Zirkonian pintakäsittelyn vaikutus sen mekaanisiin ominaisuuksiin ja posliinisidokseen

Abstract

Tutkimuksen tarkoitus: Valmistettaessa kokokeraamista proteesia zirkoniasta joudutaan sintrattua zirkoniarunkoa usein viimeistelemään esimerkiksi poraamalla. On huomattu, että osa laboratoriossa käytettävistä pintakäsittelymenetelmistä vahvistaa ja osa puolestaan heikentää zirkonian mekaanisia ominaisuuksia. Lisäksi zirkoniarungon päälle kerrostettu posliini saattaa irrota mekaanisessa rasituksessa, jolloin tapahtuu niin sanottu ”chipping-ilmiö”. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli löytää optimaalinen pintakäsittelymenetelmä, joka sekä vahvistaa zirkonian mekaanisia ominaisuuksia että luo vahvan sidoksen zirkonian ja posliinin välille.

Materiaalit ja menetelmät: Tutkimuksessa käytettiin Zirkonzahnin zirkoniaa, josta valmistettiin kaikki koekappaleet. Testausmenetelmiä oli neljä: 3-pistetaivutus, biaxiaalinen, push out ja microtensile. Zirkonian taivutuslujuusmittauksia varten koekappaleet jaettiin yhdeksään eri pintakäsittelyryhmään, jotka olivat pintakäsittelemätön kontrolliryhmä, alumiinioksidi 50µm, Rocatec 30µm, Rocatec 105µm, mikromoottori, turbiini, hiekkapaperihionta, timanttipasta ja höyrypesu. Jokaisen pintakäsittelymenetelmän pintastruktuuria tarkasteltiin pinnankarkeusmittarilla sekä pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM). Push out- ja microtensile-koekappaleiden valmistuksessa käytettiin kahden eri valmistajan posliinia: Zirkonzahnin Ice Zirkonia Keramik ja GC:n Initial Zr. Zirkonian ja posliinin sidoslujuustestauksia varten koekappaleet jaettiin kolmeen eri pintakäsittelyryhmään, jotka olivat kontrolli, alumiinioksidi 50µm ja Rocatec 30µm. Tulokset analysoitiin käyttäen ANOVA- ja Tukey post hoc -menetelmiä.

Tulokset: Mikromoottoria lukuunottamatta kaikki pintakäsittelymenetelmät vahvistivat zirkoniaa. Alumiinioksidi 50µm, Rocatec 30µm ja hiekkapaperihionta antoivat parhaimmat taivutuslujuustulokset. Pinnankarkeusmittauksissa turbiiniryhmä sai suurimmat karkeusarvot. Tästä huolimatta kyseinen ryhmä sai paremmat taivutuslujuusarvot kuin kontrolliryhmä. Timanttipastaryhmä, jolla oli hienoin pintastruktuuri, ei kuitenkaan saavuttanut keskivertoa parempia tuloksia. Tästä voidaan päätellä, että pinnankarkeus ei ole suoraan verrannollinen taivutuslujuuteen. Parhaimmat sidoslujuusmittaustulokset saatiin ryhmistä GC Initial Zr/Rocatec 30µm ja Ice Zirkonia Keramik/alumiinioksidi 50µm. Tasaisimmat tulokset saavutettiin GC Initial Zr -posliiniryhmissä. Microtensile-testituloksia ei päästy arvioimaan koekappaleiden valmistuksessa ilmenneiden teknisten ongelmien vuoksi.

Yhteenveto: Pääsääntöisesti kaikki käytetyt pintakäsittelymenetelmät vahvistavat zirkonian mekaanisia ominaisuuksia. Laboratoriotyöskentelyssä yleisesti käytetty mikromoottorikäsittely ei ole suositeltavaa sen heikentävän vaikutuksen vuoksi. Kerrostettaessa Ice Zirkonia Keramik -posliinilla suositellaan zirkonialle alumiinioksidi 50µm -pintakäsittelyä. Vastaavasti käytettäessä GC:n Initial Zr -posliinia suositellaan pintakäsittelymenetelmäksi Rocatec 30µm -hiekkapuhallusta.

The aim of this study: When preparing dental prosthesis using zirconia as framework, the sintered zirconia usually has to be milled with a bur. Some of the methods that are used in laboratories make the frame stronger while some methods seem to decrease the mechanical properties of zirconia. The problem is that in many ceramic restorations a chipping phenomenon occurs, whereby the ceramics simply chip off the zirconia surface. The aim of this study was to find an optimal surface treatment of the material that both increases the strength and gives the best bond strength between zirconia and ceramics.

Material and Methods: In this investigation the commercial zirconia by Zirkonzahn, Italy was used. Four testing methods were used: 3-point bending, biaxial, push out and microtensile. Flexural strength testing consisted of nine surface treatment groups: control, aluminiumoxide 50µm, Rocatec 30µm, Rocatec 105µm, micromotor, turbine, sandpaper, diamond paste and steam washed. Specimens from each group were examined with a surface roughness tester and a scanning electron microscope (SEM). For ceramic veneered push out and microtensile tests, two commercial ceramics were used: Ice Zirkonia Keramik by Zirkonzahn and Initial Zr by GC. The specimens were divided into three groups with different surface treatments: control, aluminiumoxide 50µm and Rocatec 30µm. Finally, all data were statistically analyzed using ANOVA and Tucey post hoc tests.

Results: The tests showed that all the surface treatment methods, except the micromotor, strengthened zirconia. Aluminiumoxide 50µm, Rocatec 30µm and grinding with sandpaper gave the best flexural strength values. The turbine group obtained the highest values when measuring surface roughness. In spite of this, this group achieved better flexural strength values than the control group. The diamond paste group had the smoothest surface structure, but did not gain higher than average values. Thus, it can be concluded, that surface roughness of zirconia does not correlate with flexural strength. The groups GC Initial Zr/Rocatec 30µm and Ice Zirkonia Keramik/aluminiumoxide 50µm showed the best tensile strength values and the most uniform values were found in groups veneered with GC Initial Zr porcelaine. The test results of the microtensile group could not be evaluated, because of technical problems that turned up during the manufacture of the specimens.

Conclusions: On the whole, all the surface treatment methods used in this research were found to reinforce the mechanical properties of zirconia. The micromotor surface treatment which is commonly used in laboratories cannot be recommended because of its weakening impact on zirconia. Using Ice Zirkonia Keramik as a veneering ceramic, the aluminiumoxide 50µm is recommended as surface treatment. Correspondingly, when using GC Initial Zr ceramic, sandblasting with Rocatec 30µm is recommended.