Como é controlada a contração da sinterização de zircônia?

As restaurações dentárias de zircônia são fresadas a partir de blocos de zircônia pré-sinterizados e depois queimadas em altas temperaturas para atingir sua densidade e resistência finais. Durante este processo, a restauração torna-se menor à medida que o material se densifica.

Mas como uma coroa ou ponte de zircônia pode encolher de forma previsível e ainda atingir as dimensões projetadas no software CAD?

A resposta não é simplesmente a temperatura de sinterização. A contração previsível da zircônia é o resultado da formulação do material, processamento do pó, densidade pré-sinterizada, condições de sinterização, medição dimensional e compensação CAD/CAM trabalhando juntos.

Por que a zircônia encolhe durante a sinterização?

A zircônia pré-sinterizada não é totalmente densa. Suas partículas de zircônia estão conectadas, mas permanecem poros microscópicos entre elas.

Quando o material é aquecido, a energia térmica aumenta a mobilidade atômica e iônica. Os processos de difusão permitem que o material se mova em direção aos contatos das partículas e aos limites dos grãos. As conexões entre partículas, conhecidas como pescoços de sinterização , crescer gradualmente.

Ao mesmo tempo, os poros tornam-se menores e eventualmente desaparecem à medida que o material se torna mais denso.

Em termos simples:

A ligação das partículas aumenta → diminui o volume dos poros → aumenta a densidade → diminui as dimensões gerais.

Portanto, a contração da sinterização de zircônia é essencialmente o resultado macroscópico de densificação .

A zircônia primeiro se expande e depois encolhe?

Esta questão requer uma distinção importante.

Quando a zircônia é aquecida, ela sofre naturalmente expansão térmica . Em temperaturas relativamente baixas, o aumento da temperatura pode fazer com que as suas dimensões aumentem ligeiramente.

À medida que a temperatura se torna alta o suficiente para ocorrer uma sinterização significativa, a densificação começa a ter um efeito mais forte. A redução no volume dos poros eventualmente excede o aumento dimensional causado pela expansão térmica.

O processo global pode, portanto, ser simplificado como:

Aquecimento → expansão térmica → início da densificação → retração crescente → densificação final.

Isto não significa que uma restauração dentária se torne visivelmente maior e, de repente, diminua. Esses efeitos se sobrepõem durante um processo de aquecimento contínuo, e o comportamento dimensional exato depende do material e das condições de sinterização.

O que determina a quantidade de encolhimento?

A quantidade de retração está fortemente relacionada com a condição do corpo pré-sinterizado.

Um dos fatores mais importantes é densidade pré-sinterizada .

Considere dois blocos de zircônia feitos do mesmo tipo de pó.

Um bloco pré-sinterizado de menor densidade contém mais volume de poros. Durante a sinterização final, mais espaço poroso precisa ser eliminado, resultando em maior densificação e potencialmente maior retração linear.

Um bloco de maior densidade contém menos volume de poros restantes, portanto há menos espaço para densificação adicional.

Isso cria um relacionamento importante:

Densidade pré-sinterizada → porosidade restante → densificação → retração dimensional

Para a fabricação de zircônia dentária, controlar a uniformidade da densidade é, portanto, tão importante quanto controlar a densidade média.

Por que a densidade uniforme é importante?

Suponha que diferentes regiões de um bloco de zircônia tenham diferentes densidades pré-sinterizadas.

Se uma área tiver densidade menor que outra, poderá sofrer maior densificação durante a sinterização. Como resultado, diferentes áreas podem sofrer alterações dimensionais ligeiramente diferentes.

Isto pode contribuir para imprecisões dimensionais em restaurações maiores ou mais complexas.

Por esta razão, a fabricação de zircônia se concentra em alcançar uma estrutura interna consistente através de controle:

• Características do pó

• Mistura e processamento de pó

• Compactação

• Pré-sinterização

• Distribuição de densidade

O objetivo não é simplesmente atingir um valor médio específico de retração, mas atingir encolhimento uniforme e repetível em todo o material .

Como é medido o encolhimento da zircônia?

A zircônia não encolhe exatamente na mesma porcentagem em todos os materiais ou lotes de produção.

Os fabricantes, portanto, determinam o encolhimento experimentalmente.

Um exemplo simplificado seria:

Dimensão pré-sinterização: 100,00 milímetros

Dimensão pós-sinterização: 79,20mm

A contração linear é:

[
\frac{100,00-79,20}{100,00}\times100%=20,8%
]

O fator de retenção dimensional correspondente é:

[
\fração{79,20}{100,00}=0,792
]

Este valor medido pode então ser usado para estabelecer um fator de compensação CAM apropriado.

Na produção real, o teste de contração precisa seguir um procedimento de medição controlado e o comportamento dimensional pode ser avaliado em diferentes direções.

