長石質、リューサイトおよび二ケイ酸リチウム強化ガラスセラミックスの疲労後破壊荷重、応力集中および機械的特性

Post-fatigue fracture load, stress concentration and mechanical properties of feldspathic, leucite- and lithium disilicate-reinforced glass ceramics.

抄録

目的:

異なるCAD/CAMセラミックシステムの機械的特性と、セメント冠として使用した場合の疲労後破壊および応力分布を評価すること。

OBJECTIVE: To evaluate the mechanical properties of different CAD/CAM ceramic systems and the post-fatigue fracture and stress distribution when used as cemented crowns.

材料と方法:

60本のCAD/CAMモノリシッククラウンを3種類のセラミック材料(FD-フェルドパシック[Vita Mark II])、LE-リューサイト系セラミック[IPS Empress CAD]、LD-リチウムジシリケート[IPS e.max CAD])を用いて作製し、レジン複合染料上に接着性セメントで固定した。試料は蒸留水中（37℃）で7日間保存した。その後，クラウンの半分を即時破壊荷重試験に供し，残りの半分を疲労サイクルに供した．走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて、平均約80μmのセメント層を評価した。この平均厚さは、三次元（3D）有限要素解析（FEA）に用いられた。各セラミック材料について、密度、ポアソン比、せん断弾性率、ヤング率、破壊靭性、真硬度を評価した（n=3）。このデータを用いて、3D-FEAを通じて、各材料の破壊荷重時および疲労後の最大主応力を評価した。データは二元配置分散分析（ANOVA）と Tukey検定（α=0.05）に供した。

MATERIALS AND METHODS: Sixty (60) CAD/CAM monolithic crowns were milled using three different ceramic materials (FD - Feldspathic [Vita Mark II]), LE - Leucite-based ceramic [IPS Empress CAD] and LD - Lithium Disilicate [IPS e.max CAD]) and adhesively cemented on resin composite dyes. Specimens were stored in distillated water (37 °C) for 7 days. After, half of the crowns were submitted to immediate fracture load test while the other half was submitted to fatigue cycling. The average cement layer of approximately 80 μm was assessed using scanning electron microscopy (SEM). The average thickness was used in the three-dimensional (3D) Finite Element Analysis (FEA). For each ceramic material, the density, Poisson ratio, shear modulus, Young modulus, fracture toughness, and true hardness were assessed (n = 3). The data was used to assess the Maximum Principal Stress throughout 3D-FEA according to each material during load to fail and post-fatigue. Data were submitted to two-way ANOVA and Tukey test (α = 0.05).

結果:

LDは、圧縮荷重、密度、せん断弾性率、ヤング率、破壊靭性、真硬度が最も高い値を示した。一方、LEは最も低い機械的特性を示した。ポアソン比は両セラミックス間に差はなかった。

RESULTS: LD showed the highest compression load, density, shear modulus, Young modulus, fracture toughness and true hardness values. While LE presented the lowest mechanical properties values. There is no difference in the Poisson ratio between the evaluated ceramics.

結論:

LDは経年劣化の影響を受けやすいが、より強い物理機械的特性を示し、疲労後破壊荷重と応力の大きさが最も大きかった。

CONCLUSION: LD was susceptible to aging process but presented stronger physicomechanical properties, showing the highest post-fatigue fracture load and highest stress magnitude.