GÜÇLENDRLM DENTAL SERAMKLERN VCKERS SERTLKLER VE YÜK ALTINDA KIRILMA DAVRANILARI

Transkript

1 GÜÇLENDRLM DENTAL SERAMKLERN VCKERS SERTLKLER VE YÜK ALTINDA KIRILMA DAVRANILARI VICKER S HARDNESS OF REINFORCED CERAMICS AND MODES OF FRACTURE UNDER LOAD Dr. M.Erhan ÇÖMLEKO4LU* Doç. Dr. Mine DÜNDAR* Dr. Bülent GÖKÇE* Doç Dr. M. AL( GÜNGÖR* Prof. Dr. Mutlu ÖZCAN** Prof. Dr. Celal ARTUNÇ* ÖZET Amaç: Bu çalmann amac güçlendirilmi dental seramiklerin Vickers sertlik deerlerinin ve yük altndaki krlma ekillerinin belirlenmesidir. Gereç ve Yöntem: Lösit (Evopress,Wegold&De), düük lösit (Finesse, Ceramco), cam infiltrasyonlu aluminöz seramik (Inceram Alumina,Vita) ve lityum disilikat (E.max press, Ivoclar) bazl dört farkl seramik alt yap materyali (n=7/grup) her bir üretici firmann önerileri dorultusunda hazrland (3 mm kalnlkta; 5 mm çapta). Her bir alt yap seramiine özgü kaplama seramikleri; paslanmaz çelik bir metal kalpta (5mm çap 5mm yükseklikte) vibrasyonla kondanse edildi ve alt yap seramiklerinin üzerine piirildi. Örnekler batrma testlerinden önce 37 C de 24 saat distile suda bekletildikten sonra polyester kalplara gömüldü. Vickers sertlik deerleri (DUH±SD) ölçüldü (çene hz:7,2 gf/s, yük:200 gf) ve veriler istatistiksel olarak analiz edildi (ANOVA). Çatlak oluumu için örneklerin üst yüzeylerine makro sertlik test cihaznda batc elmas uç ile (1 mm çapl) 400 N yük uyguland. Alnan taramal elektron mikroskop görüntüleri ile her bir gruba ilikin çatlak ekilleri gözlemlendi. Bulgular: Gruplar arasnda ortalama Vickers sertlik deerleri düük lösit grubu için anlaml olarak (P<0.05) en yüksek bulunur iken (236±17), bunu lösit (129±51), cam infiltrasyonlu aluminöz seramik (117±38), ve lityum disilikat (85±34) kaplama seramik materyalleri azalan srayla izledi. Yük uygulamas sonrasnda genellikle nsal ya da koni ekilli çatlaklarn olutuu gözlendi. Sonuç: Seramik materyalin sertliinin artmas daha fazla ve daha uzun çatlak oluumuna yol açt. Bu çalmadaki deneysel koullar altnda kaplama seramik gruplarnn hiçbirinde alt yap seramiklerine ulaan çatlak oluumu gözlenmedi. Anahtar Kelimeler: Vickers sertlii, cam seramik, kaplama seramikleri. SUMMARY Objective: The objectives of this study were to determine the Vicker`s hardness of reinforced dental ceramics and determine the modes of fractures under load. Methods: Four ceramic core groups (n=7/group) from leucite (Evopress,Wegold&De), low leucite (Finesse, Ceramco), glass-infiltrated (Inceram Alumina,Vita) and lithium disilicate materials (E.max press, Ivoclar) were fabricated according to each manufacturers instructions (thickness: 3 mm, diameter: 5 mm). Their individual veneering ceramics were vibrated, condensed in a stainless steel mold (diameter: 5 mm, height: 5 mm) and fired on the core materials. The specimens were stored in distilled water at 37 C for 24 hours prior to indentation tests and embedded in polyesther moulds. Vickers hardness values (DUH±SD) were measured (cross-head speed:7,2 gf/s, load:200 gf) and statistically analysed (ANOVA). A load of 400 N was applied on the surfaces of specimens with a diamond indentor (diameter:1 mm) at the macro hardness test machine for crack formation. The crack modes for each group were observed under the scanning electrone microscope. Results: The Vickers hardness values for low leucite veneering