CAGS Phd Candidate 2 DDS, MSc, PhD 3 Professor, Chairman

2 112 Εισαγωγή Η πρόοδος στην εξέλιξη της επιστήμης του κεραμικού ζιρκονίας (ZrO 2 ) τα τελευταία χρόνια, μέσα απο την εξερεύνηση της φύσης και της χημείας του κεραμικού αυτού οξειδίου, έχει οδηγήσει στην ουσιαστική εκμετάλλευσή του σε διάφορες τεχνολογικές και επιστημονικές εφαρμογές 1. Η μικροδομή της ζιρκονίας παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον, καθώς ο πολυμορφισμός φάσεων της κρυσταλλικής της δομής γίνεται σε συγκεκριμένες καταστάσεις ανεπιθύμητος. Οι πιθανές ατέλειες στο πλέγμα της μπορούν να μειώσουν τις μηχανικές της ιδιότητες και να οδηγήσουν στην αποτυχία, ενώ οι πολύ καλές ιδιότητές της (θερμικές, μηχανικές, ηλεκτρικές και οπτικές), που την καθιστούν υλικό με πολλαπλές και ποικίλες εφαρμογές, έχουν απασχολήσει συστηματικά τους επιστήμονες 2-5. Προέλευση Το ζιρκόνιο (αγγλ. zircon), είναι νησοπυριτικό ορυκτό του ομώνυμου μετάλλου. Οφείλει το όνομά του στην αραβική λέξη zirgun = χρυσαφί χρώμα. Το καθαρό ζιρκόνιο δεν είναι ραδιενεργό, δε φθορίζει, δε διαθέτει φωσφορισμό και είναι έντονα διπλοθλαστικό. Με θέρμανση είναι δυνατό να αλλάξει χρώμα, από καστανό σε χρυσαφί ή μπλε ή, ενίοτε, και σε άχρωμο. Αν και είναι ευρύτατα διαδεδομένο, συνοδεύοντας, συνήθως, διάφορα πετρώματα, οι καλοσχηματισμένοι κρύσταλλοι είναι σπάνιοι. Η άχρωμη παραλλαγή του μοιάζει πολύ με το διαμάντι, (Εικόνα 1) με το οποίο και συχνά συγχέεται καθώς με γυμνό οφθαλμό δύσκολα διαφέρει. Οι διαφανείς παραλλαγές του χρησιμοποιούνται ως ημιπολύτιμοι λίθοι, π.χ. Παπαναγιώτου και συν το πορτοκαλέρυθρο διαφανές ζιρκόνιο, επονομαζόμενο και "υάκινθος" (hyacinth), το άχρωμο, (αποκαλείται "Jarcon") ή το μπλε (αποκαλείται "Starlite"). Το ζιρκόνιο ως στοιχείο δεν ήταν γνωστό από την αρχαιότητα, ήταν όμως γνωστό το ορυκτό του γιαρκόν ή υακινθίτης (ZrSiO 4 ), το οποίο αναφέρεται και στη Βίβλο. Το ζιρκόνιο αναφέρεται από τον Θεόφραστο ( π.χ.) και ήταν ιδιαίτερα αγαπητό το 15ο και 16ο αιώνα. Περιζήτητες ήταν οι ποικιλίες jargon και υάκινθος. Η ποικιλία υάκινθος χρησιμοποιούνταν, σύμφωνα με τον Αριστοτέλη, ως φυλαχτό εναντίον του πόνου και των δηλητηρίων. Κατά το Μεσαίωνα θεωρείτο λίθος της σοφίας και προστάτευε τους ανθρώπους από εφιάλτες και φαντάσματα. Ως στοιχείο ήταν άγνωστο μέχρι το 1789, οπότε ο Γερμανός χημικός Μάρτιν Χάινριχ Κλάπορτ 6 έκανε χημική ανάλυση σε γιαρκόν από τη Σρι Λάνκα και εντόπισε το νέο στοιχείο χωρίς να καταφέρει να το απομονώσει. Αυτό το πέτυχε το 1824 ο Σουηδός χημικός Γιονς Γιάκομπ Μπερτσέλιους (Jöns Jacob Berzelius) με συνθέρμανση καλίου και χλωριούχου καλιοζιρκονίου. Σε τελείως καθαρή μορφή παρασκευάστηκε το Τα κυριότερα ορυκτά του ζιρκονίου είναι το γιάρκον (ZrSiO 4 ) και ο βαδελεΐτης (ZrO 2 ). Απαντά, επίσης, σε μετεωρίτες, ενώ πετρώματα που λήφθηκαν από τη Σελήνη κατά τις διάφορες αποστολές «Απόλλων» κατέδειξαν ασυνήθιστη περιεκτικότητα ζιρκονίου σε σχέση με τα γήινα. Το ορυκτό βαδελεΐτης (baddeleyite) που εξορύσσεται στη Βραζιλία και το οποίο περιέχει 80-90% ζιρκονία και ThO 2, TiO 2, SiO 2, Fe 2 O 3, κ.α., ως κύριες προσμίξεις, είναι η κυριότερη πηγή ζιρκονίας, παγκοσμίως. Δευτερεύουσα πηγή ζιρκονίας είναι το σύνθετο οξείδιο ζιρκόν (ZrSiO 4 ) που, κυρίως, εξορύσσεται στην Κεράλα της Ινδίας, στη Νέα Νότια Ουαλία (Αυστραλία) και στη Φλόριντα (ΗΠΑ). Κρυσταλλική δομή Εικόνα 1. Η άχρωμη παραλλαγή του ζιρκονίου μοιάζει πολύ με το διαμάντι. Ο πολυμορφισμός της κρυσταλλικής δομής της ζιρκονίας είναι μοναδικός με ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Η ζιρκονία συναντάται σε 3, κυρίως, αλλοτροπικές κρυσταλλικές φάσεις (μορφές), τη μονοκλινή, την τετραγωνική και την κυβική κατά τη μετάβαση από χαμηλές σε υψηλές θερμοκρασίες, που επιδρούν στη χημική και δομική της σταθερότητα, στην ιοντική της αγωγιμότητα και στις διάφορες ιδιότητές της, μηχανικές και οπτικές 7-9. Η καθαρή ζιρκονία συναντάται στην μονοκλινή της φάση σε θερμοκρασία δωματίου και μετασχηματίζεται σε τετραγωνική σε θερμοκρασία πάνω από τους 1170 C. Σε κεραμικά ζιρκονίας χωρίς τη χρήση σταθεροποιητικών οξειδίων, αντίστροφη αλλαγή (μετασχηματισμό) από τετραγωνική σε μονοκλινή φάση θα συμβεί κατά την πτώση της θερμοκρασίας, στους 1070 C περίπου, με

