Caracterização mecânica e análise de tensões em sistemas cerâmicos de próteses dentárias utilizando o método de elementos finitos

• Autor(a) principal: Vidal, Paula Cipriano da Silva
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)
• Texto Completo: http://app.uff.br/riuff/handle/1/27281
• topic: Cerâmicas dentárias; 3Y-TZP; 5Y-PSZ; Dissilicato de lítio; Comportamento mecânico; Ensaio de flexão P-3B; Simulação numérica; Método de Elementos Finitos (MEF); Engenharia Metalúrgica; Prótese dentária; Biomaterial; Processamento e caracterização de materiais; CAD (Programa de computador); Produção intelectual; Ceramics; 3Y-TZP; 5Y-PSZ; Lithium disilicate; Mechanical behavior; P-3B flexure test; Numerical simulation; Finite Element Method (MEF)

Os materiais cerâmicos utilizados na confecção de próteses dentárias apresentam excelente estética, biocompatibilidade e boa resistência mecânica sendo potenciais substitutos protéticos para dentes naturais. Dentre estes, destacam-se a zircônia estabilizada com ítria, ZrO₂-Y₂O₃, e o dissilicato de lítio, Li₂Si₂O₅. Estes sistemas cerâmicos possuem alta resistência mecânica, associada as camadas externas de porcelana feldspática, cuja composição química possibilita reproduzir aspectos de um dente natural. Um dos grandes desafios para o uso destes materiais, é a previsibilidade da resistência mecânica real em função de geometrias complexas dos componentes protéticos, as quais são próprias à anatomia dos dentes naturais. Nesse contexto, o primeiro objetivo do trabalho foi caracterizar diferentes sistemas cerâmicos utilizados em próteses dentárias. Em seguida, simular as tensões mecânicas geradas nestes materiais comparadas com propriedades mecânicas, bem como o comportamento mecânico que simule o processo de mastigatório humano. Para tal, foram processadas amostras (n=15/grupo) comerciais de zircônia, ZrO₂, estabilizada com diferentes teores de Y₂O₃ (3mol. % ou 5 mol. %), denominadas por 3Y-TZP e 5Y-PSZ, e um vitrocerâmico de metassilicato de lítio, Li₂SiO₃. As zircônias foram sinterizadas a 1500°C - 2h e a base de metassilicato de lítio foi tratado termicamente a 840°C-7min, visando conversão em dissilicato de lítio, Li₂Si₂O₅. Após tratamentos térmicos, as amostras foram caracterizadas por sua densidade relativa, microestrutura, dureza, tenacidade a fratura e propriedades elásticas. Ademais, a resistência à flexão biaxial destes sistemas cerâmicos foi avaliada por meio do ensaio de pistão sobre três esferas. A partir das medidas dos ensaios de flexão biaxial, propriedades elásticas e geometrias das amostras, foram realizadas simulações por elementos finitos para previsão da resistência biaxial. O comparativo entre experimentos e simulações, indicaram diferenças de cerca de 6% para o grupo de cerâmicas 3Y-TZP, 1,5% para o grupo 5Y-PSZ e 59% para as vitrocerâmicas. Em todos os casos, os motivos dessas diferenças foram discutidos em função das características estruturais de cada sistema cerâmico. Por fim, visando melhor aproximar as previsões numéricas de casos práticos existentes na odontologia, foi proposto um modelo de prótese anatômica com três elementos descritos a partir de uma arcada dentária humana. Foram simuladas diferentes condições de cargas mastigatórias, variando-se a direção (vertical ou diagonal), e distribuídas nos três elementos ou concentradas no dente central. As previsões dos valores máximos e mínimos das tensões principais conjuntamente com os valores experimentais do módulo de ruptura de cada sistema cerâmico, possibilitaram a obtenção dos valores do coeficiente de segurança. Nas condições analisadas, foi constatado que todos os materiais investigados estão aptos para aplicação com uma carga de 300 N.