Sintering dental porcelain with CO2 laser: porosity and mechanical characterization / Sinterização de porcelanas dentárias com o laser de CO2: porosidade e caracterização mecânica

ABSTRACT

Objective: This study investigated CO2 laser sintering of dental porcelain as an alternative to a conventional furnace by means of porosity, density, fracture toughness and microhardness tests. Methods: Two commercial veneering porcelains were chosen for this study VM7 and VM9 (VITA Zahnfabrik). 25 porcelain green discs (4.1 mm dia. x 2.4 mm) of each commercial brand were confectioned and divided into 5 groups a control group (oven-glazed specimens) and 4 groups of specimens sintered by continuous CO2 laser (Coherent, USA – 35 W e λ= 10.6 μm) with different fluences 6000, 6900, 12000 and 13800 J/cm2. After sintering, the discs had one of their surfaces mirror polished until the final dimension of 3.5 mm x 2.0 mm was achieved. The amount of superficial pores (%) was assessed by the Image J software through images obtained from an optical microscope (Shimadzu - 100x). Apparent density was measured by the Archimedean’s method. Microhardness and fracture toughness (Indentation Fracture - IF) were determined with a Vickers indenter (Shimadzu). Results: Porosity ranged between 4.0 to 5.9% for the irradiated specimens; the control group had 6.0 and 4.7% of porosity for porcelain VM7 and VM9, respectively. The density of the VM7 porcelain irradiated in 13800 J/cm2 fluence was significantly higher than the control group. The microhardness and fracture toughness of the irradiated specimens were similar to the control. The indentation marks of some irradiated groups were not possible to achieve because the surface cracked during the test. Conclusions: Porcelain sintered with CO2 laser in studied fluences produced a material with superficial porosity similar to that obtained in a conventional oven. Depending on the commercial brand and/or the laser fluence, the irradiated specimens presented a density, fracture toughness and microhardness results that differed from the control group.

RESUMO

Objetivo: Este estudo testou o laser de CO2 como um agente de sinterização de porcelanas dentárias e o comparou ao forno convencional por meio das seguintes caracterizações porosidade, densidade, tenacidade à fratura e microdureza. Materiais e métodos: Duas porcelanas comerciais foram escolhidas para o estudo VM7 e VM9 (VITA Zahnfabrik). 25 discos (4,1 mm dia. x 2,4 mm) de cada porcelana foram confeccionados e divididos em 5 grupos 1 grupo controle (espécimes sinterizados no forno) e 4 grupos de espécimes sinterizados pelo laser de CO2 de forma contínua (Coherent, USA – 35 W e λ= 10,6 μm) em diferentes fluências 6000, 6900, 12000 e 13800 J/cm2. Após a sinterização, os discos tiveram uma de suas faces polidas. A dimensão final dos espécimes foi de 3,5 x 2,0 mm. A contagem de poros superficiais (%) foi feita pelo programa Image J (domínio público) através de imagens obtidas em um microscópio óptico (Shimadzu - 100x). A densidade aparente foi medida por Arquimedes. A microdureza e a tenacidade à fratura (método IF - Indentation Fracture) foram determinadas por um indentador Vickers (Shimadzu). Resultados: A porosidade variou entre 4,0 e 5,9% para os espécimes irradiados; o grupo controle apresentou a porosidade de 6,0 e 4,7% para o grupo controle das porcelanas VM7 e VM9, respectivamente. A densidade da porcelana VM7 irradiada na fluência de 13800 J/cm2 foi significantemente maior do que a observada no grupo controle. A microdureza e a tenacidade à fratura dos espécimes irradiados foram similares ao grupo controle, porém em alguns grupos não foi possível se obter as marcas de indentação devido ao trincamento da superfície, o que inviabilizou o teste. Conclusões: A sinterização com o laser de CO2 produziu uma porcelana com porosidade superficial semelhante àquela obtida em forno convencional. Dependendo da marca comercial ou da fluência do laser, os resultados de densidade, tenacidade à fratura e microdureza diferiram dos do grupo controle