3 Κεραμικό ζιρκονίας στην οδοντιατρική χρήση. Μέρος 1ο: «Λευκό ατσάλι» ή επιλογή με αστάθεια δομής; 113 ταυτόχρονη αύξηση 1-5% του όγκου των κρυστάλλων ζιρκονίας. Η προσθήκη μικρών ποσοτήτων διάφορων οξειδίων (MgO, CaO, Y 2 O 3, κ.α.) έχει αποδειχτεί ότι υποβιβάζει τις θερμοκρασίες μετάβασης του μετασχηματισμού φάσεων, σταθεροποιώντας την τετραγωνική και κυβική φάση του κεραμικού σε θερμοκρασία δωματίου. Η αύξηση του όγκου των κρυστάλλων είναι ικανή να προκαλέσει τάσεις στο υλικό και, κατά συνέπεια, ρωγμές που θα οδηγήσουν πιθανό στην αποτυχία του κεραμικού. Ο μετασχηματισμός κρυστάλλων ζιρκονίας με καταστροφικά αποτελέσματα έχει παρατηρηθεί και σε χαμηλές θερμοκρασίες, όπως αυτές που συναντάμε στο ανθρώπινο σώμα 5. Ωστόσο, η αντιστροφή αυτή από τετραγωνική σε μονοκλινή φάση, μπορεί να είναι και ευεργετική, καθώς οι τάσεις που δημιουργούνται σε περίπτωση ρωγμής στο υλικό, ενεργοποιούν τους κρυστάλλους και τον μετασχηματισμό τους. Η αύξηση του όγκου τους, έχει ως αποτέλεσμα το κλείσιμο της ρωγμής και την «ενδυνάμωση» του κεραμικού υλικού 7. Ο μετασχηματισμός της μονοκλινούς φάσης αρχικά σε τετραγωνική (1170 C) και στη συνέχεια σε κυβική (2370 C) έχει αποτελέσει για χρόνια το αντικείμενο μελέτης πληθώρας επιστημονικών εργασιών 8. Μονοκλινής ζιρκονία Η κρυσταλλική δομή με την οποία η ζιρκονία συναντάται στη φύση είναι η μονοκλινής, που χαρακτηρίζεται από σταθερότητα σε θερμοκρασίες μέχρι και τους 1170 C εξαιτίας της χαμηλής συμμετρίας της. Στους 1170 συμβαίνει ο μετασχηματισμός στην τετραγωνική φάση κρυστάλλων. Τετραγωνική ζιρκονία Η τετραγωνική ζιρκονία χαρακτηρίζεται από σταθερότητα στη δομή της σε θερμοκρασίες που κυμαίνονται μεταξύ C και σε θερμοκρασία μεγαλύτερη των 2370 C λαμβάνει χώρα ο μετασχηματισμός της σε κυβική φάση. Στην εικόνα 2γ παρουσιάζεται το κυβικά χωροκεντρωμένο πλέγμα κατιόντων, όπου κάθε κατιόν Zr είναι περιστοιχισμένο από οκτώ ιόντα οξυγόνου. Ανά τετράδες τα οξυγόνα ισαπέχουν από τον κεντρικό μεταλλικό πυρήνα ζιρκονίου, ενώ τα μήκη των δεσμών O Ι -Zr και O ΙΙ -Zr είναι nm και nm αντίστοιχα 10. Κυβική ζιρκονία Η σταθερότητα της κυβικής ζιρκονίας εντοπίζεται σε θερμοκρασίες από τους 2370 C μέχρι και το σημείο τήξης της (2680±15 C). Εμφανίζει κρυσταλλική δομή τύπου φθορίτη (CaF 2 ) υψηλής συμμετρίας (Εικόνα 2δ). Ο οκταπλός προσανατολισμός των Εικόνα 2. Κρυσταλλική δομή 10 των αλλοτροπικών μορφών της ZrO 2 : α) o επταπλός προσανατολισμός του Zr στη μονοκλινή ZrO 2, β) προβολή της κρυσταλλικής δομής της μονοκλινoύς ZrO 2 κατά μήκος του άξονα cm, δείχνοντας τα στρώματα των πολυέδρων ΟIZr 3 και OIIZr 4, γ) προβολή ενός στρώματος από ομάδες ZrO 8 στο επίπεδο (100) της τετραγωνικής ZrO 2 και δ) κυβική δομή της ZrO 2 τύπου φθορίτη. κατιόντων διατηρείται, όπως και στην τετραγωνική φάση, με τη διαφορά ότι οι δεσμοί O-Zr είναι ισομήκεις ( nm) 10. Μετασχηματισμός φάσεων: μονοκλινής σε τετραγωνική Διάφορες τεχνικές, όπως η διαφορική θερμική ανάλυση, η περίθλαση ακτινών X και ηλεκτρονίων, η οπτική και ηλεκτρονική μικροσκοπία, η φασματοσκοπία, κ.α., έχουν χρησιμοποιηθεί για τη συστηματική μελέτη του μετασχηματισμού της μονοκλινούς στην τετραγωνική φάση 5,7, Ο μετασχηματισμός αυτός έχει χαρακτηριστεί και συναντάται στην βιβλιογραφία ως «μαρτενσιτικός», από τον «μαρτενσίτη», δηλαδή τη μετασταθή φάση που σχηματίζεται όταν ένας χάλυβας θερμανθεί σε υψηλή θερμοκρασία, ώστε να σχηματιστεί ωστενίτης (γ-fe), και κατόπιν υποστεί απότομη ψύξη. Τα κυριότερα πειραματικά αποτελέσματα σχετικά με αυτόν είναι τα εξής 9 : Η υψηλής θερμοκρασίας τετραγωνική φάση (2370 C > Τ > 1170 C) δεν μπορεί να διατηρηθεί κατά την απότομη ψύξη (quenching) της ζιρκονίας σε θερμοκρασία δωματίου. Η θερμική διαστολή της μονοκλινούς ζιρκονίας είναι ισχυρά ανισοτροπική. Τα κεραμικά ζιρκονίας υφίστανται αξιόλογη συστολή κατά τη θέρμανση και αντίστοιχη διαστολή κατά την ψύξη,

