Breve histórico e classificação das cerâmicas vítreas e policristalinas

Cerâmicas vítreas e policristalinas: o desenvolvimento de novas tecnologias, materiais e aplicações permite abordagens mais conservadoras e resultados mais satisfatórios.

A adoção de materiais cerâmicos na Odontologia apresentou resultados promissores desde o início de sua utilização, tanto por seu potencial de mimetizar os dentes naturais como por sua estabilidade química. Os insucessos clínicos iniciais, principalmente decorrentes de fraturas, foram os propulsores do desenvolvimento e aperfeiçoamento das cerâmicas, que se tornaram mais resistentes com o avanço da tecnologia dos materiais e dos processos de produção, incluindo o desenvolvimento dos equipamentos de queima, sinterização e usinagem, além da evolução de novos compostos com melhores propriedades estruturais.

Em meados de 1770, surgia a porcelana odontológica, desenvolvida pelo farmacêutico Alexis Duchâteau e utilizada pelo cirurgião Nicholas Dubois de Chémant. O contexto da época era a péssima fama das dentaduras de madeira, o que levou muitas pessoas a acreditarem que a imagem sisuda do presidente norte-americano George Washington na nota de um dólar era consequência das próteses manchadas que utilizava.

A história sobre as dentaduras do presidente destacou que dentes artificiais de madeira, marfim ou transplantados de animais ou de outro ser humano geram desconforto, manchas e mau odor1. Estes problemas, aos poucos, foram superados pela produção de dentes cerâmicos a partir do uso da pasta mineral desenvolvida por Duchâteau. A porcelana para a confecção de dentes artificiais foi uma importante contribuição à ciência das cerâmicas odontológicas, sobretudo por diminuir a halitose, melhorar a aparência das pessoas e prevenir a transmissão de doenças infecciosas, como a sífilis, advindas de dentes humanos transplantados.

Nesta época, o produto utilizado pelo cirurgião francês consistia em uma pasta composta de caulim (ou argila branca, Al2-Si2-O5-(OH)4), que sofria contração volumétrica desigual após a queima, dificultando a adaptação em boca. Também, frequentemente eram relatados problemas de estabilidade de cor, trincamento e fragilidade das peças. Em virtude disso, Dubois de Chémant realizou consultas com os especialistas da Real Fábrica de Porcelana de Sèvres, passando a fazer moldes em cera da boca dos pacientes e, posteriormente, obtendo modelos em gesso a partir destes moldes1.

Dentro dos princípios de fabricação de porcelana da Real Fábrica de Porcelana, Dubois também desenvolveu um pequeno forno que melhorou a aparência e resistência do material, o que possibilitou a comercialização das “dentaduras sem cheiro”, feitas com uma pasta indissolúvel. Apesar de bem-vindas, elas eram pouco resistentes e caíram em desuso.

As primeiras porcelanas utilizadas em restaurações eram feldspáticas (K2O-Al2O3-6SiO2) e, portanto, de alto conteúdo vítreo, o que as tornavam bastante frágeis e pouco resistentes (aproximadamente 60 MPa). A partir de 1950, a porcelana se tornou mais resistente, mais tenaz e durável, devido ao início da queima a vácuo e ao ajuste da composição química, o que permitiu a aproximação dos coeficientes de expansão e contração térmicas encontrados nos metais2-3.

Dessa forma, o advento das próteses fixas cerâmicas com estrutura metálica aumentou a durabilidade das restaurações. A melhora da compatibilidade térmica entre metal e porcelana ocorreu com a inclusão de cristais de leucita [aluminossilicato de potássio, KAl (Si2O6)] na matriz vítrea. A adoção de uma estrutura metálica permitiu o uso de menor quantidade de cerâmica, reduzindo as tensões na superfície e interface, abrindo caminho para as próteses em multicamadas denominadas de metalocerâmicas.

Apesar disso, as próteses metalocerâmicas eram pouco satisfatórias esteticamente, em razão da cinta metálica aparente e da pouca vivacidade das coroas dentárias, devido ao fundo metálico escuro3-4. A inclusão de leucita na matriz aumentou a resistência cerâmica (aproximadamente 120 MPa).

Um dos primeiros materiais leucíticos foi a cerâmica Dicor (Corning Glass Works), que apresentava resultados estéticos bastante favoráveis em restaurações monolíticas, mas se tornou obsoleto por ser muito frágil e de desempenho inferior a materiais disponíveis na época, tais como Empress 1 (Ivoclar Vivadent) e Vita Mark I (Vita Zahnfabrik). Imagina-se que o baixo desempenho relativo da Dicor se dava por uso de técnicas não adesivas, além da dificuldade de requerer o processamento através da fundição pelo método de centrifugação3. Por outro lado, o bom desempenho da cerâmica Empress 1 foi favorecido por utilizar a técnica de fundição por cera perdida, com injeção de ingots cerâmicos em forno especialmente desenvolvido para isso.