ceramic were significantly (P<0.05) higher (236±17), followed by the leucite (129±51), glass-infiltrated (117±38), and lithium disilicate (85±34) veneering ceramic materials in decreasing order. Mainly radial or cone cracks were observed after the application of load. Conclusion: The increase in the hardness of the material led to more crack formation and resulted in longer cracks. No crack formation extending to the core materials were observed in neither of the ceramic groups under these experimental conditions. Keywords: Vickers hardness, glass ceramics, veneering ceramics. seramiklerin güçlendirilmesi için alümina partikülleri, GR iyon deiimi ile seramik yüzeyinde gerilim oluturularak, Dental porselen, farkl oranlarda silika (SiO2), lösit ile ve kontrollü kristalizasyon ilemleriyle feldspar (K2O-Al2O3-6SiO2) ve alümina (Al2O3) gibi yaplabilmektedir. 1-3 Sabit seramik restorasyon yapm için kristaller içerir. Bu kristalize parçalar berrak ve likide en az üç fakl tip seramik kullanlr: alt yap (kor), insizal benzer yapdaki camn içinde bir arada tutulurlar. 1-3 Dental ve gingival. Bu seramikler doal bir diin farkl * Ege Üniversitesi Di Hekimlii Fakültesi Protetik Di Tedavisi AD, (zmir ** Groningen Üniversitesi, Klinik Dental Biyomateryaller Bölümü, Groningen, Hollanda 119

2 ksmlarn taklit edebilecek ekilde yaplmlardr. Bunlar çounlukla lösit gibi kristalize yaplar içeren camlardr. Lösit (K 2 O.Al 2 O 3.4SiO 2 ), yapay kristal bir feldspatoid yapdr. Dental porselenlerin çounda feldspar kristalleri özel bir sl ilemden geçirildikten sonra cama ve lösit kristallerine çevrilmektedir. Lösitin dental porselendeki esas görevi termal genleme katsaysn arttrarak sertlii ve balanmay arttrmaktr. Dental porselenler lösit içeren tozlardan oluurlar. Lösit, sya dayankl bir iskelet oluturur ve aradaki boluklar cam ile dolar. 4-7 Alüminöz seramiklerde alt yap materyali % 40 kristalize alümina içermektedir. Bu alt yap, materyalin dayanklln yaklak iki kat (10,000 psi (69 MN/m²)) arttrmaktadr. In-Ceram sisteminde yüksek alümina içeren (% 85) bir materyal kullanlr ancak güdüklü alç model üzerinde hazrlanr. Bu güdük orijinal master die dan dublike edilerek özel bir alç ile çoaltlr ve vernik ile aralk yaratlr. Toz kartrlarak slak karm, emici sya dayankl matrikse uygulanr, kurutulur ve sinterlenir. Bu sl ilem alümina partiküllerinin gren snrlarn ksmen birletirir ve alt yapnn güdükten ayrlmasn kolaylatrr. Uyumlandrldktan sonra alümina alt yap termal uyumlu, özel bir düük s cam ile kaplanarak infiltrasyon piirmesi yaplr ve kapiller etki ile piirilerek youn, alümina ve camdan oluan kuvvetli, kompozit bir yap meydana gelir. Bu ilemde, kor materyali büyük, beyaz, opak bir kütleden güçlü, karamel renkli seramik bir alt yapya dönüür. Bu aamada, In- Ceram alt yaps tamamlanm saylr ve restorasyon son ekline göre bitirilerek termal olarak uyumlu alüminöz kaplama seramikleri piirilir. 4-6 IPS E.max press cam seramik, SiO 2 -LiO 2 kimyasal sisteminden; Evopress ve Finesse lösit bazl cam seramikler ise SiO 2 -Al 2 O 3 -K 2 O sisteminden türetilmilerdir. 