4 114 Εικόνα 3. Γραμμική θερμική διαστολή της μονοκλινούς, της μερικώς σταθεροποιημένης (PSZ) και της πλήρως σταθεροποιημένης (κυβικής) ζιρκονίας 10. μέσω του μετασχηματισμού της μονοκλινούς σε τετραγωνική μορφή και αντίστροφα (Εικόνα 3), οδηγώντας σε θρυμματισμό του κεραμικού. Ο μετασχηματισμός είναι αθερμικός, όπως αποδείχθηκε με εφαρμογή περίθλασης ακτίνων Χ (XRD), διαφορική θερμική ανάλυση (DTA) και μεταλλογραφία κι, έτσι, δε λαμβάνει χώρα σε καθορισμένη θερμοκρασία, αλλά σε εύρος θερμοκρασιών 1,16,17, δηλ. η ποσότητα της μετασχηματισμένης φάσης είναι συνάρτηση της μεταβολής της θερμοκρασίας και όχι συνάρτηση του χρόνου σε μια δεδομένη θερμοκρασία. Ο μετασχηματισμός εμφανίζει θερμική υστέρηση. Η μετάβαση στην τετραγωνική φάση συμβαίνει στους 1170 C, ενώ η επαναφορά στην αρχική μονοκλινή κατάσταση συμβαίνει στους C. Η θερμική υστέρηση ελαττώνεται με ανόπτηση του υλικού σε υψηλές θερμοκρασίες (1550 C) για μικρό χρονικό διάστημα ή σε χαμηλότερες θερμοκρασίες (1260 C) για μεγαλύτερες περιόδους ανόπτησης 10. Σταθεροποίηση Η προσθήκη διάφορων οξειδίων, όπως οξείδιο του ασβεστίου CaO, του μαγνησίου MgO, του υτρίου Y 2 O 3, σε καθαρή μονοκλινή ζιρκονία, είναι ικανή να υποβιβάσει τα σημεία μετασχηματισμού φάσης. Το κεραμικό εμφανίζει σταθερή και συμμετρική κρυσταλλική δομή που διατηρείται στο χρόνο σε χαμη- Παπαναγιώτου και συν λές θερμοκρασίες, ακόμα και σε θερμοκρασία δωματίου 17. Ανάλογα με το ποσοστό του προστιθέμενου οξειδίου σταθεροποίησης λαμβάνονται διάφορα είδη ζιρκονίας. Για παράδειγμα, στην περίπτωση προσθήκης υττρίου (Y 2 O 3 ) σε ποσοστό mol μεγαλύτερο από 9% έχουμε ζιρκονία κυβικής δομής. Προσθήκη οξείδιου του μαγνησίου ή ασβεστίου δίνει μερικώς σταθεροποιημένη ζιρκονία (partially stabilized zirconia, ΡSZ) στην οποία συνυπάρχουν και οι 3 κρυσταλλικές δομές, ενώ με την προσθήκη οξείδιου του υτρίου σε ποσοστό 3-5% δίνει λεπτόκοκκη τετραγωνική πολυκρυσταλλική ζιρκονία (tetragonal zirconia polycrystals, TZP). Για συγκεκριμένες περιεκτικότητες, τα μείγματα, οι συνδυασμοί δηλαδή μονοκλινούς ζιρκονίας και σταθεροποιητικών οξειδίων, μπορούν να παρουσιάζουν βελτιωμένες μηχανικές και ηλεκτρικές ιδιότητες σε σχέση με την καθαρή ζιρκονία. Η τεχνική της βελτίωσης των ιδιοτήτων της ζιρκονίας με ενσωμάτωση οξειδίου στο πλέγμα της ονομάζεται σταθεροποίηση (stabilization), ενώ τα οξείδια που προστίθονται στη ζιρκονία ονομάζονται σταθεροποιητές (stabilizers). Πλήρως σταθεροποιημένη ζιρκονία (FSZ). Πλήρως σταθεροποιημένη ζιρκονία (fully stabilized zirconia), είναι το μείγμα μονοκλινούς ζιρκονίας και σταθεροποιητικού παράγοντα που, σε θερμοκρασία δωματίου, παρουσιάζει κυβική δομή τύπου φθορίτη. Ο πολύ χαμηλός κατιονικός συντελεστής διάχυσης της FSZ είναι υπεύθυνος για τον αργό ρυθμό της διεργασίας αποσταθεροποίησης και το σχηματισμό ενδιάμεσων φάσεων 10. Γενικά, η προσθήκη σταθεροποιητικών παραγόντων σε διάφορες ποσότητες, όπως 16 mol% CaO, 16 mol% MgO ή 8 mol% Y 2 O 3, σε καθαρή ζιρκονία, είναι ικανή να «οδηγήσει» σε πλήρως σταθεροποιημένη κρυσταλλική ζιρκονία. Το υψηλό σημείο τήξης και η χημική αδράνεια του υλικού έχουν συμβάλει στην ευρεία χρήση του ως πυρίμαχο υλικό. Η πλήρως σταθεροποιημένη ζιρκονία εμφανίζει βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες (σκληρότητα, δυσθραυστότητα, αντοχή σε θερμικές καταπονήσεις) σε σχέση με τη μονοκλινή 5 και αποτελεί έναν από τους πιο γνωστούς στερεούς ηλεκτρολύτες, αγωγό ιόντων οξυγόνου, ενώ χρησιμοποιείται και ως πρώτη ύλη για την κατασκευή αισθητήρων οξυγόνου (oxygen sensor). Μερικώς σταθεροποιημένη ζιρκονία (PSZ). Αναφερόμαστε σε μερικώς σταθεροποιημένη ζιρκονία (partially stabilized zirconia) όταν: α. η συγκέντρωση του σταθεροποιητικού παράγοντα είναι μικρότερη από την απαιτούμενη για πλήρη σταθεροποίηση ή β. η πλήρως σταθεροποιημένη ζιρκονία (FSZ) θερ-

