Bending strength and reliability of porcelains used in all-ceramic dental restorations

• Published in: Cerâmica 2018-12, Vol.64 (372), p.491-497
• Main Authors: Almeida Junior, A. A. de, Adabo, G. L., Galvão, B. R., Longhini, D., Simba, B. G., Santos, C. dos
• Format: Magazinearticle
• Language: eng ; por
• Subjects: Bend strength; Ceramics; Crystallization; fixed dental prostheses (FDPs); Fracture mechanics; Fracture toughness; MATERIALS SCIENCE, CERAMICS; Mechanical properties; metal-free systems; Porcelain; Potassium aluminum silicates; Reliability analysis; Statistical analysis; Statistical methods; veneering ceramics; Weibull modulus; Zirconium dioxide
• ISSN: 0366-6913; 1678-4553; 1678-4553
• DOI: 10.1590/0366-69132018643722382

Abstract Four dental porcelains for covering zirconia were sintered (fired) at 910-960 °C and characterized, focusing in analyzing reliability, physical and mechanical properties. Samples with relative density close to 99% presented leucite crystallization apart from residual amorphous phase. Hardness between 491±23 and 575±32 HV was different among all ceramics. Fracture toughness between 1.13±0.11 and 1.42±0.25 MPa.m1/2 was statistically different. Bending strength results were not different for three porcelain groups (73±9 to 75±12 MPa), with the exception of one specific group (62±4 MPa). Weibull analysis indicated bending strength between 73 and 75 MPa, Weibull modulus (m) between 5.7 and 7.1, while the ceramic with strength of 60 MPa presented m=13.6. The use of classical theory of fracture mechanics associated to the results of properties obtained in this work indicated the critical failure size in these ceramics lays between 65 and 90 μm and the theoretical fracture energy of porcelains is approximately from 10.5 to 16.3 J/m. It was concluded that the porcelains had different behavior, and it seems that there is no clear relationship among the studied properties. Resumo Quatro porcelanas dentárias para cobertura de zircônia foram sinterizadas (queimadas) a 910-960 °C e caracterizadas, focando na análise de confiabilidade, propriedades físicas e mecânicas. Amostras com densidade relativa próxima de 99% apresentaram cristalização de leucita, além de fase amorfa residual. Dureza entre 491±23 e 575±32 HV foi diferente entre todas as cerâmicas. Tenacidade à fratura entre 1,13±0,11 e 1,42±0,25 MPa.m1/2 foi estatisticamente diferente. Os resultados de resistência à flexão não foram diferentes para as porcelanas (73±9 a 75±12 MPa), com a exceção de um grupo específico (62±4 MPa). A análise de Weibull indicou resistência à flexão entre 73 e 75 MPa, módulo de Weibull (m) entre 5,7 e 7,1, enquanto a cerâmica com resistência de 60 MPa apresentou m=13,6. O uso de teoria clássica da mecânica da fratura, associado aos resultados das propriedades obtidas neste trabalho, indicou tamanho crítico do defeito nestas cerâmicas entre 65 e 90 μm e a energia de fratura teórica das porcelanas foi de 10,5 a 16,3 J/m. Concluiu-se que as porcelanas têm diferentes comportamentos e parece não haver clara relação entre as propriedades estudadas.