Università Degli Studi Di Torino Facoltà di Medicina E Chirurgia DIPARTIMENTO DI SCIENZE BIOMEDICHE ED ONCOLOGIA UMANA

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1 Università Degli Studi Di Torino Facoltà di Medicina E Chirurgia DIPARTIMENTO DI SCIENZE BIOMEDICHE ED ONCOLOGIA UMANA CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN ODONTOIATRIA E PROTESI DENTARIA INSEGNAMENTO DI CONSERVATIVA I Titolari: Prof. Elio BERUTTI, Dr. Damiano PASQUALINI, Dr. Nicola SCOTTI Le ceramiche dentali

2 Definizione: La parola ceramica deriva dal greco κέραμος, (kéramos)'e significa argilla. Una ceramica è quindi un materiale terroso, di solito di natura silicea, e può essere definito come una combinazione di uno o più metalli con un elemento non metallico, di solito ossigeno Gli atomi di ossigeno, più larghi, servono da matrice, con gli atomi metallici più piccoli stipati negli spazi tra gli ossigeni. Scienza e Arte nella ceramica dentale - Jhon W. McLean O O O Si O Si O O O

3 Nei materiali ceramici esistono legami atomici IONICI e COVALENTI LEGAMI COVALENTI Atomi che, per raggiungere una configurazione elettronica più stabile, mettono insieme e condividono una coppia dei loro elettroni formando forti legami direzionali LEGAMI IONICI Legami dovuti ad attrazione elettrostatica fra due ioni con carica differente Questi legami sono responsabili della grande stabilità della ceramica e le conferiscono proprietà molto utili, come la durezza, l elevato coefficiente di elasticità, la resistenza al calore e all attacco chimico. Le ceramiche sono tuttavia materiali fragili.

4 Metalli Vs.Ceramiche DEFORMAZIONE PLASTICA Nei materiali metallici gli atomi cambiano la loro posizione senza rottura dei legami, grazie alla natura non direzionale del legame stesso Gli atomi coinvolti nel legame metallico hanno una carica negativa distribuita attorno alla loro superficie e gli elettroni non sono legati ad un singolo atomo ATOMI FORZA DI TAGLIO NUVOLA ELETTRONICA

5 Metalli Vs.Ceramiche LEGAME IONICO/COVALENTE A causa del tipo di legame presente i materiali ceramici non possono deformarsi sotto tensione LEGAME COVALENTE Nei legami covalenti, anche una piccola deviazione dalla posizione di equilibrio provoca la rottura del legame LEGAME IONICO Nei legami ionici, una tensione di taglio potrebbe portare in contatto ioni della stessa carica e la risultante repulsione elettrostatica è in grado di rompere il legame FORZA DI TAGLIO FORZA DI TAGLIO

6 Un po di storia... Lo sviluppo delle ceramiche dentali in Europa avvenne circa ne XVIII secolo: Dubois De Chemant & Duchateau (prime protesi totali in ceramica) Stockton inizia a commercializzazione i denti in ceramica Dr.Charles Land (prima corona a giacca in ceramica) Nasce la metallo ceramica McLean & Hugens (Prima tecnica per corone rinforzate all allumina)

7 Un po di storia... Attualmente il principale utilizzo delle ceramiche è dovuto alla creazione di corone metallo-ceramica e, grazie allo sviluppo di nuovi materiali, alla realizzazione di corone e restauri parziali in ceramica integrale. Corone Metallo-Cermanica Corone in Cermanica Integrale

8 Classificazione 1 Ceramiche prevalentemente vetrose 2 Ceramiche vetrose rinforzate 3 Ceramiche policristalline

9 Ceramiche Prevalentemente Vetrose Sono le ceramiche dentali che meglio simulano le proprietà ottiche dello smalto e della dentina. I vetri (SiO 2 ) sono strutture tridimensionali di atomi disposti senza un regolare schema di distribuzione spaziale. Dental ceramics: current thinking and trends J. Robert Kelly, DDS, MS, DMedSc

10 Ceramiche Prevalentemente Vetrose Il vetro è un materiale ottenuto da composti solidi fusi, raffreddati senza cristallizzare. Il vetro è uno stato della materia che mantiene l energia, il volume e l arrangiamento atomico di un liquido, ma per il quale i cambiamenti di energia e volume con la temperatura e la pressione sono simili in grandezza a quelli di un solido cristallino