5 Κεραμικό ζιρκονίας στην οδοντιατρική χρήση. Μέρος 1ο: «Λευκό ατσάλι» ή επιλογή με αστάθεια δομής; 115 μαίνεται υπό κατάλληλες συνθήκες θερμοκρασίας και χρόνου. Η μερικώς σταθεροποιημένη ζιρκονία αποτελεί την πιο σταθερή και ανθεκτική μορφή του κεραμικού, λόγω των πολύ καλών μηχανικών της ιδιοτήτων. Ο συντελεστής γραμμικής θερμικής διαστολής του υλικού είναι μειωμένος 10. Η μερικώς σταθεροποιημένη ζιρκονία παρουσιάζει καλύτερη συμπεριφορά σε θερμικές καταπονήσεις συγκριτικά με την κυβική και μονοκλινή ζιρκονία και η μικροδομή της αποτελείται, κυρίως, από ένα κυβικό στερεό διάλυμα ZrO 2 ως κυρίαρχη φάση, με καταβυθίσματα μονοκλινούς ή τετραγωνικής ZrO 2 ή και των δύο. Ο ρόλος της μετασταθούς (metastable), καταβυθισμένης στην κυβικά σταθεροποιημένη φάση, τετραγωνικής ζιρκονίας στην ανθεκτικότητα του υλικού είναι ουσιώδης. Μελέτη της περιοχής γύρω από μία ρωγμή του κεραμικού, προκληθείσα τεχνητά (μικροσκληρομέτρηση) ή αυθόρμητα (ψύξη), δείχνει ότι όλα τα σωματίδια, σε απόσταση αρκετών μικρομέτρων από τη ρωγμή, έχουν μονοκλινή συμμετρία, ενώ τα αμέσως γειτονικά διατηρούν την τετραγωνική τους μορφή 1,5,13,14,18. Οι τάσεις, οι οποίες αναπτύσσονται στο σημείο όπου προκαλείται η ρωγμή, έχουν ως αποτέλεσμα το μετασχηματισμό των τετραγωνικών κρυσταλλικών σωματιδίων σε μονοκλινή, με παράλληλη απώλεια της συνοχής τους. Οι τιμές της σκληρότητας (strength) και δυσθραυστότητας (fracture toughness) μπορούν και να τριπλασιαστούν στην περίπτωση ταυτόχρονης ύπαρξης τετραγωνικής και κυβικής ζιρκονίας. Με αυτόν τον τρόπο μπορούν να αυξηθούν και οι μηχανικές ιδιότητες, σε σχέση με μείγματα μονοκλινούς και κυβικής ή καθαρά κυβικής ζιρκονίας. Σε αντίθεση με άλλα κεραμικά υλικά, η PSZ εμφανίζει αυξημένη σκληρότητα και ανθεκτικότητα, όταν η επιφάνειά της είναι λεία είτε εξαιτίας του μετασχηματισμού φάσης που λαμβάνει χώρα κατά τη λείανση 19,20, με συνέπεια τη δημιουργία επιφανειακών θλιπτικών τάσεων που μπορούν να αυξήσουν την αντοχή του είτε διότι με τη λείανση απομακρύνονται ατέλειες στην επιφάνεια, όπως μικρορωγμές στις πολύ εξωτερικές στοιβάδες του υλικού, που αντίθετα μπορούν να οδηγήσουν στην αποτυχία του. Η μερικώς σταθεροποιημένη ζιρκονία χρησιμοποιείται στη βιομηχανία, ως θερμοπροστατευτικό επίστρωμα μη σιδηρούχων μεταλλικών επιφανειών, όπου αναπτύσσονται μεγάλες θερμοκρασίες, κυρίως, λόγω τριβών. Τελευταία έχει χρησιμοποιηθεί και ως βιοϋλικό για παρασκευή εμφυτευμάτων για οδοντιατρική χρήση με θετικά έως τώρα αποτελέσματα, όσον αφορά την οστεοενσωμάτωση τους, ενώ έχουν κάνει πολύ πρόσφατα και την εμφάνισή τους και οδοντιατρικές εγλυφίδες από ζιρκόνιο για την αφαίρεση και λείανση ρητινώδων υλικών. Κεραμικό ζιρκονίας στην Οδοντιατρική Στην Οδοντιατρική, τα κεραμικά υλικά με την εξέλιξή τους μπορούν με επιτυχία να καλύψουν τόσο τις ποιοτικές απαιτήσεις όσο και τις μηχανικές ανάγκες, όσον αφορά οδοντιατρικές ολοκεραμικές αποκαταστάσεις 21. Η εξέλιξη των ολοκεραμικών συστημάτων είχε ως αρχικό σκοπό την κατασκευή υλικών ικανών να ανταπεξέλθουν στις απαιτήσεις κατασκευής ακίνητων αποκαταστάσεων (fixed partial dentures) στην περιοχή προγομφίων και γομφίων δοντιών. Τα κεραμικά ζιρκονίας εισήχθησαν για χρήση στην οδοντιατρική για αποκαταστάσεις οπισθίων δοντιών, ακριβώς, εξαιτίας των βελτιωμένων συγκριτικά με άλλα κεραμικά υλικά μηχανικών ιδιοτήτων τους 22, και έρευνες τόσο in-vivo 23 όσο και in-vitro 24 επιβεβαίωσαν τις προσδοκίες. Τα κεραμικά υλικά ζιρκονίας, συνήθως, χρησιμοποιούν ένα μείγμα μερικώς σταθεροποιημένης ζιρκονίας (ZrO 2 ), αλουμίνας και ενός σταθεροποιητικού παράγοντα, 23 δημιουργώντας ένα πορώδες πλέγμα. Η δομή στο σύμπλεγμα κρυστάλλων του υλικού αυτού προσδίδει αυξημένες δυνατότητες αντίστασης στη διάδοση μικρορωγμών, σε συνδυασμό με τη φύση των κρυστάλλων ζιρκονίας. Με την εμφάνιση μιας μικρορωγμής σε αρχικό στάδιο και τη δημιουργία τάσεων που αναπτύσσονται στην περιοχή αυτή, οι κρύσταλλοι αυξάνουν σε όγκο από 3 έως 5%,25 εξαιτίας του μετασχηματισμού από την τετραγωνική στη μονοκλινή τους φάση, με αποτέλεσμα την ευεργετική για την περίπτωση σύγκλιση της περιοχής της ρωγμής. Το φαινόμενο αυτό που συνδυάζει την πολυμορφική «φύση» των κρυστάλλων ζιρκονίας και την αυξημένη αντίσταση του υλικού στη διάδοση μικρορωγμών είναι γνωστό ως «transformation toughening» 25,26 (Εικόνα 4). Εικόνα 4. Σχηματική αναπαράσταση του «transformation toughening» 19.

