Оксид циркония: физико-механические свойства и применение

Сегодня оксид циркония широко применяется в ортопедической стоматологии. В производстве удалось добиться высоких эксплуатационных характеристик материала и достойного сцепления с облицовкой, однако проблема сколов по-прежнему актуальна.

Цвет и прозрачность оксида циркония

Оксид циркония имеет белый цвет, близкий к слоновой кости. Чтобы использовать материал с целью эстетичной реставрации, блоки должны иметь оттенок, максимально приближенный к естественному. Таковые уже доступны, окрашенные промышленным путем. Цвет отфрезерованных каркасов также можно видоизменять посредством добавления определенных оксидов до этапа спекания. Исследования показали, что при таком подходе физико-механические свойства материала не страдают.

В последнее время на рынке появились блоки, которые позиционируются как «очень прозрачные». На самом деле они таковыми не являются и соответствуют лишь уровню МО – средняя опаковость, по шкале, принятой для стеклокерамики. Фирмы-производители стремятся таким образом повысить конкурентоспособность продукции, однако разница между «очень прозрачным» и обычным оксидом циркония на практике минимальна.

Прочность сцепления с керамической облицовкой

Из-за высокой микротвердости и низкой прозрачности оксид циркония всегда облицовывается стеклокерамикой. Очень часто возникает проблема ее сколов – от полного отслоения с нарушением анатомической формы до чешуйчатых отслоений.

Прочность сцепления зависит от:

• анатомической формы каркаса;
• механического взаимодействия и химических связей;
• типа и концентрации дефекта;
• скорости охлаждения при обжиге облицовки на каркасе;
• уровня концентрации сжимающих напряжений и др.

Каркас протеза должен иметь уменьшенную анатомическую форму соответствующих зубов. Максимальная толщина облицовки – 1,5 мм, оптимальная – 1 мм. При соблюдении этих условий вероятность сколов снижается.

Как решают проблему сколов облицовки

В 94 % случаев реставрации с каркасами из оксида циркония выживают три года. Через 5 лет этот показатель снижается до 88,9 %, а черед 7 лет – до 81,8 %. Причина – в сколах облицовки. Из-за низкой пористости поверхности оксида циркония внедрение стеклокерамического слоя в нее представляет сложность. Сегодня существует несколько вариантов решения этой проблемы:

• Изменение поверхности каркасного материала и одновременно разработка новых материалов для увеличения силы сцепления с облицовкой (бондинговые системы Hotbond, HiQ-Bonder, применение пескоструйной и механической обработки).
• Переход на полностью монолитные реставрации из оксида циркония без облицовочного слоя (например, протезы Zirkonzahn).
• Использование облицовочной стеклокерамики высокой прочности (CAD-onTechnique на базе дисиликата лития продемонстрировали 100 % эксплуатацию на протяжении двухлетнего применения).
• Видоизменения оксида циркония с помощью других стабилизаторов (оксидом церия, иттербия и др.).

Монолитные циркониевые коронки на передние зубы без облицовки отличаются высокой микротвердостью – в несколько раз выше, чем у эмали. Поэтому очень важно добиться максимальной гладкости поверхности путем полирования специальными инструментами и нанесением глазури.

Насколько эффективна пескоструйная обработка как метод повышения сцепления с облицовкой

С помощью пескоструйной обработки стремятся увеличить шероховатость поверхности, а с ней и сцепления с облицовкой. Однако некоторые ученые считают, что сила сцепления наоборот уменьшается из-за поверхностных напряжений сжатия и трансформаций фаз оксида циркония с увеличением объема. Многочисленные исследования опровергли необходимость в жесткой пескоструйной обработке наружной поверхности каркаса. Сегодня допустимо лишь мягкое воздействие внутренних слоев с целью улучшения фиксации протеза.

Нанотехнологии в применении оксида циркония

С помощью современных нанотехнологий удается видоизменять структуру оксида циркония, которая влияет на его свойства. За счет увеличения числа кристаллов или более плотного их расположения предотвращают распространение микротрещин и появление влажной среды. Иногда в состав оксида циркония вводят новые компоненты с необходимыми свойствами.

Недавно на рынке появился новый наноматериал производства Panasonic Dental Co Osaka – NanoZir с неоднородной кристаллической структурой. Такой поликристаллический материал практически не вступает во взаимодействие с агрессивными факторами слюны и не разрушается. Он не деградирует при гидротермических воздействиях, в отличие от обычного оксида циркония, который бы уже проявил признаки изменения поверхностной структуры. Сейчас материал проходит клиническую апробацию.

Ведутся работы над созданием отечественного стоматологического наноматериала на базе оксида циркония, стабилизированного оксидом иттербия. Его планируют использовать для изготовления каркасов цельнокерамических протезов. Оксид иттербия улучшает свойства кристаллической решетки и снижает эффект «низкотемпературного» старения керамики.