7 Sabit bölümlü protezlerin yapm için yukarda da ksaca deinildii gibi gelitirilmi dayanklla sahip tam seramik sistemler üretime sunulmutur. Güçlendirilmi seramik materyallerdeki hasarlanma davranlarn tanmlayabilmek için tabakal dental seramik yaplarda yük altnda baarszln mekaniinin anlalmas gerekmektedir. Laboratuar koullarndaki yük altnda baarszlk testleri, sabit bölümlü protezlerin baarsn etkiledii düünülen deikenleri aratrmak ve yeni materyaller ya da tasarmlar deerlendirmek amacyla simulasyon giriimli yöntemlerdir. Bu testlerin çounda küresel ve/veya keskin batc uçlarla yükleme uygulanmaktadr. 8,9 Krlma tokluu (sertlii) testleri, bir materyalin çatlak ve düümlere kar duyarlln belirler. 10 Krlma sertliini belirlemek için farkl yöntemler uygulanabilir ancak bu yöntemlerin çounda karmak ekilli örneklerin kullanlmas gerekir. 8,9 Belirli ekilli örneklerin üretimindeki zorluklar nedeniyle batrma ile krlma sertlii ölçme testleri gelitirilmitir. 11 Bu testlerde, yüzeye elmas bir uç batrlr. Bu ilem, sertlik testine benzer ancak batrma bölgesinin çevresinde çatlaklar oluturmak için daha fazla yük uygulanmas gereklidir. Yük, Poisson oran, elastiklik modülü ve ölçülen batma oran ile çatlak boyutlar ampirik bir denklem ile krlma sertliinin hesaplanmasna olanak tanrlar Bu test yöntemi, ancak büyük ikincil fazlar olmayan oldukça homojen materyaller için uygundur. 12 Tam seramik restorasyonlar genellikle tabakalar halinde; youn ve güçlü seramik alt yaplarn üzerine estetik ancak zayf kaplama seramikleri ile üretilirler Klinik baarszlklarnda ise en çok rastlanan nedenler kaplama ve/veya alt yap seramiklerinde çatlak oluumlardr Bu çalmann amac, farkl tam seramik kaplama/alt yap materyallerinin Vickers sertlik ölçüm yöntemiyle çatlak ekillerinin belirlenmesidir. GEREÇ VE YÖNTEM Lösit (Evopress,Wegold), düük lösit (Finesse, Ceramco), cam infiltrasyonlu aluminöz seramik (Inceram Alumina,Vita) ve lityum disilikat (E.max press, Ivoclar) bazl dört farkl seramik alt yap materyali her bir üretici firmann önerileri dorultusunda; 3 mm kalnlkta ve 5 mm çapta olmak üzere hazrland (n=7/grup, N=28) (Tablo I). Tablo 1. Çalmada kullanlan altyap ve kaplama materyalleri ile üretici firmalar. Seramik örnekler, 15 dk. boyunca srasyla etanol ve deiyonize suda ultrasonik olarak temizlendi (Quantrex 90, L&R Ultrasonics, Kearny, NJ, ABD). Her bir alt yap seramiine özgü kaplama seramikleri; 5 mm çapl 5 mm yükseklikteki paslanmaz çelik bir metal kalpta vibrasyonla kondanse edildi ve alt yap seramiklerinin üzerine piirildi. Kondansasyon srasnda artan sv, örnek yüzeyine uygulanan emici kat ile (Kimwipes Lite 200, 120

3 Kimberly, ABD) uzaklatrld. Kondansasyon sonras, örnekler kalptan uzaklatrld ve platin folyo üzerinde kalibre edilmi seramik piirme frnna (Programat P90, Ivoclar, Liechtenstein) aktarlarak sinterizasyon ilemi tamamland. Piirme ilemini izleyerek örnekler kalpta minör düzeltmeler açsndan yeniden denenerek var ise eksik kalan bölümler yeniden piirildi ve ultrasonik olarak temizlendi. Örnekler batrma testlerinden önce 37 C de 24 saat distile suda bekletildikten sonra polimetilmetakrilat kalplara (Palapress, Vario, Heraeus Kulzer) gömülerek Vickers sertlik deerleri (DUH= Dynamic Ultra Hardness±SD) (Shimadzu Dynamic Ultra Microhardness Tester, Japonya) ; 7,2 gf/s çene hznda, 200 gf yük altnda ölçüldü. Elde edilen veriler istatistiksel olarak Tek Yönlü Varyans Analizi ile %95 önem düzeyinde deerlendirildi. Çatlak ekilleri ise örneklerin üst yüzeylerine makro sertlik test cihaznda (Carl Zeiss, Jena, Almanya) 1 mm çapl batc elmas uç ile 400 N yük uygulandktan