11 Ceramiche Prevalentemente Vetrose Le ceramiche vetrose hanno una struttura amorfa Nelle strutture amorfe non esiste un ordine a lungo raggio ma permane quello a corto raggio O Si

12 Ceramiche Prevalentemente Vetrose CERAMICA FELDSPATICA vetrose sono ottenute aggiungendo al reticolo di SiO 4 altri ossidi. Gli ossidi derivano principalmente da un gruppo di minerali chiamato feldspato (Ba,Ca,Na,K,NH 4 )(Al,B,Si) 4 O 8 Le ceramiche feldspatiche appartengono al gruppo degli alluminosilicati e vengono anche dette PORCELLANE (feldspato+quarzo+caolino).

13 CERAMICA FELDSPATICA Ceramiche Prevalentemente Vetrose Il reticolo SiO 4 compone circa il 65% del materiale, mentre gli ossidi, detti flux o modificatori, sono controllati attentamente per fornire al materiale le proprietà necessarie di durezza, stabilità, temperatura di fusione...

14 Ceramiche Prevalentemente Vetrose Esthetic ceramics: basic composition, uses, and commercial examples Dental ceramics: current thinking and trendsj.r. Kelly / Dent Clin N Am 48 (2004)

15 Ceramiche Vetrose Rinforzate Particelle di riempitivo sono aggiunte alla base vetrosa per migliorarne le proprietà meccaniche e per controllarne gli effetti ottici come l opalescenza, il colore e l opacità. I riempitivi sono solitamente cristallini. Le ceramiche vetrose rinforzate hanno una microstruttura multi-fase

16 Ceramiche Vetrose Rinforzate LEUCITE Il primo riempitivo usato nelle ceramiche dentali è stato un minerale cristallino chiamato LEUCITE. K + Al + Si 2 + O 6 Leucite Struttura cristallina leucite Blocchetti di ceramica rinforzati con Leucite

17 Ceramiche Vetrose Rinforzate LEUCITE La LEUCITE ha permesso di creare ceramiche compatibili con le sottostrutture metalliche grazie al suo alto coefficiente di espansione/contrazione rispetto alle ceramiche feldspatiche. Le ceramiche rinforzate con leucite contengono dal 17 al 55% in volume di riempitivo

18 Ceramiche Vetrose Rinforzate DISILICATO DI LITIO Le ceramiche vetrose rinforzate con cristalli di DISILICATO DI LITIO raggiungono livelli di resistenza maggiori rispetto alle altre ceramiche rinforzate permettendone l utilizzo anche per restauri nei settori posteriori. Li 2 + Si 2 + O 5

19 Ceramiche Vetrose Rinforzate DISILICATO DI LITIO Grazie alla buona traslucenza e all elevato numero di tinte disponibili possono essere usate sia come materiali monolitici che come sottostrutture per restauri ceramici dei settori anteriori e posteriori Le ceramiche rinforzate con disilicato di litio contengono fino al 70% in volume di riempitivo

20 Ceramiche Vetrose Rinforzate Esthetic ceramics: basic composition, uses, and commercial examples Dental ceramics: current thinking and trendsj.r. Kelly / Dent Clin N Am 48 (2004)

21 Ceramiche Policristalline Le ceramiche policristalline sono prive di componenti vetrose ed hanno, per questo motivo, scarse proprietà estetiche. Tutti gli atomi sono raggruppati secondo uno schema regolare che rende il materiale denso e maggiormente resistente alla frattura

22 Ceramiche Policristalline La loro natura cristallina le rende difficili da fabbricare nelle diverse forme. Solo l introduzione di sistemi computerizzati CAD-CAM per il design e la fabbricazione ne ha permesso l utilizzo.

