A necessidade de melhores propriedades mecânicas em regiões sujeitas a maiores cargas mastigatórias levou à introdução da zircônia na odontologia (Cacko, 2007). Com propriedades mecânicas superiores às demais cerâmicas, a zircônia Y- TZP ampliou as indicações das próteses cerâmicas para próteses parciais fixas de 3 a 4 elementos em qualquer região bucal (Fonseca, 2008).
Comparada com outros materiais cerâmicos, a zircônia apresenta estabilidade superior da infra-estrutura e exibe a combinação de elevada resistência flexural e elevada tenacidade à fratura, associada à propriedade de transformação de fase (tetragonal para monoclínica), além de menor módulo de elasticidade. Estas propriedades, não isoladamente, mas de forma combinada, podem justificar as excelentes taxas de sobrevida para a infraestrutura. Entretanto, a principal causa de complicações mecânicas nas próteses à base de zircônia relaciona-se com a fratura da porcelana de revestimento. Esta pode ser devido à forma (design) deficiente da infraestrutura, o qual não promove suporte adequado à porcelana de cobertura e pode estar associada à concentração de tensão durante a aplicação da porcelana de revestimento. A fratura da porcelana de revestimento para PPFs totalmente cerâmicas é de 13,6% em 5 anos, estatisticamente diferente da taxa de 2,9% ao ano observada nas PPFs metalocerâmicas. Melhorar o comportamento dos sistemas cerâmicos à base de zircônia em relação à fratura da porcelana de revestimento é o desafio a ser superado e, dessa forma, ter um sistema totalmente cerâmico, do ponto de vista mecânico, similar ao metalocerâmico (Martins et al., 2010).
O notável desempenho da zircônia, já explorado em diversas aplicações médicas e de engenharia, deve-se principalmente à transformação da fase tetragonal metaestável para a fase monoclínica (t → m). Esta transformação pode ser induzida por fatores termomecânicos, resultando num aumento de volume de cerca de 4% da célula unitária. Esse aumento de volume gera estresses compressivos superficiais, ou na ponta de uma eventual trinca. Neste caso, para que a trinca se propague, ela deve superar esta tensão compressiva que foi formada ao
seu redor. Este mecanismo de tenacificação explica a elevada resistência à fratura da zircônia, quando comparada a outras cerâmicas (Piconi & Maccauro, 1999 apud Andreiuolo, 2007).
Isto se torna ainda mais crítico nas regiões posteriores da boca, onde as forças mastigatórias são maiores, podendo atingir mais de 500N em um indivíduo normal (Andreiuolo, 2007).
As cerâmicas Y-TZP apresentam alta resistência (2.000-2.500N) e alta tenacidade a fratura (9-10 MPa/m½). O óxido de ítrio establiza a zircônia, gerando um material multifase. Quando solicitadas mecanicamente, as tensões de tração agem na ponta da fenda, e ocorre a transformação da zircônia tetragonal para a forma monocíclica, o que permite um aumento localizado de 3% a 5% em volume. Esse volume aumentado cria tensões compressivas ao redor da microfenda, prevenindo sua propagação. Essa alta tenacidade e confiabilidade estrutural tornam esse material um dos mais seguros para o emprego em restaurações livres de metal (Bottino et al., 2009; Ahmad, 2006).
As propriedades mecânicas da Y-TZP dependem basicamente do tamanho de grão. Menor tamanho de grão (<1 mm) são associados com menores taxas de transformação t → m. No entanto, a transformação t → m é mínima quando os tamanhos de grão são inferiores a cerca de 0,2 mm, o que reduz, por outro lado, o mecanismo de tenacificação (Silva et al., 2010).
Denry & Kelly (2008) retificam e complementam dizendo que as propriedades mecânicas de Y-TZP dependem fortemente dos seus tamanhos de grãos. Acima de um tamanho de grão crítico, Y-TZP é menos estável e mais suscetível à transformação t → m. Os tamanhos menores de grãos (m <1) estão associados a um menor taxa de transformação. Além disso, abaixo de um determinado tamanho de grão (¼ 0,2 m), a transformação não é possível, levando a redução da tenacidade à fratura.
A maior força da zircónia, em comparação com a alumina, não está unicamente relacionada à transformação de endurecimento, mas varia de acordo com o processo de sinterização e completa eliminação de porosidade, bem como a adição de estabilizador de ítrio. Zirconia é a mais forte cerâmica utilizada na odontologia, e dependendo de um produto específico, a resistência à flexão pode ser superior a 1.000 MPa (Ahmad, 2006).
faixa de 900 a 1.100 MPa. Esta é aproximadamente duas vezes tão forte como a cerâmica de óxido de alumina atualmente no mercado e cinco vezes maior do que a cerâmica de vidro padrão. Ainda mais importante é a tenacidade à fratura do material (Ahmad, 2006).