sonra alnan taramal elektron mikroskop (JEOL JSM-5200, Tokyo, Japonya) görüntüleri üzerinde çatlak ekilleri, snrlar ve boyutlar gözlemlendi. BULGULAR Vickers sertlik de*erleri Gruplar arasnda kaplama seramiklerine ilikin ortalama Vickers sertlik deerleri (DUH±SD) düük lösit (Finesse) grubu için anlaml olarak (P<0.05) en yüksek bulunur iken (236±17), bunu aralarnda anlaml farklar bulunmayan (P>0.05) lösit (Evopress) (129±51), cam infiltrasyonlu aluminöz seramik (Inceram Alumina) (117±38), ve lityum disilikat (IPS E.max press) (85±34) kaplama seramik materyalleri azalan srayla izledi (Grafik 1). Çatlak,ekilleri Yük uygulamas sonrasnda genellikle nsal ya da koni ekilli çatlaklarn olutuu gözlendi. En uzun çatlak boyu, düük lösit kaplama seramiinde (Finesse) (9x10-5 m ile 23x10-5 m arasnda, ort. 18x10-5 m) görülür iken bunu azalan srayla lösit (Evopress) (7x10-5 m ile 20x10-5 m arasnda, ort. 15x10-5 m), lityum disilikat (IPS E.max press) (9x10-5 m ile 18x10-5 m arasnda, ort. 11x10-5 m) ve cam infiltrasyonlu aluminöz seramik kaplama materyali (In-ceram Alumina) (3x10-5 m ile 9x10-5 m arasnda, ort. 5x10-5 m) izledi (Grafik 2) Düük lösit --> yüksek çatlak boyutu a a a b Finesse Evopress E.max press In-ceram Grafik 2. Seramik sistemlerinde oluan ortalama çatlak boyutlar (10-5 m) Cam infiltrasyonlu aluminöz seramik grubunda anlaml olarak daha düük çatlak uzunluklar gözlenirken (P<0.05), dier gruplar arasnda anlaml farklara rastlanmad (P>0.05). Lösit bazl güçlendirilmi kaplama materyallerinde nsal tarzda, ancak alt yap seramiine ulamayan çatlaklar izlendi (]ekil 1a,b). (ki fazl yapda olan seramiklerde oluan çatlaklar direkt kaplama seramii boyunca (alumina/florapatit) ilerledi (]ekil 1c,d). Dier üç gruptaki örneklerde oluan çatlaklar sadece kaplama seramii içinde görülürken ]ekil 1e de görüldüü gibi yalnz düük lösit seramik (Finesse) grubunda parça eklinde kopma gözlendi. Grafik 1. Kaplama seramiklerinin Vickers sertlik deerleri (DUH±SD) 121

4 (A) Evopress (C) In-ceram (E) Finesse (B) Finesse (D) E.max press ekil 1. (a,b) Lösit bazl güçlendirilmi kaplama materyallerinde nsal tarzda, ancak alt yap seramiine ulamayan çatlaklar. (c,d) Qki fazl yapda olan seramiklerde oluan ve direkt kaplama seramii boyunca (alumina/florapatit) ilerleyen çatlaklar. (e) Sadece düük lösit seramik (Finesse) grubunda kaplama seramii içinden parça eklinde kopma. TARTIMA Bu çalmada farkl özelliklerdeki tam seramik alt yap materyallerine kaplama seramikleri uygulandktan sonra Vickers sertlik deerleri incelenmi ve bu seramik sistemlerinin yük altndaki çatlak oluum ekilleri gözlenmitir. Dental porselenler krlgan materyallerdir ancak bu, zayf olduklar anlamna gelmemelidir. Silikon (silisyum) oksijen bann kuvvetli olmas ve gren snrlarnn bulunmamas sonucu dental porselenlerin cams matrisleri, yüksek iç gerilim dayankllklarna sahiptir. Komu atomlarn çekim kuvveti ile bir dizi atomun kopmas için yaklak 0.1 ile 0.2 E bir bask gereklidir. Bundan sonra olan kopma maksimum 0.1 ve 0.2 E de beklenir. 4,5 Oda scaklnda dental porselen hemen hemen mükemmel elastikiyettedir ve krlma genellikle çekme ile olur; bu krlma, yüzeydeki çatlan (bu çatlaklar porselenin iç yapsnda doal olarak mevcuttur ve Griffith s flaws denir) ucundaki stres birikimine baldr. Vitröz materyallerde (seramikte) krlma olmas için uygulanan kuvvetin çatlak ucundaki stresin matrisin kendi içsel dayankllna eit bir stres oluturmas gerekir. Bu mekanizma bir kere tetiklendii zaman çatlak, uygulanan kuvvet ile ilerler. 