BIOTECNOLOGIE DEI MATERIALI DENTARI

Tenacizzazione di cappette di allumina per uso odontoiatrico

- appunti di ricerca -

di Renato Raso

 

La crescente domanda di trattamenti estetici di ricostruzione in odontoiatria ha fatto delle ceramiche dentarie un materiale molto usato sia per ricostruzioni anteriori che posteriori. L'odontoiatria sta cercando una corona dentaria interamente in ceramica che possa essere usata sia per i molari che per i premolari, tale da soddisfare le specifiche richieste dalla ISO 6872 "ceramica dentaria" sullo sforzo a flessione per questi materiali.

L'allumina ad elevata densità e purezza (>99.5%) è utilizzata per le protesi e per gli impianti dentari a causa della combinazione di eccellente resistenza a corrosione, buona biocompatibilità, elevata durezza e alta resistenza a flessione.

Le caratteristiche meccaniche dell'allumina dipendono fortemente dalla purezza e dalla granulometria delle polveri. Infatti, l'allumina con una granulometria <4mm e con purezza >99.7% possiede una buona resistenza a flessione e un'ottima resistenza a compressione.

Pur avendo ottime caratteristiche meccaniche, l'allumina resta pur sempre un materiale ceramico, e come tale ha il suo tallone d'Achille nella fragilità. Tale parametro diventa addirittura critico quando sia necessario intervenire nelle zone posteriori della bocca, in cui i carichi agenti sono notevoli.

Pertanto negli ultimi anni sono stati effettuati diversi studi allo scopo di rendere l'allumina densamente sinterizzata meno fragile. Tra le altre è stata particolarmente battuta la strada del drogaggio dell'allumina con diversi tipi di ossidi, tra cui quelli di magnesio, zirconio e ittrio.

L'aggiunta di piccole quantità di magnesia all'allumina classicamente sinterizzata, sopprime la crescita abnorme e discontinua del grano, non inibendo la crescita, ma solo diminuendo la velocità di crescita, rispettando in ogni modo quella di densificazione.

Per comprendere, invece, gli effetti che la zirconia induce all'interno di una matrice di allumina è necessario conoscere le sue trasformazioni di fase. A temperatura ambiente è presente in natura nella forma monoclina, e soltanto intorno ai 1197 °C dà luogo alla trasformazione di fase nella forma tetragonale. Durante un processo di sinterizzazione, con temperature comprese fra i 1400 °C e i 1600 °C, la zirconia è quindi presente nella forma tetragonale. Raffreddando il materiale ci si aspetterebbe una trasformazione nella fase monoclina caratterizzata da un aumento di volume.

Se inglobati all'interno di una struttura densamente sinterizzata, come l'allumina, i grani di zirconia non possono espandersi liberamente, e quindi anche a temperatura ambiente è presente una discreta quantità in fase tetragonale. Tale effetto si accentua se alla zirconia si aggiunge una quantità di ittria pari a circa 3% molare.

La trasformazione tetragonale-monoclina può allora essere indotta da tensioni esterne ("trasformazione indotta da stress"); il risultato finale è che, nel propagarsi di una cricca all'interno del materiale, parte dell'energia viene dissipata per indurre la trasformazione di fase suddetta.

In tal modo la tenacità del materiale risulta decisamente migliorata.

Poiché quindi esiste una correlazione tra le caratteristiche dei materiali grezzi (polveri dopate) e le proprietà fisiche dei prodotti ceramici finali (allumina densamente sinterizzata), abbiamo ritenuto opportuno rivolgere la nostra ricerca verso questa specifica fase iniziale di preparazione delle polveri, realizzando il dopaggio dell'allumina con tecniche innovative che prevedono l'utilizzo di particolari reagenti per la precipitazione in loco di MgO nella struttura dell'allumina, e l'utilizzo di trattamenti idrotermali sull'allumina-gel che hanno dimostrato effetti positivi sulle dimensioni cristalline dell'Al-idrossido.

Con la cottura a 1500 °C delle polveri così ottenute, sarà possibile avere provini sui quali effettuare un'analisi mediante raggi X. Tali risultati, confrontati con quelli ottenuti da provini d'allumina pura, dovranno confermare l'avvenuta riduzione di granulometria.