6 116 Παπαναγιώτου και συν Αναγνωρίζοντας τα πλεονεκτήματα της ζιρκονίας, η βιομηχανία ασχολήθηκε με κεραμικά ζιρκονίας χρησιμοποιώντας το ύττριο ως σταθεροποιητικό παράγοντα, Y-TZP (yttria τετραγωνικοί πολυκρύσταλλοι σταθεροποιημένης ζιρκονίας). Εξαιτίας της βιοσυμβατότητας, της αυξημένης αντοχής και του αισθητικού χρώματος, το υλικό αυτό αποτελεί, πλέον, μια εναλλακτική επιλογή για κατασκευή σκελετών για προσθετικές εργασίες, αξόνων για αποκαταστάσεις ενδοδοντικά θεραπευμένων δοντιών και εμφυτευμάτων 13,27,28. H ανάπτυξη συστημάτων επεξεργασίας υλικών τύπου ζιρκονίας επιτρέπουν, πλέον, το σχεδιασμό και την κατασκευή αποκαταστάσεων που διαθέτουν υψηλή αντοχή και αισθητική. Οι σκελετοί των αποκαταστάσεων που προέρχονται από αυτά τα υλικά μπορούν στη συνέχεια να επενδυθούν με κεραμικά υλικά. Ο προβληματισμός, ωστόσο, όσον αφορά τη σταθερότητα της δομής των κεραμικών αυτών υφίσταται από τις αρχές της δεκαετίας του ʼ80 15 και σχετίζεται με το μετασχηματισμό κρυστάλλων ζιρκονίας από την τετραγωνική στη μονοκλινή φάση στην επιφάνεια του κεραμικού, σε χαμηλές θερμοκρασίες και σε υγρό περιβάλλον. Το φαινόμενο αυτό έχει συσχετιστεί με εκφυλισμό των μηχανικών ιδιοτήτων των κεραμικών ζιρκονίας 16, και επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες, με κυριότερους το μέγεθος κρυστάλλων ζιρκονίας και το ποσοστό του σταθεροποιητικού παράγοντα 8. Τα κεραμικά ζιρκονίας παρουσιάζουν εντυπωσιακή αντοχή σε κάμψη, μεγαλύτερη από όλα τα υπόλοιπα κεραμικά υλικά, που κυμαίνεται από 1000 ΜPα 29 έως και 1500 ΜPα 14. Ωστόσο, ο μετασχηματισμός των κρυστάλλων και ο εκφυλισμός της δομής του υλικού in-vivo 30, σε κεραμικά ζιρκονίας που χρησιμοποιήθηκαν στην ορθοπεδική, μετέφερε τον προβληματισμό στα κεραμικά ζιρκονίας που χρησιμοποιούνται για οδοντιατρική χρήση. Η ανησυχία αυτή επιβεβαιώνεται από έρευνες 19, που δείχνουν μετασχηματισμό των κρυστάλλων ζιρκονίας μετά από διάφορες επεξεργασίες σε χαμηλές θερμοκρασίες και σε υγρό περιβάλλον. Αλλαγές στη δομή του κεραμικού υλικού που οδήγησαν σε μείωση των μηχανικών τους ιδιοτήτων, παρατηρήθηκαν και μετά την επίδραση εργαστηριακών διαμαντόδισκων στην επιφάνειά τους 31. Η επίδραση εγλυφίδων κατά την κοπή του κεραμικού σκελετού μπορεί να προκαλέσει μικρορωγμές στην επιφάνεια 4 ή ακόμα και μετασχηματισμό από μονοκλινή σε τετραγωνική φάση εξαιτίας υψηλών θερμοκρασιών που αναπτύσσονται κατά τη διαδικασία 32. Συνεπώς, το σημαντικό ερώτημα που συνέχισε να υφίσταται, αφορούσε το βάθος μετασχηματισμού και αλλαγής των κρυστάλλων ζιρκονίας και συσχετίζεται με πιθανή αποτυχία του υλικού κατά την οδοντιατρική χρήση, όπου το πάχος του κεραμικού είναι μικρό. Στην Οδοντιατρική η κεραμική ζιρκονία χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με συστήματα της υπολογιστικά υποβοηθούμενης σχεδίασης και κοπής CAD/CAM (computer-assisted-design / computer-assisted-manufacture). Αρχικά, γίνεται σάρωση και ψηφιοποίηση του παρασκευασμένου δοντιού ή του εκμαγείου. Ακολουθεί ο ηλεκτρονικός σχεδιασμός της αποκατάστασης και στη συνέχεια ο εκτροχισμός και η κατασκευή του σκελετού της προσθετικής αποκατάστασης από προκατασκευασμένο κύβο ολοκεραμικού υλικού, μέσω συσκευών κοπής ελεγχόμενων από ηλεκτρονικό υπολογιστή. Δύο είναι οι κυρίως χρησιμοποιούμενες μορφές του υλικού. Μεταξύ τους παρατηρείται ομοιότητα όσον αφορά τη χημική τους σύσταση, υπάρχουν, όμως, διαφορές στην πυκνότητα και το πορώδες. Η πρώτη μορφή είναι η μερικώς ή η μη-πυρωσυσσωματωμένη ζιρκονία. Παραδείγματα κεραμικών ζιρκονίας αυτής της μορφής αποτελούν τα ολοκεραμικά συστήματα Lava (3M ESPE), Cercon (DENTSPLY Ceramco), Vita YZ (Vident) και IPS e.max ZirCAD (Ivoclar-Vivadent). Έχει μαλακή υφή και είναι εύκολο να παρασκευαστεί. Χρησιμοποιείται για την κατασκευή των κεραμικών σκελετών (Εικόνα 5) και ακολουθεί η διαδικασία της πυρωσυσσωμάτωσης που επιτυγχάνεται σε ειδικούς φούρνους, οι οποίοι για αυτήν τη διαδικασία αναπτύσσουν θερμοκρασία έως και 1530 C. Η διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης έχει συνολική διάρκεια 8 ωρών. Κατά την πυρωσυσσωμάτωση συμβαίνει μείωση του όγκου του κεραμικού υλικού κατά περίπου 20%, γι αυτό και ο σκελετός κατασκευάζεται σε μεγαλύτερες διαστάσεις. Το τελικό αποτέλεσμα αφορά κεραμικό υλικό χωρίς πορώδες, με αυξημένες μηχανικές ιδιότητες. Η δεύτερη μορφή του κεραμικού αυτού αφορά στην πλήρως πυροσυσσωματωμένη ζιρκονία (Εικόνα 6). Οι κεραμικοί σκελετοί παρασκευάζονται σε αναλογία 1:1 όπως με τα ολοκεραμικά συστήματα DC-Zirkon (DCS Dental AG) and Ever-est-ZH (KaVo) και Zirconium TZP-HIP (Hint-Els). Εικόνα 5. Κοπή τρισκελούς σκελετού με το σύστημα inlab MC Xl της Sirona, από κύβους ζιρκονίας Vita YZ (Vident).