23 Ceramiche Policristalline Questi nuovi materiali, più resistenti, sono usati come sottostruttura e vengono poi ricoperti con ceramica vetrosa che possiede maggiori proprietà estetiche. Cappetta in ossido di zirconio rivestita con ceramica feldspatica

24 Ceramiche Policristalline ALLUMINA E il primo materiale policristallino entrato in uso. Ha dimostrato una resistenza alla frattura e alla flessione più alta delle ceramiche vetrose e di quelle infiltrate Al 2 + O 3

25 Ceramiche Policristalline ZIRCONIA Lo zirconio è un ossido-ceramica che si distingue per le proprietà superiori di resistenza alla flessione e alla frattura rispetto all allumina. Zr + O 2

26 Ceramiche Policristalline Presenza di una microstruttura mono-fase ZIRCONIA Queste proprietà sono attribuite a: Dimensione ridotta dei cristalli (<4 µm) Uniformità in forma e dimensione dei cristalli Immagine al SEM dell ossido di Allumina Immagine al SEM dell ossido di La zirconia risulta avere una struttura più omogenea e densa dell allumina anche ad ingrandimento minore Zirconio

27 Ceramiche Policristalline Substructure ceramics: basic composition, uses, and commercial examples Dental ceramics: current thinking and trendsj.r. Kelly / Dent Clin N Am 48 (2004)

28 HF 5% Ceramica feldspatica 120 sec Leucite Ceramiche mordenzabili Ceramiche che contengono silicio e possono essere cementate adesivamente dopo mordenzatura 60 sec con acido fluoridrico al 5% ed applicazione di silano Disilicato di litio 20 sec 2626Novembre AllegraComba Comba Novembre Dott.ssa Dott.ssa Allegra

29 Ceramiche NON mordenzabili Ceramiche che non contengono silicio e possono essere cementate adesivamente solo dopo trattamento tribochimico (Cojet o Rocatec) per aumentare la quantità di siti che possono legare con il silano. Le particelle di 30 µm di ossido di silicio (SiO 2 ), spruzzate dalla sabbiatrice sulla superficie da trattare, per effetto della decelerazione, sviluppano un alta temperatura che porta alla fusione delle particelle sulla superficie stessa. Il silano troverà così più siti ai quali legarsi.

30 Sinterizzazione Processo di consolidamento che avviene riscaldando ad una temperatura inferiore al punto di fusione del materiale principale, con o senza applicazione di pressione, un insieme di particelle o un corpo poroso, con modificazione delle sue proprietà, ed evoluzione verso uno stato di massima densità e minima porosità. Particelle di polvere prima e dopo la sinterizzazione Consiste essenzialmente nella rimozione della porosità e nella formazione di forti legami tra le particelle della polvere di partenza

31 Meccanismi di Sinterizzazione Durante la sinterizzazione avvengono contemporaneamente trasformazioni di fase, reazioni chimiche, con formazione microstrutturale e macrostrutturale del prodotto finito. Alle fine è difficile cambiare struttura e forma, se non con pesanti lavorazioni meccaniche.

32 Metodi di Fabbricazione Il materiale di partenza per la creazione di tutti i restauri in ceramica integrale è una polvere che può essere modellata nella forma desiderata attraverso differenti processi di fabbricazione. L esatto tipo di tecnica di fabbricazione e il metodo di esecuzione dipendono dal tipo di ceramica scelto. Manual Processing Stratificazione pressofusione Machine Processing Ceramiche vetrose Ceramiche vetrose rinforzate CAD-CAM Ossido Ceramiche

33 Stratificazione Metodo di fabbricazione usato per la produzione di faccette in ceramica vetrosa o per la copertura di sottostrutture in ceramica policristallina o in metallo. I materiali di partenza sono delle polveri di ceramica di diverse tinte e translucenze.

34 Stratificazione 1 La polvere è miscelata con un liquido da modellazione o con acqua distillata 2 La miscela è applicata in strati alla sottostruttura secondo l anatomia, il colore e la traslucenza del dente naturale 3 Il manufatto stratificato è sinterizzato alla temperatura consigliata dalla casa produttrice 4 Le particelle della polvere fluidificano e si avvicinano fra loro eliminando i vuoti presenti

35 Pressofusione I restauri in ceramica pressofusa sono creati attraverso la tecnica della cera persa, nata per i restauri metallici. Il restauro è prima realizzato in cera e poi messo in una speciale muffola dove dei blocchetti di ceramica sono pressati a circa 1180 C nello stampo lasciato dalla cera. Questa tecnica consente la produzione di: Manufatti privi di pori Manufatti che non vanno incontro a contrazione

36 Pressofusione Il restauro può essere prodotto interamente con questa tecnica e poi caratterizzato, oppure può essere prodotta unicamente la sottostruttura su cui poi viene stratificata la ceramica feldspatica

