Fatigue behavior and residual stress profiles of dental ceramics

Capítulo 1. Objetivos: Medir e comparar o perfil de tensão residual da cerâmica de recobrimento aplicada sobre infraestruturas em zircônia tetragonal policristalina estabilizada por ítria (Y-TZP), em um compósito de alumina/zircônia (ZTA) e em uma alumina policristalina (AL). Material e Métodos: Os perfis de tensão residual de cada um dos materiais foi medido por meio do método \"hole-drilling\" em discos de 19 mm de diâmetro e 2,2 mm de espessura (0,7 mm de infraestrutura + 1,5 mm de porcelana de cobertura) .Resultados: Os espécimes de AL exibiram tensões de compressão que aumentaram numericamente com a profundidade, enquanto que as tensões compressivas mudaram para tensões de tração no interior das amostras de Y-TZP. As amostras de ZTA exibiram tensões de compressão na superfície, decrescendo com a profundidade até 0,6 mm, tornando-se compressivas novamente próximo à infraestrutura. Conclusão: O ZTA não apresentou tensões de tração em nenhum ponto ao longo da espessura da cerâmica de recobrimento. A AL apresentou um perfil de tensão residual mais favorável, gerado pelas tensões compressivas. A Y-TZP apresentou o perfil mais desfavorável, por apresentar tensões de tração próximo à infraestrutura. Capítulo 2. Objetivos: 1) Comparar os coeficientes de susceptibilidade ao crescimento subcrítico (n), de uma zircônia tetragonal policristalina estabilizada por ítria, obtidos por meio de dois ensaios de fadiga: cíclica e dinâmica. 2) Verificar o efeito da frequência usada no ensaio de fadiga cíclica no tempo de vida característico. Material e Métodos: Espécimes em forma de barras (25 mm x 4 mm x 3 mm) foram confeccionadas de acordo com as recomendações do fabricante. Os ensaios de fadiga dinâmica (n=70) e de fadiga cíclica (n=75) foram realizados por meio de resistência à flexão em quatro pontos para a obtenção dos parâmetros de crescimento de trincas subcrítico (SCG). O ensaio de fadiga cíclica também foi realizado em duas frequências (2 e 10 Hz), utilizando valores de tensão máxima entre 350 e 600 MPa. Todos os espécimes fraturados foram inspecionados em microscópio eletrônico de varredura para que fosse identificada a origem da fratura. Os dados de fadiga dinâmica foram analisados por meio das fórmulas apresentadas na ASTM C 1368-00. Os dados de fadiga cíclica foram analisados por meio da estatística de Weibull e por meio de análise tipo \"General Log Linear Model\". Resultados: A Y-TZP apresentou valores dos parâmetros de SCG obtidos no ensaio de fadiga dinâmica de ?fo = 667 MPa e n = 54. Os parâmetros de Weibull obtidos a partir dos resultados do mesmo ensaio foram de m = 7,9, ?0 = 968,9 MPa e ?5% = 767 MPa. Os parâmetros de Weibull obtidos no ensaio de fadiga cíclica foram estatisticamente semelhantes para as duas frequências utilizadas, o m* foi de 0,17 para 2Hz e de 0,21 10Hz; os tempos de vida característicos (?, em número de ciclos) foram de 1,93 x 106 e 40.768, respectivamente para 2 e 10 Hz. O valor de n obtido na fadiga cíclica foi de 48 e 40, nas frequências de 2 e 10 Hz, respectivamente. Não foi observado o efeito da frequência da aplicação da tensão, do nível de tensão, nem da interação dos dois no tempo de vida da Y-TZP, quando analisados pelo General Log Linear Model. Conclusão: Os coeficientes de susceptibilidade ao crescimento subcrítico (n) obtidos por meio de fadiga cíclica e dinâmica foram semelhantes para a Y-TZP testada. Os extensos intervalos de confiança obtidos nos ensaios de fadiga cíclica indicaram não haver efeito da frequência usado nesse método de fadiga nos tempos de vida característicos da Y-TZP testada.Chapter 1. Objective: was: to measure and compare the residual stress profile in the veneering ceramic layered on three different polycrystalline ceramic frame-work materials: Y-TZP, alumina polycrystalline (AL) and zirconia toughened alumina (ZTA).Materials and Methods. The stress profile was measured with the hole-drilling method in bilayered disk samples of 19 mm diameter with a 0.7 mm thick Y-TZP, AL or ZTA framework and a 1.5 mm thick layer of the corresponding veneering ceramic. Results: The AL samples exhibited increasing compressive stresses with depth, while compressive stresses switching into interior tensile stresses were measured in Y-TZP samples. ZTA samples exhibited compressive stress at the ceramic surface, decreasing with depth up to 0.6 mm from the surface, and then becoming compressive again near the framework. Conclusions: Y-TZP samples exhibited a less favorable stress profile than those of AL and ZTA samples. Chapter 2. Objectives: 1) To compare the stress corrosion coefficient (n) of a Y-TZP, obtained by two fatigue tests: cyclic and dynamic and 2) Evaluate the effect of frequency used in the cyclic fatigue test in the characteristic lifetime. Methods: Bar shaped specimens (4 mm x 25 mm x 3 mm) were prepared according to the manufacturer\'s recommendations. The dynamic fatigue test (n = 70) and cyclic fatigue (n = 75) were performed by four-point bending to obtain the slow crack growth parameters (n) .The cyclic fatigue test was also conducted in two frequencies (2 and 10Hz), using stress levels between 350 and 600 MPa. All fractured specimens were inspected by SEM so that the origin of the fracture were identified. The dynamic fatigue data were analyzed using the formulas given in ASTM C 1368-00. Cyclic fatigue data were analyzed using Weibull statistics and by the Log General Linear Model. Results: The material showed values of parameters obtained in the SCG assay dynamic fatigue ?fo = 667 and n = 54. The Weibull parameters obtained from the same test results were m = 7.9, ?0 = 968, 9 and ?5% = 767. The Weibull parameters obtained by cyclic fatigue were statistically similar for the two frequencies used, the m* was 0.17 (2 Hz) and 0.21 (10 Hz); characteristic lifetimes (?) were 1.93 x 106 and 40768, respectively. The n value obtained by cyclic fatigue was 48 and 40 at frequencies of 2 and 10 Hz, respectively. There was no effect of the frequency, the stress level or the interaction of the two in the Y-TZP lifetime, when analyzed by General Log Linear Model. Conclusion: The n values obtained by cyclic and dynamic fatigue tests were similar to Y-TZP tested. The extensive confidence intervals obtained in cyclic fatigue tests showed no effect of frequency used this method in fatigue characteristic lifetimes of the Y-TZP tested