Abstract This study aimed to investigate the failure behavior of 3 mol.% yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystal (3Y-TZP) prosthetic crowns air-abraded with aluminum oxide (AO) particles of different sizes. Ninety ceramic premolar crowns were produced with 3Y-TZP frameworks veneered with porcelain. Crowns were randomly divided into three groups, according to the size of the air abrasion AO particles (n = 30): (GC) untreated (control); (G53) 53 µm; (G125) 125 µm. Air abrasion was performed with 0.25 mpa pressure, 10-mm distance, for 10 s. Crowns were adhesively cemented to dentin analog abutments. Specimens were loaded in compression to failure, in 37oC distilled water, using a universal testing machine (n = 30). Fractographic analysis was performed using a stereomicroscope and SEM. The roughness of the crown’s inner surface was evaluated using an optical profilometer (n = 10). Fracture load data were statistically analyzed with Weibull analysis and roughness data with Kruskal-Wallis (α = 0.05). GC had the lowest characteristic fracture load (L0), while G53 and G125 had higher and statistically similar L0 values. The Weibull modulus (m) was similar among groups. The failure modes observed were catastrophic failure and porcelain chipping. There were no differences between the roughness parameters for the experimental groups (p > 0.05). The size of the AO particles did not affect the fracture load and failure mode of 3Y-TZP crowns. Air abrasion with 53 µm and 125 µm particles resulted in a higher fracture load of ceramic crowns than the untreated group while maintaining their reliability and surface characteristics.

Resumo O objetivo deste estudo foi investigar o efeito do jateamento com óxido de alumínio (AO) com diferentes tamanhos de partículas no comportamento de fratura de coroas protéticas de zircônia tetragonal estabilizada com 3 mol% de ítria (3Y-TZP). Noventa coroas cerâmicas de pré-molares foram produzidas com infraestruturas de 3Y-TZP recobertas com porcelana. As coroas foram divididas aleatoriamente em três grupos, de acordo com o tamanho das partículas de AO do jateamento (n = 30): (GC) não tratada (controle); (G53) 53 µm; (G125) 125 µm. O jateamento foi realizado com pressão de 0,25 MPa, distância de 10 mm, por 10 s. As coroas foram cimentadas adesivamente em pilares análogos à dentina. As coroas foram testadas em compressão até a falha, em água destilada a 37ºC, usando uma máquina universal de ensaios (n = 30). A análise fractográfica foi realizada usando estereomicroscópio e MEV. A rugosidade da superfície interna das coroas foi avaliada usando um perfilômetro óptico (n = 10). Os dados de carga de fratura foram analisados estatisticamente com análise de Weibull e os dados de rugosidade com Kruskal-Wallis (( = 0,05). GC apresentou a menor carga característica de fratura (L0), enquanto G53 e G125 apresentaram valores de L0 maiores e estatisticamente semelhantes. O módulo de Weibull (m) foi semelhante entre os grupos. Os modos de falha observados foram falha catastrófica e lascamento da porcelana. Não houve diferenças entre os parâmetros de rugosidade para os grupos experimentais (p > 0,05). O tamanho das partículas de AO não afetou a carga de fratura e o modo de falha das coroas 3Y-TZP. O jateamento com partículas de 53 µm e 125 µm resultou em maior carga de fratura das coroas cerâmicas do que o grupo não tratado, mantendo sua confiabilidade e características de superfície.

Abstract This study aimed to evaluate the effect of different loading conditions on the mechanical behavior and stress distribution of a leucite-reinforced glass-ceramic. Plate-shaped ceramic specimens were obtained from leucite-reinforced glass-ceramic (1.5 × 8.4 × 8.3 mm) and adhesively cemented to a dentin analog substrate. Monotonic and cyclic contact fatigue tests were performed to simulate sphere-to-flat contact, using a 6 mm diameter spherical piston; and flat-to-flat contact, using a 3 mm diameter flat piston. For the monotonic test (n=20), a gradual compressive load (0.5 mm/min) was applied to the specimen using a universal testing machine. Failure load data were analyzed with Weibull statistics. The cyclic contact fatigue test was performed using protocols (load and a number of cycles) defined by the boundary technique (n=30). Fatigue data were analyzed using an inverse power law relationship and Weibull-lifetime distribution. The stress distribution was investigated using Finite Element Analysis (FEA). The monotonic and the fatigue Weibull modulus were similar among the two contact conditions. In fatigue, the slow crack growth exponent was greater for sphere-to-flat contact, which indicates that the load level had a greater effect on the specimen’s probability of failure. In conclusion, FEA showed different stress distribution for the tested loading conditions. The stress distribution and probability of fatigue failure of specimens tested in sphere-to-flat contact showed greater dependency to load level.