7 Κεραμικό ζιρκονίας στην οδοντιατρική χρήση. Μέρος 1ο: «Λευκό ατσάλι» ή επιλογή με αστάθεια δομής; 117 Εικόνα 6. Ράβδοι πυροσυσωματωμένης ζιρκονίας Zirconium TZP-HIP (Hint-Els). Αστάθεια δομής σε χαμηλές θερμοκρασίες και σε υγροποιημένο περιβάλλον Από τους πρώτους που έντονα αμφισβήτησαν τα ικανοποιητικά αποτελέσματα των κεραμικών υλικών ζιρκονίας ήταν οι Kobayashi et al 8,15,16, που τόνισαν ότι σε θερμοκρασία γύρω στους 250 C παρατηρείται μια ανεπιθύμητη συμπεριφορά του κεραμικού υλικού ζιρκονίας σταθεροποιημένου με ύτριο που μπορεί να οδηγήσει σε αποτυχία και να περιορίσει τη χρήση του. Η παρουσία υγροποιημένου περιβάλλοντος ή νερού σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες, μπορεί να προκαλέσει μετασχηματισμό της σταθερής τετραγωνικής φάσης της ζιρκονίας σε μονοκλινή στην επιφάνεια του κεραμικού 8. Το φαινόμενο αυτό ονομάστηκε αποσταθεροποίηση χαμηλής θερμοκρασίας, «low-temperature degradation» (LTD) ή φαινόμενο «Γήρανσης» της ζιρκονίας, σχετίζεται με αστάθεια της τετραγωνικής φάσης σε θερμοκρασία δωματίου και είναι υπεύθυνο για δημιουργία μικρορωγμών στο υλικό, μείωση και περιορισμό των μηχανικών ιδιοτήτων 1,11,15,17, ως αποτέλεσμα της αύξησης του όγκου των μικροκρυστάλλων και τη μείωση της πυκνότητας 18. Το φαινόμενο αυτό, (LTD), όπως και το φαινόμενο «transformation toughening», έχουν ως αποτέλεσμα τον αντίστροφο μετασχηματισμό από την τετραγωνική στη μονοκλινή φάση με ταυτόχρονη αύξηση του όγκου των κρυστάλλων. Ενώ, όμως, το δεύτερο, που προκαλείται από την εμφάνιση μιας μικρορωγμής είναι ευεργετικό, καθώς κλείνει το κενό, το πρώτο δεν είναι επιθυμητό, καθώς η αύξηση του όγκου των μικροκρυστάλλων στην επιφάνεια μπορεί να προκαλέσει μικρορωγμές στο εσωτερικό του κεραμικού με συνέπειες καταστροφικές για τις μηχανικές του ιδιότητες. Πολλές έρευνες ακολούθησαν αυτή των Kobayashi et al, και αν και δε συμφωνούν απόλυτα μεταξύ τους, οι πτυχές του φαινομένου «low-temperature degradation» (LTD), μπορούν να διατυπωθούν ως εξής 5,8,11,16,20 : Ο μετασχηματισμός από την τετραγωνική στη μονοκλινή φάση ξεκινά από την εξωτερική επιφάνεια και συνεχίζει προς το εσωτερικό του κεραμικού. Το νερό ή υγροποιημένο περιβάλλον, μπορούν να προκαλέσουν μετασχηματισμό από την τετραγωνική στην μονοκλινή φάση. Σημαντικό ρόλο στο φαινόμενο αυτό παίζουν τόσο το μέγεθος των κρυστάλλων ζιρκονίας όσο και το ποσοστό του σταθεροποιητικού παράγοντα. Ο μετασχηματισμός-εκφυλισμός της σταθερότητας της δομής του κεραμικού, είναι φαινόμενα που συμβαίνουν σε θερμοκρασίες μεταξύ C και πιο έντονα στους 250 C Οι διάφορες θεωρίες που έχουν προταθεί για να εξηγήσουν το LTD σε παρουσία νερού, βασίζονται στο: Σχηματισμό υδροξειδίων του ζιρκονίου (Zr-OH) στην επιφάνεια εξαιτίας χημικής προσρόφησης Η 2 Ο, που οδηγεί στη συσσώρευση τάσεων και το μετασχηματισμό από την τετραγωνική στη μονοκλινή φάση. Σχηματισμό υδροξειδίων του υτρίου Y(OH) 3 (Εικόνα 7), από την αντίδραση νερού Η 2 Ο και υτρίου (Y 2 O 3 ) που προκαλεί μείωση του σταθεροποιητικού παράγοντα και οδηγεί στο μετασχηματισμό φάσεων 15,16. Ο μετασχηματισμός-εκφυλισμός της σταθερότητας της δομής του κεραμικού σε υγροποιημένο περιβάλλον και σε χαμηλές θερμοκρασίες, επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες. Τα αποτελέσματα διάφορων ερευνών είναι διφορούμενα. Ο τρόπος με τον οποίο επηρεάζει το μέγεθος των κρυστάλλων το μετασχηματισμό δεν είναι ακόμα πλήρως κατανοητό. Θεωρείται ότι το μέγεθος των κρυστάλλων είναι ικανό να αποτρέψει ή να καθυστερήσει το μετασχηματισμό από την τετραγωνική στη μονοκλινή φάση 8. Κρύσταλλοι μεγέθους μεγαλύτερου από 1 μm, μπορούν να επιταχύνουν φαινόμενα μετασχηματισμού, ενώ κρύσταλλοι μικρότερου μεγέθους, μπορούν να οδηγήσουν σε αντίθετα αποτελέσματα 1,18. Εικόνα 7. Σχηματισμός υδροξειδίων του υτρίου Y(OH) 3, από την αντίδραση νερού Η 2 Ο και υτρίου (Y 2 O 3 ) 19.

8 118 Παπαναγιώτου και συν Το ερώτημα σχετικά με το ποιος τύπος ζιρκονίας είναι προτιμότερος να χρησιμοποιηθεί είναι δύσκολο, καθώς καθένας έχει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα ά του. Κάθε κεραμικό ζιρκονίας με διαφορετική σύσταση και δομή μπορεί και να έχει διαφορετική συμπεριφορά. Τα μερικώς πυρωσυσσωματωμένα κεραμικά ζιρκονίας είναι μεν εύκολο να παρασκευασθούν, μπορούν, όμως, να παρουσιάσουν μικρορωγμές μετά την πυρωσυσσωμάτωση. Όσον αφορά τον εκτροχισμό πυρωσυσσωματωμένων κεραμικών ζιρκονίας, αυτός μπορεί να προκαλέσει μετασχηματισμό της φάσης της ζιρκονίας. Αν και τα υλικά ζιρκονίας έχουν παραχθεί με υψηλές προδιαγραφές, πολλοί είναι οι παράγοντες που επηρεάζουν τη συμπεριφορά τους και, συνεπώς, μεγάλο είναι το ενδιαφέρον για να μελετηθούν σε βάθος οι πιθανές αλλοιώσεις και μετασχηματισμοί των κρυστάλλων ζιρκονίας και να εκτιμηθεί η συμπεριφορά του υλικού υπό την επίδραση διάφορων δυνάμεων, όπως συμβαίνει πριν αλλά και μετά την τοποθέτησή τους στη στοματική κοιλότητα. Συζήτηση Το κεραμικό ζιρκονίας δεν αποτελεί ένα «νέο» επίτευγμα της τεχνολογίας. Χρησιμοποιείται στον τομέα της Ορθοπεδικής από τη δεκαετία του ʼ80. Περισσότερα από εμφυτεύματα έχουν τοποθετηθεί παγκοσμίως 33. Ωστόσο το κεραμικό αυτό παρουσιάζει στο χρόνο, μία εξελικτική πορεία αλλαγών στη χημική σύσταση και τη δομή του. Τα τελευταία χρόνια, το επίκεντρο των ερευνητικών προσπαθειών εντοπίζεται στη βελτίωση της σταθερότητας της δομής του υλικού, ώστε να διατηρούνται στο χρόνο οι μηχανικές του ιδιότητες, που «κινδυνεύουν» εξαιτίας ανεπιθύμητων κρυσταλλικών μετασχηματισμών. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι η αγορά κεραμικών ζιρκονίας στην Οδοντιατρική παρουσιάζει ετήσια αύξηση περίπου 12% 34. Η αλλοίωση ή η διάβρωση της ζιρκονίας σε υγρό περιβάλλον και σε χαμηλές θερμοκρασίες (low temperature degradation), αποτελεί το πλέον σημαντικό πρόβλημα αυτού του κεραμικού με μηχανισμό δράσης που ακόμα δεν έχει επακριβώς κατανοηθεί 19. Οι αποτυχίες εμφυτευμάτων ζιρκονίας στην ορθοπεδική αποτελούν το παράδειγμα της αρνητικής επίδρασης χαμηλών θερμοκρασιών σε υγρό περιβάλλον σε συνθήκες μηχανικής καταπόνησης. Παρόμοιες καταστάσεις ισχύουν σε αποκαταστάσεις ζιρκονίας στη στοματική κοιλότητα. Το οξύμορο στη χρήση της ζιρκονίας είναι το γεγονός, ότι ενώ το αδύνατο σημείο της δεν έχει αντιμετωπιστεί και εξακολουθεί να προβληματίζει, το κεραμικό αυτό «πολλαπλασιάζει» τις χρήσεις και τις εφαρμογές του. Ολοκεραμικοί σκελετοί για ακίνητες προσθετικές αποκαταστάσεις, άξονες για αποκατάσταση ενδοδοντικά θεραπευμένων δοντιών μέχρι και πιο πρόσφατα, εμφυτεύματα, οδοντιατρικές εγλυφίδες για αφαίρεση τερηδόνας κλπ, είναι μερικές μόνο από τις πιο συχνές εφαρμογές του. Η σταθερότητα της ζιρκονίας σχετίζεται με μια σειρά από καταστάσεις, παραμέτρους και εφαρμογές. Οι σημαντικότερες από αυτές είναι η χημική σύσταση, το ποσοστό και είδος του σταθεροποιητικού παράγοντα, το μέγεθος των κρυστάλλων, το υγρό περιβάλλον, οι διάφορες εργαστηριακές διεργασίες όπως αμμοβόληση ή εκτροχισμός και η μηχανική καταπόνηση. Θα πρέπει να αποφεύγεται η γενίκευση, όσον αφορά τις επιλογές υλικών και CAD/CAM συστημάτων. Κάθε κεραμικό ζιρκονίας παρουσιάζει ιδιαιτερότητες, καθώς τόσο η χημική σύσταση όσο και το μέγεθος των κρυστάλλων δεν είναι όμοιες μεταξύ των κεραμικών των διάφορων εταιριών 19, ενώ τα διάφορα CAD/CAM συστήματα έχουν διαφορετική προσέγγιση στην κοπή του κεραμικού, από την αρχική ράβδο. Οι διαρκείς προβληματισμοί, έχουν μετατοπίσει το ερευνητικό ενδιαφέρον σε προσπάθειες αντιμετώπισης του προβλήματος με αλλαγές στη μικροδομή του κεραμικού. Το υλικό που δείχνει ότι, λόγω των ιδιοτήτων του, μπορεί να συντελέσει στη μείωση του προβλήματος, είναι το κεραμικό αλουμίνας ενισχυμένο με ζιρκονία 33. Ουσιαστικά, όμως, στην περίπτωση αυτή δεν έχουμε βελτίωση, αλλά αντικατάσταση με ένα υλικό που μπορεί ενδεχομένως να παρουσιάζει τις ευεργετικές ιδιότητες της ζιρκονίας όπως το «transformation toughening», αλλά θα έχει, πιθανώς συγκριτικά με τη ζιρκονία, μειωμένες μηχανικές ιδιότητες, λόγω του αυξημένου ποσοστού αλουμίνας 19. Κλινική σημασία Το κεραμικό ζιρκονίας παρουσιάζει διάφορες αδυναμίες όσον αφορά τη σταθερότητα της δομής του και παράλληλα τη διατήρηση των υψηλών μηχανικών του ιδιοτήτων. Ένας μεγάλος αριθμός παραγόντων που μπορεί να επηρεάσουν αρνητικά την επιτυχία της αποκατάστασης, συνδέεται με διάφορες οδοντοτεχνικές επεξεργασίες, οι οποίες και θα πρέπει να γίνονται με ιδιαίτερη προσοχή στην εφαρμογή των οδηγιών. Αλλά, ακόμα και αν η επεξεργασία γίνει «ιδανικά», οι συνθήκες στη στοματική κοιλότητα (θερμοκρασία, υγρό περιβάλλον, καταπόνηση εξαιτίας δυνάμεων κατά την μάσηση), δημιουργούν ένα πολύπλοκο μικροπεριβάλλον στο οποίο καθίσταται αμφίβολη η επιτυχής κλινική εφαρμογή του κεραμικού. Συμπεράσματα Η αυξημένη χρήση της ζιρκονίας και η συνεχής ερευνητική προσπάθεια βελτίωσής της, είναι ενθαρ-

9 Κεραμικό ζιρκονίας στην οδοντιατρική χρήση. Μέρος 1ο: «Λευκό ατσάλι» ή επιλογή με αστάθεια δομής; 119 ρυντικές όσον αφορά την επιτυχία στις ποικίλες εφαρμογές του υλικού. Η ικανοποιητική βιοσυμβατότητα της ζιρκονίας έχει ερευνηθεί εκτενέστατα τόσο in vitro όσο και in vivo 35. Οι ενθαρρυντικές ενδείξεις για οστεοενσωμάτωση 36 και αντικατάσταση των εμφυτευμάτων τιτανίου, θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε αποκαταστάσεις και χωρίς χρήση μετάλλων. Ωστόσο, η διάβρωση του υλικού σε υγρό περιβάλλον σε χαμηλές θερμοκρασίες, η αποτυχία αντιμετώπισης του προβλήματος τα τελευταία 20 χρόνια και ο μεγάλος αριθμός των παραγόντων, οδοντιατρικών διεργασιών και επιλογών που επηρεάζουν άμεσα τη σταθερότητα δομής, προβληματίζουν σε ό,τι αφορά τη μελλοντική χρήση του υλικού με τη σημερινή του μορφή. Στο 2ο μέρος της δημοσίευσης που θα ακολουθήσει, θα αναπτυχθούν όλες οι παράμετροι και οι επιλογές για κλινικές εφαρμογές που σχετίζονται με αστάθεια, μετασχηματισμό των κρυστάλλων και εκφυλισμό των μηχανικών του ιδιοτήτων του υλικού. Βιβλιογραφία 1. Lawson S. Environmental degradation of Zirconia ceramics. J Eur Ceram Soc 1995; 15: Cales B, Stefani Y, Lilley E. Long term In vivo and in vitro aging of a zirconia ceramic used in orthopaedy. J Biomed Mater Res 1994; 28: Guazzato M, Albakry M, Ringer SP, Swain MV. Strength, fracture toughness and microstructure of a selection of all-ceramic materials. Part II. Zirconiabased