Effect of grinding and heat treatment on the mechanical behavior of zirconia ceramic

Abstract

The present study investigated the effect of grinding on roughness, flexural strength, and reliability of a zirconia ceramic before and after heat treatment. Seven groups were tested (n = 15): a control group (labeled CG, untreated), and six groups of samples ground with diamond discs, simulating diamond burs, with grits of 200 µm (G80); 160 µm (G120), and 25 µm (G600), either untreated or heat-treated at 1200°C for 2 h (labeled A). Yttria tetragonal zirconia polycrystal discs were manufactured, ground, and submitted to roughness and crystalline phase analyses before the biaxial flexural strength test. There was no correlation between roughness (R a and R z) and flexural strength. The reliability of the materials was not affected by grinding or heat treatment, but the characteristic strength was higher after abrasion with diamond discs, irrespective of grit size. The X-ray diffraction data showed that grinding leads to a higher monoclinic (m) phase content, whereas heat treatment produces reverse transformation, leading to a fraction of m-phase in ground samples similar to that observed in the control group. However, after heat treatment, only the G80A samples presented strength similar to that of the control group, while the other groups showed higher strength values. When zirconia pieces must be adjusted for clinical use, a smoother surface can be obtained by employing finer-grit diamond burs. Moreover, when the amount of monoclinic phase is related to the degradation of zirconia, the laboratory heat treatment of ground pieces is indicated for the reverse transformation of zirconia crystals.

Y-TZP zirconia regeneration firing: Microstructural and crystallographic changes after grinding

“…Most studies showed that grinding, with or without water coolant, promotes the t→m transformation [35][36][37] , differently of the present study. This could be explained by the presence of cubic phase, since the transformation c→t occurred before a possible t→m transformation.…”

The effect of the repeated firings on the biaxial flexural strength of zirconia

“…24,25 Literatürde, zirkonya seramiklere uygulanan ısıl işlemlerin materyalin yapısında herhangi bir değişikliğe sebep olmadığını belirten çalışmalar mevcuttur. 26,27 Çalışmamızda ise materyal yapısındaki itriyum elementinin, tekrarlanan fırınlamalar sonucunda oransal olarak anlamlı ölçüde değiştiği tespit edilmiştir. Kontrol grubunla kıyaslandığında 1, 3 ve 5. fırınlamalar sonucunda materyalin yapısındaki itriyum oranı artmışken, zirkonyum elementinin oransal değişikliklerinin ise anlamlı olmadığı görülmüştür.…”

“…Öte yandan literatür incelendiğinde tekrarlanan fırınlamalar ve yüzeye uygulanan ısıl işlemlerin zirkonya üzerine etkilerinin inceleyen çalışmalarda örneklere final sinterleme sonrası yüzey işlemlerinin (kumlama, aşındırma, yaşlandırma) uygulandığı görülmektedir. 6,7,13,18,26,27,29 Marit ve arkadaşları 28 yapmış oldukları çalışmada 1. fırınlamadan sonraki tekrarlayan fırınlama prosedürlerinin materyalin özellikleri üzerine anlamlı bir etkisinin olmadığını ve 1. fırınlama ile diğer fırınlamalar arasındaki farkın ise örneklere sinterleme işlemi sonrası uygulanan farklı mekanik işlemlerin sonucu olarak meydana geldiğini belirtmişlerdir. Çalışmamızda tekrarlanan…”

Efeito de diferentes protocolos de desgaste nas características superficiais e comportamento mecânico da zircônia (Y-TZP)

“…Kosmac et al (2008) Neste contexto, é notável que a literatura apresenta resultados conflitantes. Alguns estudos exibem um efeito positivo do desgaste nas propriedades mecânicas do material (Ho et al, 2009;Pereira et al, 2016A;Ramos et al, 2016;Polli et al, 2016, Hatanaka et al, 2016 e outros observam que o desgaste pode introduzir defeitos superficiais e tornar o material mais susceptível à falha catastrófica (Kosmac et al, 2008;Iseri et al, 2010;Canneto et al, 2016).…”

“…Além disso, a maioria dos estudos realizados para caracterizar as propriedades mecânicas da zircônia após o desgaste utilizam condições estáticas de carregamento mecânico (Ho et al, 2009;Iseri et al, 2010;Subasi et al, 2014;Pereira et al, 2016A;Lee et al, 2016;Ramos et al, 2016;Hatanaka et al, 2016;Chougule et al, 2017;Ozer et al, 2017;Khayat et al, 2017), enquanto uma minoria avalia o impacto do desgaste no comportamento sob condições dinâmicas (Kosmac et al, 2008;Polli et al, 2016;Pereira et al, 2016B;Zucuni et al, 2017A).…”