A estratégia de reforço com cristais vítreos também se tornou possível a partir de tratamentos térmicos que permitiam a formação e o crescimento de cristalitos dentro da matriz vítrea, como no caso da vitrocerâmica dissilicato de lítio (SiO2-Li2O-Al2O3-K2O-P2O5-ZnO-La2O3), que apresenta resistência superior a 400 MPa. Todos esses materiais com grande quantidade de vidro constituem as cerâmicas com melhores propriedades estéticas, por serem translúcidas e capazes de reproduzir a beleza natural dos dentes. Às expensas da diminuição dessa translucidez, quanto maior a quantidade de cristais na matriz vítrea, maior a resistência do material.

O aumento do conteúdo cristalino finalmente obteve sucesso com o desenvolvimento de novos materiais, que permitiram a inclusão de grande quantidade de cristais com menor perda das propriedades estéticas, como o In-Ceram Alumina, que possui aproximadamente 500 MPa de resistência. O mais utilizado desses materiais era formado por um arcabouço de alumina, posteriormente infiltrado com vidro de lantânio, que se perpetuou até que o processo de manufatura em CAD/CAM começou a ser utilizado para produção de estruturas em cerâmica cristalina, dispensando a estrutura metálica e sendo mais adaptada aos preparos das próteses.

Nos anos 1990, surgiram as cerâmicas totalmente cristalinas, como a Procera AllCeram, com 99,9% de alumina, o primeiro material desse tipo utilizado para estruturas e que precisava ser revestido por porcelanas. Também surgiram as zircônias, com resistência acima de 1.200 MPa. Neste contexto, popularizou-se a zircônia tetragonal estabilizada com 3% de mol de ítria (3-YTZP) que, por ser muito opaca, precisava ser revestida com porcelana para atingir padrões estéticos aceitáveis. No entanto, a incompatibilidade térmica entre zircônia e porcelana trouxe o problema das fraturas clínicas, decorrentes principalmente de lascamentos da cerâmica de cobertura.

Se fosse possível resumir a história da evolução dos materiais cerâmicos em uma frase, deveria ser destacado que, apesar da busca pelo equilíbrio de suas propriedades, há uma certa dualidade entre estética e resistência, em que um atributo muda em detrimento de outro.

Por outro lado, a máxima de que os materiais vítreos são translúcidos e os cristalinos são opacos tem sido revista em função do desenvolvimento de vitrocerâmicas bastante opacas e zircônias cada vez mais translúcidas. Essa situação fica evidente nos casos clínicos (Figuras 1) que ilustram como coroas 9 anteriores em zircônia podem atender requisitos estéticos com o auxílio de caracterização extrínseca (maquiagem).

Novas vitrocerâmicas, cerâmicas híbridas e zircônias translúcidas renovaram a gama de materiais disponíveis para a confecção de restaurações monolíticas5, ou seja, feitas de um único material, e blocos usináveis em CAD/CAM estão disponíveis para todas elas (Quadro 1).

QUADRO 1 – CERÂMICAS VÍTREAS E POLICRISTALINAS MAIS UTILIZADAS ATUALMENTE EM APLICAÇÕES CLÍNICAS

Cerâmicas vítreas

As cerâmicas vítreas são formadas por uma matriz vítrea feldspática, quase sempre com cristais dispersos em seu interior. São condicionáveis com ácido fluorídrico ou primers ácidos, caracterizando-se como ácido-sensíveis6. O condicionamento gera um ataque seletivo, sendo mais intenso sobre os cristais do que na matriz vítrea, criando uma série de microrretenções que favorecem a adesão micromecânica. A cerâmica condicionada possui menor resistência, mas a associação com os cimentos resinosos restaura a resistência inicial, ou seja, sem o condicionamento ácido dos materiais feldspáticos7-9.

Mais novas no mercado, as cerâmicas híbridas com matriz feldspática entremeada de polímero desafiam a classificação até pouco tempo estabelecida para as cerâmicas vítreas. Este material – com cerca de 14% em peso de TEGDMA (trietilenoglicol dimetacrilato) e UDMA (uretano dimetacrilato) preenchendo os espaços entre a matriz cerâmica porosa – tem como finalidade retardar a propagação de trincas, tendo a fase polimérica como agente principal. Segundo a ADA, em 2015, esse material foi classificado como resina de matriz cerâmica, apesar de sua fase majoritariamente cerâmica10.

A cerâmica de dissilicato de lítio, que apresenta excelentes resultados clínicos, com cerca de 95% de taxa de sobrevivência após dez anos, sendo processada de forma injetada ou usinada, foi o único material dessa composição disponível por um longo tempo no mercado, sendo comercializado pela Ivoclar Vivadent4.

