Estudo da influência do processo de têmpera química sobre as propriedades mecânicas e ópticas de porcelanas odontológicas feldspáticas ultrafinas

Abstract

Este trabalho tem o objetivo de estudar a influência do processo de têmpera química em porcelanas odontológicas feldspáticas ultrafinas sobre propriedades mecânicas e ópticas incluindo uma simulação numérica referente ao processo de troca catiônica. Para o processo de têmpera química, foi utilizada uma porcelana odontológica feldspática comercial de alta pureza (Vision Low BB0, fabricado por Wohlwend AG ? fornecido por Bradent Imports). As amostras foram confeccionadas pelo método de fundição por cera perdida, no formato de discos de 14±2 mm de diâmetro e 1,2±0,2 mm de espessura. Para o processo de têmpera química, foram utilizados o nitrato de potássio (KNO3) e o nitrato de rubídio (RbNO3). As propriedades mecânicas foram avaliadas pela medida da resistência à flexão biaxial, segundo norma ABNT NBR/ISO 6872:2016. A técnica de microscopia eletrônica de varredura, juntamente com o EDX acoplado a ele, foi utilizada para se estudar o processo de troca catiônica, na seção transversal do material. Para investigar a influência do processo de têmpera química sobre as propriedades ópticas do material odontológico, foi realizada a análise colorimétrica. Finalmente, o processo de difusão dos íons envolvidos, no tratamento de têmpera química, foi estudado numericamente, sendo proposto um modelo que representa os resultados experimentais. Dessa forma, foi possível encontrar o coeficiente de difusão dos íons envolvidos na troca catiônica. Os resultados da resistência à flexão mostraram que a têmpera química com KNO3 e RbNO3 incrementou a resistência à flexão do material em 150% e 134%, respectivamente. Os melhores resultados foram obtidos, realizando a têmpera com KNO3 (294±30 MPa) e com RbNO3 (272±35 MPa), o que evidencia que foi possível elevar a resistência à flexão da porcelana feldspática a níveis próximos a do dissilicato de lítio (259±35 MPa), resultado não antes visto para a cerâmica feldspática. O estudo estatístico evidenciou que o processo de têmpera influenciou significativamente na resistência mecânica à flexão. Por outro lado, o estudo colorimétrico mostrou que não houve variação na cor e na translucidez da porcelana odontológica feldspática, após os processos de têmpera acima dos limites perceptíveis e clinicamente aceitáveis. Por fim, a simulação numérica desenvolvida proporcionou determinar os coeficientes de difusão do potássio (DK+ = 2,5·10-13 m²/s) e do rubídio (DRb+ = 2,0·10-15 m²/s), na microestrutura da porcelana odontológica feldspática, os quais se mostraram superiores aos coeficientes de difusão desses íons em vidros (DK+ ? 10-15 m²/s e DRb+ ? 10-17 m²/s) e similares àqueles em porcelanatos (DK+ = 1,3·10-14 m²/s).Este trabalho tem o objetivo de estudar a influência do processo de têmpera química em porcelanas odontológicas feldspáticas ultrafinas sobre propriedades mecânicas e ópticas incluindo uma simulação numérica referente ao processo de troca catiônica. Para o processo de têmpera química, foi utilizada uma porcelana odontológica feldspática comercial de alta pureza (Vision Low BB0, fabricado por Wohlwend AG ? fornecido por Bradent Imports). As amostras foram confeccionadas pelo método de fundição por cera perdida, no formato de discos de 14±2 mm de diâmetro e 1,2±0,2 mm de espessura. Para o processo de têmpera química, foram utilizados o nitrato de potássio (KNO3) e o nitrato de rubídio (RbNO3). As propriedades mecânicas foram avaliadas pela medida da resistência à flexão biaxial, segundo norma ABNT NBR/ISO 6872:2016. A técnica de microscopia eletrônica de varredura, juntamente com o EDX acoplado a ele, foi utilizada para se estudar o processo de troca catiônica, na seção transversal do material. Para investigar a influência do processo de têmpera química sobre as propriedades ópticas do material odontológico, foi realizada a análise colorimétrica. Finalmente, o processo de difusão dos íons envolvidos, no tratamento de têmpera química, foi estudado numericamente, sendo proposto um modelo que representa os resultados experimentais. Dessa forma, foi possível encontrar o coeficiente de difusão dos íons envolvidos na troca catiônica. Os resultados da resistência à flexão mostraram que a têmpera química com KNO3 e RbNO3 incrementou a resistência à flexão do material em 150% e 134%, respectivamente. Os melhores resultados foram obtidos, realizando a têmpera com KNO3 (294±30 MPa) e com RbNO3 (272±35 MPa), o que evidencia que foi possível elevar a resistência à flexão da porcelana feldspática a níveis próximos a do dissilicato de lítio (259±35 MPa), resultado não antes visto para a cerâmica feldspática. O estudo estatístico evidenciou que o processo de têmpera influenciou significativamente na resistência mecânica à flexão. Por outro lado, o estudo colorimétrico mostrou que não houve variação na cor e na translucidez da porcelana odontológica feldspática, após os processos de têmpera acima dos limites perceptíveis e clinicamente aceitáveis. Por fim, a simulação numérica desenvolvida proporcionou determinar os coeficientes de difusão do potássio (DK+ = 2,5·10-13 m²/s) e do rubídio (DRb+ = 2,0·10-15 m²/s), na microestrutura da porcelana odontológica feldspática, os quais se mostraram superiores aos coeficientes de difusão desses íons em vidros (DK+ ? 10-15 m²/s e DRb+ ? 10-17 m²/s) e similares àqueles em porcelanatos (DK+ = 1,3·10-14 m²/s).