Resumo O objetivo deste estudo é avaliar o efeito de diferentes condições de carregamento no comportamento mecânico e na distribuição de tensões de uma vitrocerâmica reforçada com leucita. Amostras cerâmicas em forma de lâminas foram obtidas a partir de vitrocerâmica reforçada com leucita (1,5 × 8,4 × 8,3 mm) e cimentadas adesivamente a um substrato análogo de dentina. Ensaios de carga de compressão monotônica e fadiga foram realizados para simular o contato esfera-plano, usando um pistão esférico de 6 mm de diâmetro; e contato plano com plano, usando um pistão plano de 3 mm de diâmetro. Para o ensaio de carga de compressão monotônica (n=20), foi aplicada uma carga compressiva gradual (0,5 mm/min) ao corpo-de-prova usando uma máquina de ensaio universal. Os dados de carga de fratura foram analisados de acordo com a distribuição de Weibull. O teste de fadiga foi realizado com os protocolos (carga e número de ciclos) definidos pela técnica de boundary (n=30). Os dados de fadiga foram analisados usando uma relação de tempo de vida - tensão de lei da potência inversa (IPL- inverse power law). A distribuição de tensões foi investigada usando análise de elementos finitos (AEF). O módulo de Weibull para teste de compressão monotônico e de fadiga foram semelhantes entre as duas condições de contato. Em fadiga, o expoente de crescimento sub-crítico da trinca foi maior para o contato esfera-plano, o que indica que o nível de carga teve um efeito maior na probabilidade de falha do corpo-de-prova. Em conclusão, AEF apresentou distribuição de tensões diferente para as condições de carregamento testadas. A distribuição de tensões e a probabilidade de falha em fadiga dos corpos-de-prova testados utilizando o contato esfera-plano apresentaram maior dependência do nível de carga.

OBJECTIVES: To evaluate and compare the magnitude and distribution of stresses generated on implants, abutments and first molar metal-ceramic crowns using finite element analysis. METHODS: Preliminary three-dimensional models were created using the computer-aided design software SolidWorks. Stress and strain values were observed for two distinct virtual models: model 1 - Morse taper and solid abutment; model 2 - Morse taper and abutment with screw. A load (250 N) was applied to a single point of the occlusal surface at 15° to the implant long axis. Von Mises stresses were recorded for both groups at four main points: 1) abutment-retaining screws; 2) abutment neck; 3) cervical bone area; 4) implant neck. RESULTS AND CONCLUSION: Model 1 showed a higher stress value (1477.5 MPa) at the abutment-retaining screw area than the stresses found in model 2 (1091.1 MPa for the same area). The cervical bone strain values did not exceed 105 µm for either model.

This study evaluated the flexural strength (sf) and the diametral tensile strength (st) of light-cured composite resins, testing the hypothesis that there is a positive relation between these properties. Twenty specimens were fabricated for each material (Filtek Z250- 3M-Espe; AM- Amelogen, Ultradent; VE- Vit-l-escence, Ultradent; EX- Esthet-X, Dentsply/Caulk), following ISO 4049 and ANSI/ADA 27 specifications and the manufacturers’ instructions. For the st test, cylindrical shaped (4 mm x 6 mm) specimens (n = 10) were placed with their long axes perpendicular to the applied compressive load at a crosshead speed of 1.0 mm/min. The sf was measured using the 3-point bending test, in which bar shaped specimens (n = 10) were tested at a crosshead speed of 0.5 mm/min. Both tests were performed in a universal testing machine (EMIC 2000) recording the fracture load (N). Strength values (MPa) were calculated and statistically analyzed by ANOVA and Tukey (a = 0.05). The mean and standard deviation values (MPa) were Z250-45.06 ± 5.7; AM-35.61 ± 5.4; VE-34.45 ± 7.8; and EX-42.87 ± 6.6 for st; and Z250-126.52 ± 3.3; AM-87.75 ± 3.8; VE-104.66 ± 4.4; and EX-119.48 ± 2.1 for sf. EX and Z250 showed higher st and sf values than the other materials evaluated (p < 0.05), which followed a decreasing trend of mean values. The results confirmed the study hypothesis, showing a positive relation between the material properties examined.

