歯科用セラミックスの低速クラック成長と信頼性

Slow crack growth and reliability of dental ceramics.

抄録

目的:

5種類の歯科用セラミック（ガラス質ポーセレン（V）、リューサイト系ポーセレン（D）、リューサイト系ガラスセラミック（E1）、二ケイ酸リチウム系ガラスセラミック（E2）、ガラス浸潤アルミナ複合材（IC））のスロークラック成長（SCG）およびワイブルパラメータを測定すること。

OBJECTIVE: To determine the slow crack growth (SCG) and Weibull parameters of five dental ceramics: a vitreous porcelain (V), a leucite-based porcelain (D), a leucite-based glass-ceramic (E1), a lithium disilicate glass-ceramic (E2) and a glass-infiltrated alumina composite (IC).

方法:

各材料の円盤80枚（Ø12mm×厚さ1.1mm）をメーカーの推奨に従って製作し、研磨した。動的疲労試験により応力腐食感受性係数（n）を求め、試験片を37℃の人工唾液に浸し、5段階の応力率で二軸曲げ試験を行った。37℃の人工唾液中，1 MPa/sで試験した30本の試験片について，ワイブルパラメータを算出した。80個の試験片は以下のように配分された：各応力率（10(-2)、10(-1)、10(1)、10(2)MPa/s）で10個、不活性強度（10(2)MPa/s、シリコンオイル）で10個、10(0)MPa/sで30個である。破壊の起源を調べるために、フラクトグラフィ解析も行った。

METHODS: Eighty disks (Ø 12 mm × 1.1mm thick) of each material were constructed according to manufacturers' recommendations and polished. The stress corrosion susceptibility coefficient (n) was obtained by dynamic fatigue test, and specimens were tested in biaxial flexure at five stress rates immersed in artificial saliva at 37 °C. Weibull parameters were calculated for the 30 specimens tested at 1 MPa/s in artificial saliva at 37 °C. The 80 specimens were distributed as follows: 10 for each stress rate (10(-2), 10(-1), 10(1), 10(2)MPa/s), 10 for inert strength (10(2)MPa/s, silicon oil) and 30 for 10(0)MPa/s. Fractographic analysis was also performed to investigate the fracture origin.

結果:

E2が最も低い低速き裂進展感受性係数(17.2)を示し、次いでD(20.4)、V(26.3)であった。E1とICは最も高いn値（それぞれ30.1と31.1）を示した。磁器Vのワイブル弾性率は最も低かった（5.2）。他のすべての材料は、9.4から11.7の範囲で、同程度のワイブル弾性率を示した。フラクトグラフィ分析から、ポーセレンD、ガラスセラミックスE1およびE2、複合材ICでは、クラックのたわみが主な強靭化メカニズムであることが示された。

RESULTS: E2 showed the lowest slow crack growth susceptibility coefficient (17.2), followed by D (20.4) and V (26.3). E1 and IC presented the highest n values (30.1 and 31.1, respectively). Porcelain V presented the lowest Weibull modulus (5.2). All other materials showed similar Weibull modulus values, ranging from 9.4 to 11.7. Fractographic analysis indicated that for porcelain D, glass-ceramics E1 and E2, and composite IC crack deflection was the main toughening mechanism.

意義:

本研究は、広く使用されている歯科用セラミックスの詳細な微細構造と低速亀裂成長の特性評価を提供するものである。これは臨床的な観点から重要であり、臨床医がそれぞれの状況に最適なセラミック材料を選択し、臨床的な寿命を予測するのに役立つ。また、歯科補綴物用の新しい材料を開発する際にも役立ちます。

SIGNIFICANCE: This study provides a detailed microstructural and slow crack growth characterization of widely used dental ceramics. This is important from a clinical standpoint to assist the clinician in choosing the best ceramic material for each situation as well as predicting its clinical longevity. It also can be helpful in developing new materials for dental prostheses.