Devido ao mecanismo da transformação de endurecimento, as rachaduras que se desenvolvem na zircônia não resultam em fratura completa ou o fracasso da restauração. A tenacidade à fratura da Zirconia é quase o dobro de todas as cerâmicas de óxido de alumínio. Além disso, sem qualquer matriz de vidro, materiais de óxido de zircônia são geralmente mais resistentes e oferecem mais resistência a rachaduras. Além disso, a corrosão química que ocorre em substratos de vidro e podem levar ao fracasso clínico, tendem a não acontecer em cerâmicas densas. O componente aquoso na saliva pode reagir com o vidro em um material cerâmico, causando corrosão. Isto pode aumentar a taxa de propagação de fraturas e levar ao fracasso do material restaurador (Parker, 2007).
Como visto, a zircônia apresenta excelentes características mecânicas, como a tenacidade à fratura e a resistência flexural, em parte devido a transformação da fase metaestável tetragonal para a monoclínica. Entretanto, apesar das cerâmicas densas terem pouco ou nenhum conteúdo de vidro suscetível a corrosão, a zircônia apresentao problema relacionado com sua degradação por envelhecimento a baixas temperaturas, sendo que este fenômeno ocorre na superfície da zircônia e degrada suas excelentes propriedades mecânicas. A zircônia quer seja estabilizada por óxido de ítrio, cério, cálcio ou magnésio é susceptível a degradação em várias situações deambientes,comoaovapord’água,àumidadedoar,ea outros fluídos; contudo, em ambiente aquoso o efeito é mais catastrófico e ocorre em curtos períodos de tempo. É importante salientar que próteses fixas ou unitárias podem ser cimentadas sobre pilares vitais, os quais apresentam umidade oriunda dos túbulos dentinários, sendo aquiimportanteacapacidade docimentodeimpedirquea superfície da zircônia entre em contato com esta umidade. Por meio do mesmo mecanismo (transformação da fase tetragonal-monoclínica) que pode beneficiar a Y-TZP melhorando suas propriedades mecânicas, pode-se deteriorar estas mesmas propriedades mecânicas através do processo de envelhecimento (Martins et al., 2010).
Assim, a degradação é causada por esta transformação de fase, a qual é acompanhada pelo surgimento de micro ou macro trincas, ocorrendo primeiramente na superfície do material, sendo que a água ou o vapor d’água pode atuar
sinergicamente neste mecanismo de envelhecimento. Dessa forma, este processo ocorre primeiramente em grãos localizados na superfície, com uma cascata posterior de enventos que culmina na formação de microtrincas e tensões nos grãos vizinhos, favorecendo a penetração de àgua e promovendo a transformação de fase em um maior número de grãos. Finalmente ocorre a formação de uma superfície rugosa associada a microtrincas mais extensas (Martins et al., 2010).
Na tabela 5, tem-se esquematicados os materiais cerâmicos e sistemas CAD/CAM com suas indicações e resistência.
Tabela 5 - Materiais cerâmicos e sistemas CAD/CAM com indicações e resistência.
CAD-CAM Material Indicações Resistência à flexão
Alumina > 600 MPa
Procera
Zirconia
Coroas e pontes
(2-4 elementos) >1000 MPa
In-Ceram Alumina 500 MPa
Cerec
In-Ceram Zircônia
Coroas e pontes
750 MPa
Zirconia Mole >1000 MPa
Everest
Zirconia Dura
Coroas e pontes
(até 4-5 elementos) >1200 MPa Lava Zirconia Mole Coroas e pontes >1000 MPa Fonte: Correia et al. (2006).
Na tabela 6, tem-se processos de fabricação, do que se compõe a fase cristalina de cada cerâmica, a resistência à fratura, nome do sistema cerâmico e fabricantes das principais cerâmicas odontológicas.
Tabela 6 - Processos de fabricação, do que se compõe a fase cristalina, resistência à fratura, nome do sistema cerâmico e fabricante.
Processo de fabricação Fase Cristalina Força (MPa) Sistema Cerâmico
Fabricante
Prensagem e sinterização “Slip-cast” e Infiltração por vidro
“Slip-cast” e Infiltração por vidro ou Usinagem Mole e infiltração por vidro “Slip-cast” e Infiltração por vidro ou Usinagem Mole e infiltração por vidro Usinagem Mole e Sinterização Usinagem Mole e Sinterização Usinagem Dura Alumina Alumina Spinel TZP Y-TZP Alumina Leucita 650 600 400 650 1.100 700 100 Procera In-Ceram Alumina In-Ceram Spinel In-Ceram Zirconia Cercon In-Ceram AL IPS-Empress Nobel Biocare Vident Vident Vident Dentsply Vident Ivoclar
Usinagem Dura e
cristalização Dissilicato de Lítio 300
CAD
IPS e.max CAD Ivoclar
Fonte: Denry & Holloway (2010).