O objetivo deste estudo foi avaliar a resistência adesiva à tração (sigmat) e ao cisalhamento (sigmas) de uma cerâmica à base de alumina infiltrada por vidro e reforçada com zircônia (IZ- Vita In-Ceram Zircônia) à resina composta, testando a hipótese de que o sistema de silicatização (SC- Cojet, 3M-ESPE) produz valores maiores de resistência adesiva do que demais tratamentos de superfície utilizados. Sessenta corpos-de-prova (cp) em forma de disco da IZ foram fabricados e testados de acordo com as instruções dos fabricantes e as normas ISO6872 e ISO11405. Após polimento até 1 µm, os cp foram divididos em 3 grupos (n = 20) de acordo com o tratamento de superfície aplicado: HF - ácido hidrofluorídrico a 9,5% (Ultradent) por 1 min; SB - jateamento com óxido de alumínio 25 µm por 10 s; SC - silicatização por 10 s. Silano (3M-Espe), adesivo (Single Bond, 3M-Espe) e um cilindro resinoso (Z100, 3M-Espe) foram aplicados na área de adesão (3,5 mm de diâmetro) e fotoativados. Dez cp por grupo (n = 10) foram testados para sigmat e os outros 10 cp para sigmas em uma máquina de ensaios universal (EMIC DL 2000) com velocidade de 1 mm/min. Os resultados foram analisados estatisticamente por ANOVA e Tukey (alfa = 0,05). Os valores médios e desvio padrão (MPa) para sigmat foram: HF - 3,5 ± 1,0a; SB - 7,6 ± 1,2b; SC - 10,4 ± 1,8c. Para sigmas, os resultados foram: HF - 10,4 ± 3,1A; SB - 13,9 ± 3,1B; SC - 21,6 ± 1,7C (p < 0,05). Os grupos mostraram o mesmo ranqueamento estatístico de valores em ambos os testes. A IZ tratada com SC demonstrou aumento significativo na média de resistência adesiva em ambos os testes, confirmando a hipótese inicial.

The objective of this study was to evaluate the tensile (sigmat) and shear bond strength (sigmas) of a glass-infiltrated alumina-based zirconia-reinforced ceramic (IZ - Vita In-Ceram Zirconia) to a composite resin, testing the hypothesis that silica coating (SC - Cojet, 3M-Espe) produces higher bond strength values than other ceramic surface treatments. Specimens were fabricated and tested according to the manufacturers' instructions, and to ISO6872 and ISO11405 specifications. Sixty IZ disk specimens were polished through 1 µm and divided into 3 groups (n = 20) according to the following surface treatments: HF - 9.5% hydrofluoric acid (Ultradent) for 1 min; SB - sandblasting with 25-µm aluminum oxide particles for 10 s; SC - silica coating for 10 s. Silane (3M-Espe), adhesive (Single Bond, 3M-Espe) and a composite resin cylinder (Z100, 3M-Espe) were applied and polymerized to the treated bonding area (3.5 mm in diameter). Ten specimens from each group (n = 10) were tested for sigmat and ten specimens were tested for sigmas, using a universal testing machine (EMIC DL 2000) at a crosshead speed of 1 mm/min. The data were statistically analyzed by ANOVA and Tukey tests (alpha = 0.05). The mean and standard deviation values (MPa) and statistical groupings for sigmat were: HF - 3.5 ± 1.0a; SB - 7.6 ± 1.2b; and SC - 10.4 ± 1.8c. For sigmas, the values were: HF - 10.4 ± 3.1A; SB - 13.9 ± 3.1B; and SC - 21.6 ± 1.7C (p < 0.05). The groups presented the same statistical ranking of mean values for both test methods. The SC-treated IZ ceramic presented a significant increase in mean bond strength values for both test methods, confirming the study hypothesis.