6,8 Porselenlerdeki gecikmi baarszln nedeni, streslerin youn olduu yüzeydeki çatlaklarn ucunda cam ile su arasndaki stresle artm kimyasal reaksiyondur. Seramik restorasyonlar, nem (d ortamda tükürük ve iç ortamda siman) varlnda fonksiyon görebilmelidir. Seramik restorasyonlarda makroskopik veya mikroskopik olarak özellikle de çekme gerilimlerinin yüksek olduu bölgelerde yüzeyde çatlaklarn olmas porseleni zayflatc etkiye sahiptir. 6,8,9 Bu çalmada da seramikte oluan çatlaklar kaplama seramiinin içinde snrl kalm ya da parça eklinde kopma göstermi ancak alt yap seramiine uzanan bir baarszlk gözlenmemitir. Ancak test edilen materyallere termal döngü ya da herhangi bir yorma testi yaplmakszn uygulanarak elde edilen bu sonuçlar, sözü edilen testler yapldktan sonra deerlendirildiklerinde daha erken ya da alt yap seramiine ulaan baarszlklarn karmza çkmas da olasdr. Metal alt yapsz seramik sistemlerinde baarszln daha çok kaplama seramii seviyesinde kald göz önünde bulundurularak, yeni gelitirilen sistemlerde, alt yap yerine kaplama seramiklerine önem verilmesi gerektiini düünmekteyiz. Düük krlma sertliine sahip materyaller çok küçük çatlak ya da düümlerden bile önemli ölçüde zayflatlrlar. Bunun tersine, altn ya da alumina gibi yüksek sertlikteki materyaller, büyük düümlerden bile önemli ölçüde zayflamazlar. 8,9 Bu çalmada kullanlan seramiklerde lösit içerikli olanlarn Vickers sertlik deerleri daha yüksek bulunmu ve en az Vickers sertlii deerini ise lityum disilikat alt yap kaplama seramii vermitir. Takonak ve ark., 16 deneysel olarak klinik baarszla uram tam seramik köprülerde krlma analizi yaptklar çalmalarnda krlmann kaynann kaplama seramiinin içinde baladn ve krlmay balatan çatlan baarszlk stresine ulamas annda hemen ilerlediini göstermilerdir. Alt yap seramii kaplama seramiinden daha sert olmasna karn kaplama seramiinde çatlak olutuu anda çatlak düzleminden sapmamakta ya da hapsolmamaktadr. Çatlak ilerlemesine alt yap seramiinin katks yoktur. Çift tabakal materyallerde kompresif artk streslerin oluum nedeni termal genlemelerindeki anizotropi ( 22 MPa) ve viskolelastik süreçtir. 16 Bizim çalmamzda da alt yap seramiklerin deil, ancak onlarla uyumlu termal genleme katsaylarna sahip önerilen kaplama seramikleri kullanlarak bu seramiklerde çatlak oluum analizi yaplmasnn nedeni de bu çift tabakal materyallerin krlma ekillerini incelemekti. Alt yap/kaplama seramik kalnlk orannn da çatlak oluumu ve ilerlemesi açsndan önemli bir faktör olduu gösterilmitir. Bunun nedeni, çift tabakal seramik 122

5 sistemlerinde alt yap seramiinin kaplama seramiine oranla göreceli olarak daha dayankl olmasdr. 17 Alt yap/kaplama kalnlk oran arttkça, çatlak oluma alanlarnn daha çok alt yap seramii içinde meydana geldii bildirilmitir. 