Abstract: This work aims to study the influence of the ion exchange process in ultrathin feldspathic dental porcelains with emphasis on mechanical and optical properties, including a numerical simulation by mathematical model regarding the cation exchange process. For the ion exchange process, a high purity commercial feldspathic dental porcelain (Vision Low BB0, manufactured by Wohlwend AG ? supplied by Bradent Imports) was used. The samples were made by the lost-wax casting method, in the shape of discs with 14±2 mm in diameter and 1.2±0.2 mm in thickness. For the ion exchange process, potassium nitrate (KNO3) and Rubidium nitrate (RbNO3) were used. The mechanical properties were evaluated by measuring the biaxial flexural strength according to the ABNT NBR/ISO 6872:2016 standard. Scanning electron microscopy coupled with EDX, was used to study the cation exchange process in the cross section of the material. To investigate the influence of the ion exchange process on the optical properties of the dental material, a colorimetric analysis was performed. Finally, the process of diffusion of the ions involved in the treatment of chemical quenching was studied numerically, being proposed a model that represents the experimental results. In this way it was possible to find the diffusion coefficient of the ions involved in the cation exchange. The flexural strength results showed that the ion exchange process with KNO3 and RbNO3 increased the flexural strength of the material by 150% and 134%, respectively. The best results were obtained by ion exchange process with KNO3 (294±30 MPa) and with RbNO3 (272±35 MPa), which shows that it was possible to increase the flexural strength of feldspathic porcelain to levels close to that of lithium disilicate (259±35 MPa), a result not seen before for feldspathic ceramics. The statistical study showed that the tempering process significantly influenced the mechanical flexural strength. On the other hand, the colorimetric study showed that there was no variation in the color and translucency of the feldspathic dental porcelain after the tempering processes above the perceptible and clinically acceptable limits. Finally, the numerical simulation by mathematical model developed allowed to determine the diffusion coefficients of potassium (DK+ = 2.5·10-13 m²/s) and rubidium (DRb+ = 2.0·10-15 m²/s) which were superior the diffusion coefficient of these ions in glasses (DK+ ? 10-15 m²/s and DRb+ ? 10-17 m²/s) and similar to those in porcelain tiles (DK+ = 1.3·10-14 m²/s).