37 CAD-CAM Computer Aided Design - Computer Aided Manufacturing Le moderne tecnologie di produzione industriale che applicano le più avanzate metodiche di elaborazione digitale, stanno conquistando progressivamente i vari settori dell odontoiatria applicata Contenimento dei tempi di progettazione Contenimento dei tempi di lavorazione Riduzione del numero di variabili operatore dipendente Ogni sistema risulta tanto più preciso quanto maggiore è la definizione dell acquisizione tridimensionale dei dati e quanto più elaborati sono i software di gestione e i sistemi di fresaggio

38 CAD-CAM 1 2 I sistemi CAD-CAM si basano essenzialmente su 3 elementi costitutivi: SCANSIONE: rilievo dei dati informativi sulla morfologia e la tipologia dei monconi e/o delle parti adiacenti interessate dal trattamento. Rappresenta una sorta di impronta dalla quale si ottiene una rappresentazione digitale e può essere ottica, meccanica o laser SOFTWARE DI GESTIONE per l elaborazione dei dati raccolti e l applicazione della procedura di fresaggio più indicata alla tipologia di restauro e al materiale scelto CAD

39 CAD-CAM I sistemi CAD-CAM si basano essenzialmente su 3 elementi costitutivi: 3 MACCHINA AUTOMATICA che, gestita dalle informazioni elaborate provenienti dal software, produce il manufatto a partire da blocchi di materiale costruiti industrialmente ZrO 2 CAM

40 CAD-CAM Computer Aided Design - Computer Aided Manufacturing Hard machinering Soft machinering Ceramiche Ceramiche pre- parzialmente sinterizzate e poi sinterizzate e poi lavorate cotte dopo meccanicamente lavorazione meccanica

41 Proprietà delle ceramiche Volumetriche Superficiali Modulo di rottura (MOR) Durezza Modulo elastico Tenacità a frattura Comportamento Usura Scratch Chipping Fatica

42 Proprietà delle ceramiche Modulo Elastico: rapporto tra tensione e deformazione in campo lineare elastico Resistenza maccanica o Modulo di Rottura: tensione che provoca la rottura del materiale (MOR) Tenacità o Resistenza alla Frattura: capacità di un materiale contenente un crack di resistere alla propagazione della frattura Durezza: resistenza alla penetrazione da parte di un corpo più duro

43 Proprietà delle ceramiche Feldspatica Leucite Disilicato Lt Allumina Zirconia E-mod GPa Resist. fless MPa Resist. fratt MPa m 1 1,3 3, Proprietà delle Dente Naturale Resist. fless MPa Resist. fratt MPa m McLean, John W., New Dental Ceramics and Esthetics; Citation: John W. McLean, OBE, FDS, RCS (ENG), DSC, MDS (LOND), D ODONT (LUND);Article first published online: 1 JUL 2007 in New Dental Ceramics and Esthetics. Retrieved September 29, 2011.

44 Proprietà Ottiche Le proprietà ottiche delle ceramiche convenzionali sono molto simili a quelle dei tessuti duri del dente ASSORBIMENTO Vs. RIFLESSIONE La traslucenza e l opacità variano a seconda del tipo di ceramica utilizzata e dello spessore del materiale Riduzione spessore materiale Esempio Aumento opacità materiale

45 Proprietà Ottiche Ceramiche vetrose Ceramiche vetrose rinforzate Ceramiche policristalline Somiglianza ai tessuti dentari Traslucenza +/ /-

46 Quindi... Quali applicazioni cliniche? Settore Anteriore Faccette Corone totali Disilicato di Litio Ceramica feldspatica Leucite Disilicato di Litio Zirconio + Feldspatica Metallo-Ceramica

47 Quindi... Quali applicazioni cliniche? Settore Posteriore Restauri Parziali Inlay Onlay Overlay Corone totali Disilicato di Litio Zirconia + Disilicato feldspatica Metallo ceramica Zirconio Zirconio + Feldspatica

48 Ceramica Vs Composito CERAMICA Conservativa indiretta Difficile utilizzo Materiale in continuo sviluppo Alto costo COMPOSITO Conservativa diretta ed Indiretta Media difficoltà di utilizzo Materiale relativamente giovane Costo relativamente alto

49 Ceramica Vs Composito