dental ceramics. Dent Mater 2004; 20: Kosmac T, Oblak C, Jevnikar P, Funduk N, Marion L. The effect of surface grinding and sandblasting on flexural strength and reliability of Y-TZP zirconia ceramic. Dent Mater 1999; 15: Piconi C, Maccauro G. Zirconia as a ceramic material. Review. Biomaterials 1999; 20: Pilathadka S, Vahalova D, Vosahlo T. The Zirconia: a New Dental Ceramic Material. An Overview. Prague Medical Report 2007; No 1: Guazzato M, Albakry M, Swain MV, Ironside J. Mechanical properties of In-Ceram Alumina and In- Ceram Zirconia. Int J Prosthodont 2002; 15(4): Lilley E. Review of Low Temperature Degradation in Zirconia. (Y-TZP). Corrosion and Corrosiove Degradation of Ceramics. Ceramic Transactions Vol 10. Tressler R. and McNallen M; p Yoshinari M, Derand T. Fracture strength of all-ceramic crowns. Int J Prosthodont 1994; 7(4): Γ.Κ. Καρούντζος. «Η Φασματοσκοπία Raman ως εργαλείο ποιοτικής μελέτης των ενώσεων Βολφραμίου σε τήγματα χλωριούχων αλκαλίων και ποσοτικής ανάλυσης του μετασχηματισμού φάσεων της πολυκρυσταλλικής ζιρκονίας». Διδακτορική διατριβή, Τμ. Χημ. Μηχανικών, Παν. Πατρών, Roebben G, Basu B, Vleugels J, Van der Biest O. Transformation-induced damping behaviour of Y-TZP zirconia ceramics. J Eur Ceram Soc 2003; 23: Chong K-H, Chai J, Takahashi Y, Wozniak W. Flexural strength of In-Ceram Alumina and In-Ceram Zirconia core materials. Int J Prosthodont 2002; 15(2): Oblak C, Jevnikar P, Kosmac T, Funduk N, Marion L. Fracture resistance and reliability of new zirconia posts. J Prosthet Dent 2004; 91(4): Clarke IC, Manaka M, Green SM, Williams P, Pezzotti G, Kim Y-H, et al. Current status of zirconia used in total hip implants. J Bone Joint Surg 2003; 85: Guo X. On the degradation of zirconia ceramics during low-temperature annealing in water or water vapor. J Phys Chem Solids 1999; 60: Chevalier J, Cales B, Drouin JM. Low-temperature aging of Y-TZP ceramics. J Am Ceram Soc 1999; 82(8): Li J-F, Watanabe R. Phase transformation in Y 2 O 3 -partially-stabilized ZrO 2 polycrystals of various grain sizes during low-temperature aging in water. J Am Ceram Soc 1998; 81(10): Boulcʼh F, Dessemond L, Djurado E. Delay of tetragonal-to-monoclinic transition in water vapour due to nanostructural effect. J Eur Ceram Soc 2004; 24: Papanagiotou HP, Morgano SM, Giordano RA, Pober R. In vitro evaluation of low-temperature aging effects and finishing procedures on the flexural strength and structural stability of Y-TZP dental ceramics. J Prosthet Dent.2006 Sep;96(3): Deville S, Chevalier J, Fantozzi G, Bartolome JF, Requena J, Moya JS, et al. Low-temperature ageing of zirconia-toughened alumina ceramics and its implication in biomedical implants. J Eur Ceram Soc 2003; 23: Probster L, Diehl J. Slip-casting alumina ceramics for crown and bridge restorations. Quintessence Int 1992; 23(1): Magne P, Belser U. Esthetic improvements and in-vitro testing of In-Ceram Alumina and Spinell Ceramic. Int J Prosthodont 1997; 10(5): Suarez MJ, Lozano JFL, Salido MP, Martinez F. Threeyear clinical evaluation of In-Ceram Zirconia posterior FPDs. Int J Prosthodont 2004; 17(1): Pallis K, Griggs JA, Woody RD, Guillen GE, Miller AW. Fracture resistance of three all-ceramic restorative systems for posterior applications. J Prosthet Dent 2004; 91(6): Seghi RR, Sorensen JA. Relative flexural strength of six new ceramic materials. Int J Prosthodont 1995; 8(3): Chong K-H, Chai J, Takahashi Y, Wozniak W. Flexural strength of In-Ceram Alumina and In-Ceram Zirconia core materials. Int J Prosthodont 2002; 15(2): Jeong S-M, Ludwig K, Kern M. Investigation of the fracture resistance of three types of zirconia posts in allceramic post-and-core restorations. Int J Prosthodont 2002; 15(2): Scarano A, Di Carlo F, Quaranta M, Piattelli A. Bone response to zirconia ceramic implants: An experimental study in rabbits. J Oral Implantol 2003; 29(1): Luthardt RG, Holzhuter M, Sandkuhl O, Herold V,

10 120 Παπαναγιώτου και συν Schnapp JD, Kuhlisch E, et al. Reliability and properties of ground Y-TZP-Zirconia ceramics. J Dent Res 2002; 81(7): Haraguchi K, Sugano N, Nishii T, Miki H, Oka K, Yoshikawa H. Phase transformation of a zirconia ceramic head after total hip arthoplasty. J Bone Joint Surg 2001; 83-B: Luthardt RG, Holzhuter MS, Rudolph H, Herold V, Walter MH. CAD/CAM-machining effects on Y-TZP zirconia. Dent Mater 2004; 20: Guazzato M, Quach L, Albakry M, Swain MV. Influence of surface and heat treatments on the flexural strength of Y-TZP dental ceramic. J Dent 2005; 33(1): Vagkopoulou T, Koutayas SO, Koidis P, Strub JR. Zirconia in dentistry: Part 1. Discovering the nature of an upcoming bioceramic. Eur J Esthet Dent 2009; 4(2): Chevalier J. What future of zirconia as a biomaterial? Biomaterials 2006; 27: Linkevicius T, Apse P. Influence of abutment material on stability of peri-implant tissues: a systematic review. Int J Oral Maxillofac Implants 2008; 23(3): Depprich R. Et al. Osseointegration of zirconia implants: an SEM observation of the bone-implant interface. Head & Face Medicine 2008; 4:25