Como o CAM compensa o encolhimento?

Esta é a principal razão pela qual uma restauração pode retornar próximo às dimensões pretendidas após a sinterização.

Suponha que a dimensão final desejada seja:

10,00 milímetros

e o fator de retração linear medido é aproximadamente:

0.792

O sistema CAM precisa produzir uma restauração pré-sinterizada maior:

[
10,00 / 0,792 \aproximadamente 12,63\texto{ mm}
]

Depois da sinterização:

[
12,63\vezes0,792\aprox10,00\texto{ mm}
]

Os valores reais usados ​​por um sistema CAM dependem do material específico de zircônia e do seu fator de contração medido.

Portanto, a própria zircônia não “sabe” que precisa encolher até uma determinada dimensão final.

Em vez de:

O material fornece encolhimento previsível → o fabricante mede → o sistema CAM compensa isso.

O encolhimento é o mesmo em todas as direções?

Idealmente, um corpo homogêneo de zircônia deveria apresentar encolhimento semelhante em diferentes direções. Isto é frequentemente descrito como relativamente retração isotrópica .

No entanto, materiais reais podem apresentar diferenças entre as direções X, Y e Z.

Por exemplo, um material hipotético poderia mostrar:

As pequenas diferenças indicam um comportamento dimensional relativamente consistente.

Se as diferenças forem maiores, o material pode apresentar diferenças mais pronunciadas. retração anisotrópica .

Isto é particularmente importante para pontes grandes e restaurações complexas, onde mesmo pequenos desvios dimensionais podem acumular-se.

Como o programa de sinterização afeta o encolhimento?

O programa de sinterização determina como o material se move através do processo de densificação.

Parâmetros importantes incluem:

• Taxa de aquecimento

• Temperatura máxima de sinterização

• Tempo de espera

• Taxa de resfriamento

• Uniformidade de temperatura do forno

• Tamanho e geometria da restauração

• Colocação dentro do forno

Uma temperatura mais elevada não significa simplesmente “melhor controle do encolhimento.”

Se as condições de sinterização não forem adequadas, o crescimento excessivo dos grãos, a densificação insuficiente ou outras alterações na microestrutura podem afetar as propriedades finais e a estabilidade dimensional.

O objetivo é estabelecer uma processo de sinterização controlado e repetível que produz a densidade e as dimensões finais esperadas.

Por que diferentes materiais de zircônia podem ter diferentes fatores de contração?

Diferentes materiais de zircônia podem ter diferentes:

• Características do pó

• Distribuições de tamanho de partícula

• Sistemas estabilizadores

• Condições de compactação

• Densidades pré-sinterizadas

• Comportamentos de sinterização

Portanto, um fator de contração universal não pode ser aplicado a todos os blocos de zircônia.

Mesmo quando dois materiais têm composições semelhantes, as suas condições de processamento podem produzir diferentes estruturas pré-sinterizadas e, portanto, diferentes comportamentos de sinterização.

É por isso que o fator de contração deve ser determinado para o material específico e para o processo de fabricação, em vez de simplesmente ser assumido.

O processo completo de controle de encolhimento

A precisão dimensional de uma restauração de zircônia pode ser vista como um processo em circuito fechado:

Pó de zircônia

↓

Processamento e compactação de pó

↓

Densidade pré-sinterizada controlada

↓

Pré-sinterização

↓

Medição de encolhimento

↓

Determinação do fator de contração

↓

Compensação CAD/CAM

↓

Fresagem

↓

Sinterização final

↓

Densificação e encolhimento

↓

Restauração final

Isto explica porque a zircônia pode atingir mudanças dimensionais relativamente previsíveis durante a sinterização.

A precisão não vem apenas do forno. Trata-se do controle do material antes da sinterização, da caracterização do seu comportamento dimensional real, da manutenção de um processo de sinterização estável e da aplicação da compensação adequada durante a fabricação CAD/CAM.

Conclusão

A contração da sinterização da zircônia é fundamentalmente uma processo de densificação . Durante o aquecimento, a difusão atômica e iônica permite que as partículas de zircônia se unam mais estreitamente, enquanto os poros microscópicos diminuem gradualmente. À medida que o volume dos poros é reduzido, as dimensões gerais do material diminuem.

Ao mesmo tempo, a zircônia também sofre expansão térmica durante o aquecimento. A alteração dimensional final é, portanto, o resultado de vários processos físicos que ocorrem ao longo do ciclo de aquecimento e sinterização.

A razão pela qual a zircônia dentária pode atingir dimensões finais previsíveis não é porque ela encolhe em uma porcentagem perfeitamente fixa. Em vez disso, os fabricantes controlam o pó, a densidade, o processo de pré-sinterização e as condições finais de sinterização, depois medem o encolhimento real e compensam-no através de software CAD/CAM.