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20 Maggio 2008

L’ossido di zirconio a struttura tetragonale: test di resistenza alla fatica

di P. Gigola, L. Mora, S. Fittoni, *T. Toti, *E. Gherlone


L’introduzione sul mercato odontoiatrico della zirconia Y-TZP ha aperto nuove frontiere per quanto riguarda l’estetica e la biocompatibilità dei materiali dentali. In questo studio si è voluto valutare in modo quantitativo il massimo carico applicabile alle strutture in zirconia Y-TZP, per poter dimensionare in modo predicibile le connessioni di ponti a più elementi. L’ossido di zirconio possiede un’ottima stabilità iniziale sotto carico, con alti valori di resistenza alla flessione (maggiore di 1000 MPa), ma è necessario valutare se questi valori vengano alterati dopo aver sottoposto il manufatto a stress per lunghi periodi, ovvero a fatica. Per effettuare la prova, 40 barre in zirconia Y-TZP 40 x 5 x 5 mm, divise in 5 gruppi, sono state testate con una pressa pneumatica a carico variabile, in grado di produrre e contare sollecitazioni cicliche. Il primo gruppo (A) è stato sottoposto a carichi elevati, tali da generare rotture statiche. Per i gruppi successivi (B, C, D, E), sono stati scelti carichi sempre più bassi, con l’obiettivo di identificare il limite di fatica ovvero un valore di pressione per il quale i provini superassero i 2 milioni di sollecitazioni senza rompersi. In questo modo è stato possibile costruire attraverso un modello matematico la curva di Wöhler per la zirconia Y-TZP, una curva su base statistica che costituisce lo strumento base per la progettazione di componenti meccanici sollecitati a fatica. La curva di Wöhler da noi ottenuta mostra che il materiale ha un limite di fatica di 400 MPa, valore di molto inferiore al carico statico sopportato (1000 MPa). Il lavoro effettuato è una prima indicazione scientifica per un corretto dimensionamento delle connessioni affinché il materiale, utilizzato a scopi odontoiatrici, resista nel tempo in un sistema così complesso come il cavo orale, sistema acquoso soggetto a sbalzi termici, cambiamenti di acidità e continue sollecitazioni biomeccaniche.

The Y-TZP zirconia in dentistry: a fatigue strength test
The introduction of zirconia Y-TZP in dentistry has opened new frontiers regarding aesthetic and biocompatibility of dental materials. The aim of this study is to verify the maximum applicable load to the zirconia Y-TZP bridges in order to obtain the right dimension of the connectors. This material shows a high initial flexural strength (more than 1000 Mpa) but it’s necessary to determine if this value changes under strain, in other words under fatigue. To realize the trial, 40 zirconia bars (40 x 5 x 5 mm) were divided into 5 groups and tested under a pneumatic press that replaced cyclic strains. The first group (A) was stressed with high load to generate static fractures, the others (B, C, D, E) with lower strains as to identify a threshold, a pressure value that won’t break the bars even after 2 millions compressions. With these results it was possible to obtain the Wöhler’s curve for zirconia Y-TZP, a statistical curve that is to this day the base for the long range planning of the stressed mechanical elements. Our Wöhler’s curve shows that the material has a fatigue limit of 400 MPa, a lower value compared with the static one tolerated (1000 MPa). This trial is an early scientific indication for a correct creation of connectors so that the material would resist in a complex system as the oral cavity.

Qualifiche Autori:
Università degli Studi di Brescia - Clinica Odontoiatrica
Cattedra di Protesi fissa - Titolare: prof. P. Gigola
*Istituto Scientifico Universitario San Raffaele Milano - Ateneo Vita-Salute
Dipartimento di Odontoiatria - Direttore: prof. E. Gherlone



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