Processing and coating with different resin cement viscosities: effects on the mechanical behavior of glassceramics

This thesis comprises three studies that address as a central theme the effect of adhesive protocol with resin cements at different viscosities on the mechanical behavior of lithium disilicate machined ceramics. The first study aimed to access the available scientific literature on the effect that procedures performed before cementation develop on the strength of computer-aided design; computer-aided manufacturing (CAD-CAM) glass-ceramics restorations. A systematic review was conducted for in vitro studies, accessing the PubMed/MEDLINE, Web of Science, and Scopus databases. Of the 2764 potential articles found in the search, 42 were selected for full reading and 12 articles were included in the metaanalysis. It was concluded that the flexural strength of CAD-CAM glass-ceramics is reduced by grinding procedures, such as machining and fitting adjustment. Furthermore, ceramic microstructure, hydrofluoric acid concentration, and etching time determined the influence of hydrofluoric acid etching on the flexural strength and surface roughness of glass-ceramic materials. The second study analyzed whether high and low viscosity resin cement coating influenced the fatigue strength of machined vs polished lithium disilicate. Ceramic discs were obtained by machining in a CEREC inLab system and from reducing CAD-CAM blocks into cylinders, slicing in a cutting machine and polishing. Six experimental groups were evaluated, according to the surface characteristic (machined or polished), cementation protocol (coated or uncoated) and the cement used (high or low viscosity). The specimens were submitted to flexural fatigue strength test (n=15) by the "step-stress" method (10,000 cycles per step, frequency of 20 Hz, initial tension 60 MPa and increments of 20 MPa), in a piston-on-three ball test configuration, as well as roughness and contact angle analysis and scanning electron microscopy topographic and fractographic analysis. It was concluded that the cement coating was able to revert the damage effect caused by machining on the fatigue behavior of lithium disilicate. Furthermore, the behavior of high and low viscosity cements was similar regarding to ceramic strengthening. The third study evaluated the fatigue failure load of machined and polished lithium disilicate discs cemented to a dentin analogue material. The study had four experimental groups, according to the surface characteristic (machined or polished) and the cement used (high or low viscosity). The fatigue failure load and number of cycles for fatigue failure were determined using the “step-stress” method (n = 15) (10,000 cycles per step at a frequency of 20 Hz, initial load of 500 N and increments per step of 100N). Similarly to the second study, surface roughness analyzes were conducted before cementation, surface topography and fractographic analysis were done after fatigue test. The results showed that when lithium disilicate ceramic is cemented to a dentin analog support substrate, the deleterious effects of machining were not reverted by the resin cement bonding. No differences were found in the fatigue performance for the two investigated cement viscosities. A presente tese é constituída por três estudos que abordam como tema central o efeito do protocolo adesivo com cimentos resinosos em diferentes viscosidades no comportamento mecânico da cerâmica de dissilicato de lítio usinada. O primeiro estudo objetivou acessar a literatura científica disponível acerca do efeito que os procedimentos que antecedem a cimentação desenvolvem na resistência de restaurações vitrocerâmicas usináveis em sistema computer-aided design; computeraided manufacturing (CAD-CAM). Foi conduzida uma revisão sistemática de estudos in vitro, acessando as bases de dados PubMed/MEDLINE, Web of Science, and Scopus. Dos 2764 potenciais artigos encontrados na busca, 42 foram selecionados para leitura completa e 12 artigos foram incluídos na metanálise. Concluiu-se que a resistência flexural de vitrocerâmicas para sistema é reduzida por procedimentos abrasivos, como desgaste com brocas diamantadas e usinagem. Além disso, a microestrutura da cerâmica, a concentração do ácido fluorídrico e o tempo de condicionamento determinam sua influência na resistência flexural e na rugosidade das vitrocerâmicas. O segundo estudo analisou se a aplicação de uma camada de cimento resinoso de alta e baixa viscosidades influenciaria a resistência à fadiga de dissilicato de lítio usinado. Para tanto, foram confeccionados discos de cerâmica obtidos por usinagem em sistema CEREC inLab, bem como a partir de blocos reduzidos em cilindros, seccionados em máquina de corte e polidos. Seis grupos experimentais foram avaliados, de acordo com a característica superficial (usinado ou polido), protocolo de cimentação (com cobertura ou sem cobertura) e o cimento utilizado (alta ou baixa viscosidade). Os corpos de prova foram submetidos a ensaio de resistência à fadiga flexural (n=15) pelo método “step-stress” (10.000 ciclos por passo, frequência de 20 Hz, tensão inicial 60 MPa e incrementos de 20 MPa), em configuração de ensaio piston-on-three ball, além de análises de rugosidade superficial, ângulo de contato, e análise topográfica e fractográfica em microscopia eletrônica de varredura. Concluiu-se que a cobertura com cimento exerceu um efeito capaz de reverter os danos causados pela usinagem no comportamento à fadiga do dissilicato de lítio. Além disso, o comportamento dos cimentos de alta e baixa viscosidade foi similar com relação ao reforço da cerâmica. O terceiro estudo avaliou a carga para falha em fadiga de discos de dissilicato de lítio usinados e polidos cimentados em material análogo à dentina. O estudo contou com quatro grupos experimentais, conforme a característica superficial (usinados ou polidos) e o cimento utilizado (alta ou baixa viscosidade). A carga e o número de ciclos para a falha foram determinados através do método “step-stress” (n = 15) (10.000 ciclos por passo a uma frequência de 20 Hz, carga inicial de 500 N e incrementos de 100 N por passo). Similarmente ao segundo estudo, foram conduzidas análises de rugosidade superficial antes da cimentação, topografia de superfície e análise fractográfica após os testes de fadiga. Os resultados mostraram que quando a cerâmica de dissilicato de lítio foi aderida a um substrato análogo à dentina, os efeitos deletérios da usinagem não foram revertidos pela ação do cimento resinoso. Não foram encontradas diferenças no desempenho das duas viscosidades de cimento investigadas.