Variações do silicato de lítio surgiram com a queda da patente, a saber o monossilicato de lítio, desenvolvido pela Vita e Dentsply em cooperação com o Fraunhofer Institute for Silicate Research (da Alemanha) e vendido com diferentes nomes comerciais, como Vita Suprinity (Vita) e Celtra Duo (Dentsply)5,11. Por ter maior quantidade de zircônia no monossilicato do que no dissilicato, houve grande apelo comercial no início, pois sua proposta era a possibilidade de desencadear maior resistência mecânica à restauração. Entretanto, não foi possível atribuir a função de reforço à matriz vítrea, uma vez que a zircônia em dimensões nanométricas dispersa na matriz não promove tal efeito12-13.

A presença de mais de uma fase nas cerâmicas híbridas e nas vitrocerâmicas de mono e dissilicato de lítio confere resistência suficiente para serem indicadas para coroas sobre dentes e implantes. Da mesma forma, facetas ultrafinas (com espessura entre 0,4-1 mm) também podem ser obtidas com esses materiais14.

Cerâmicas policristalinas (zircônia)

A alta resistência e tenacidade à fratura da zircônia a distingue das outras cerâmicas. Inicialmente, as 3Y-TZPs (yttria stabilized tetragonal zirconia polycrystal) ocupavam majoritariamente o espaço das cerâmicas cristalinas para infraestruturas de coroas e próteses fixas sobre dentes ou implantes. A função do óxido de ítrio (~3% em mol) é estabilizar essa cerâmica em sua fase tetragonal. Entretanto, os grãos tetragonais são metaestáveis, isto é, têm energia para mudarem de fase e se transformarem em grãos monoclínicos, que comprimem a ponta de uma trinca devido ao seu maior volume.

Com o objetivo de aumentar a translucidez das primeiras zircônias, mudanças composicionais levaram ao desenvolvimento de TZPs mais translúcidas: as chamadas zircônias de segunda geração, ligeiramente mais refletivas do que as zircônias convencionais15-16. Seguindo a evolução do material, com o aumento da porcentagem em mols de ítria (~4-6% em mol) e maior porcentagem de fase cúbica, formou-se a terceira geração de zircônias – de resistência de aproximadamente 600 MPa e translucidez intermediária, entre os índices da 3-YTZP e das vitrocerâmicas2. As zircônias cúbicas são, portanto, menos resistentes e menos propensas à degradação em certas condições de temperatura e umidade, em relação às tetragonais17.

Apesar das vantagens, existem limitações relacionadas à alta incidência de fratura da porcelana de cobertura, também denominada de lascamento, e ao próprio processo acelerado de degradação da zircônia na presença de água18. Essas limitações parecem ser mais evidentes nas zircônias de primeira e segunda geração19-20.

A adesão a qualquer zircônia também é limitada, quando comparada às cerâmicas vítreas, portanto, retenções micromecânicas obtidas com jateamento de óxido de alumínio ou silicatização (óxido de alumínio revestido por sílica) e combinação de método mecânicos e químicos, como o jateamento associado ao uso de silano, são a forma mais eficiente para a adesão do material aos cimentos resinosos21. Por essa razão, as zircônias são classificadas como ácido-resistentes.

Recentemente, retomando a ideia das restaurações em multicamadas, associadas à inovação tecnológica de gradientes funcionais, chegaram ao mercado as zircônias tetragonal e cúbica integradas em um único bloco para usinagem em CAD/CAM. A IPS e.max ZirCAD Prime (Ivoclar Vivadent) possui resistência de até 1.200 MPa, similar à zircônia de primeira geração, sendo indicada para próteses fixas monolíticas de até 14 elementos, segundo o fabricante14.

Conclusão

Atualmente, existem diversos materiais cerâmicos com diferentes características e aplicações, de acordo com suas propriedades estruturais, mecânicas e estéticas, o que possibilita a confecção de restaurações sobre dentes e implantes tanto na região anterior como na região posterior. Apesar da evolução dos materiais cerâmicos com diferentes composições químicas, melhora em seu sistema de cores, desenvolvimento de variadas técnicas de fabricação e possibilidade de atingir uma maior naturalidade da anatomia dental, a busca pelo equilíbrio entre seus atributos ópticos e de resistência, assim como a capacidade de adesão ao extrato dentário, ainda é objeto de pesquisa da Odontologia moderna.

Sendo assim, o desenvolvimento de novas tecnologias, materiais e aplicações, principalmente no que diz respeito ao design da restauração e no uso pretendido, permite a adoção de abordagens mais conservadoras e resultados cada vez mais satisfatórios e duradouros.

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Autores

Autores

Renata Marques de Melo Marinho
Professora doutora e pesquisadora III – ICT-Unesp.

Clarice Ferreira Sabino
Graduanda em Odontologia – ICT-Unesp.

Nathália de Carvalho Ramos
Professora doutora – Faculdade de Odontologia da Universidade São Francisco.

Júlio Nogueira Luz
Professor doutor – Faculdade de Odontologia da Universidade de Guarulhos.

Rodrigo Othávio A. Souza
Professor adjunto do Depto. de Odontologia – Universidade Federal do Rio Grande do Norte.