17 Bizim çalmamzda altyap/kaplama seramik kalnl oran 3 mm / 2 mm olarak belirlenmitir ve bu orann klinik koullar yanstt düünülse de, seramik tabaka kalnlk orannn çatlak oluumunu etkileyip etkilemedii daha ileri çalmalarla aratrlabilir. SONUÇ Seramik materyalin sertliinin artmas daha fazla ve daha uzun çatlak oluumuna yol açt. Cam-infiltre alumina altyapl seramik sisteminde göreceli olarak daha az çatlak oluumu gözlendi. Bu çalmadaki deneysel koullar altnda kaplama seramik gruplarnn hiçbirinde alt yap seramiklerine ulaan çatlak oluumu gözlenmedi. Az ortam, in vitro laboratuar test yöntemleriyle taklit edilemeyecek kadar karmak durumlarn bir bileimi olduundan klinie daha yakn sonuçlar elde edebilmek için ileri in vivo yöntemler gelitirilmelidir. TEEKKÜR Taramal elektron mikroskop görüntülerinin alnmasnda yardmc olan Prof.Dr.Bilge Hakan ]en e ve Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendislii Bölümü ne mekanik testlerin yapmnda gösterdikleri yardmlarndan dolay teekkür ederiz. KAYNAKLAR 1. McLean JW. The Science and Art of Dental Ceramics: Vol.1: The Nature of Ceramics and Their Clinical Uses, Illinois: Quintessence Publishing:1979. p Naylor PW, Beatty PM. Materials and Techniques in Fixed Prosthodontics Dent Clin North Am 1992; 36(3): Wall JG, Dale LC. Alternative Crown Systems. Dent Clin North Am, 1992; 36(3): Griggs JA. Recent advances in materials for all-ceramic restorations. Dent Clin North Am, 2007; 51(3): Conrad HJ, Seong WJ, Pesun IJ. Current ceramic materials and systems with clinical recommendations: a systematic review. J Prosthet Dent. 2007; 98(5): Della Bona A, Mecholsky JJ Jr, Barrett AA, Griggs JA. Characterization of glass-infiltrated alumina-based ceramics. Dent Mater 2008; 24(11): Höland W, Rheinberger V, Apel E, van 't Hoen C, Höland M, Dommann A, Obrecht M, Mauth C, Graf-Hausner U. Clinical applications of glass-ceramics in dentistry. J Mater Sci Mater Med. 2006; 17(11): Kelly RJ. Clinically relevant approach to failure testing of allceramic restorations. J Prosthet Dent 1999; 81(6): Wagner WC, Chu TM. Biaxial flexural strength and indentation fracture toughness of three new dental core ceramics. J Prosthet Dent 1996; 76: Guazzato M, Albakry M, Ringer SP, Swain MV. Strength, fracture toughness and microstructure of a selection of all-ceramic materials. Part I. Pressable and alumina glass-infiltrated ceramics. Dent Mater. 2004; 20(5): Rizkalla AS, Jones DW. Indentation fracture toughness and dynamic elastic moduli for commercial feldspathic dental porcelain materials. Dent Mater. 2004; 20(2): Anusavice KJ, Kakar K, Ferree N. Which mechanical and physical testing methods are relevant for predicting the clinical performance of ceramic-based dental prostheses? Clin Oral Implants Res. 2007; 18 Suppl 3: Dündar M, Özcan M, Gökçe B, Çömlekolu E, Leite F, Valandro LF. Comparison of two bond strength testing methodologies for bilayered all-ceramics. Dent Mater 2007; 23(5): Della Bona A, Kelly JR. The clinical success of all-ceramic restorations. J Am Dent Assoc. 2008; 139 Suppl: 8S-13S. 15. Dündar M, Özcan M, Çömlekoglu E, Güngör MA, Artunç C. Bond strengths of veneering ceramics to reinforced ceramic core materials. Int J Prosthodont 2005; 18(1): Taskonak B, Mecholsky JJ Jr, Anusavice KJ. Fracture surface analysis of clinically failed fixed partial dentures. J Dent Res. 2006; 85(3): Wakabayashi N, Anusavice KJ. Crack initiation modes in bilayered alumina/porcelain disks as a function of core/veneer thickness ratio and supporting substrate stiffness. J Dent Res 2000; 79: Yaz=>ma Adresi: Dr. M. Erhan ÇÖMLEKO4LU Ege Üniversitesi Di Hekimlii Fakültesi Protetik Di Tedavisi Ana Bilim Dal Bornova /(zmir Tel : Faks : E-posta : erhancomlek@yahoo.com 123