Céramiques dentaires (Suite)
Cours de Médecine Dentaire
Matériaux pour céramiques sans armature métallique :
La double composition vitreuse et cristalline des
céramiques a permis durant cette décennie l’élaboration
de nouveaux matériaux et procédés de restauration
tout céramique tels que le slip-casting, la
pressée à chaud et l’usinage.
Ces matériaux peuvent être classés suivant la
technique d’élaboration et aussi suivant la composition
de leur phase cristalline.
A - Céramiques frittées :
1- Céramique feldspathique renforcée à la leucite : Optec HSP®
Optec HSP® est une céramique contenant plus de
45 % en volume de leucite tétragonale, ce qui
augmente fortement sa résistance à la rupture et à
la compression et lui confère un coefficient de dilatation thermique (CDT) élevé.
La différence de
CDT entre la leucite (22 à 25 × 10-6 / °C) et la
matrice vitreuse (8 × 10-6 / °C) entraîne le développement
de forces compressives tangentielles
autour des cristaux de leucite qui s’opposent à la
propagation des microfractures et renforce le matériau.
2- Céramique feldspathique renforcée à l’alumine : Hi-Céram®
La chape alumineuse est l’exemple typique de
l’augmentation des propriétés physiques par l’adjonction
d’une phase cristalline représentant 40 à
50 % en poids.
L’alumine a un haut module d’élasticité
(350 GPa) et une résistance à la rupture
élevée (4 MPa.m1/2).
Sa dispersion au sein de la
matrice de verre de CDT similaire entraîne la majoration
de la résistance physique.
Le procédé Hi-Céram® en est l’expression récente.
3- Céramique feldspathique renforcée à la zircone
:
Des fibres de zircone tétragonale sont incluses dans
une céramique feldspathique conventionnelle.
La
zircone subit une transformation cristallographique
à 1173 °C et l’utilisation d’oxydes (CaO, MgO, Y2O3
et CeO) permet sa stabilisation à température ambiante.
Cette propriété cristallographique permet
de stopper la propagation des craquelures de surface.
La zircone stabilisée par l’yttria augmente
fortement la résistance à la fracture et aux chocs
thermiques.
Toutefois, les propriétés optiques et la
température de fusion sont modifiées.
B - Céramiques coulées :
1- Céramique de verre à base de mica : Dicor®
Le contrôle thermodynamique de la nucléation des
cristaux dans la phase vitreuse permet son utilisation
comme restauration et conduit à un produit
final homogène en comparaison des céramiques
feldspathiques.
La céramique de verre à base de
mica (aluminosilicate de magnésium) compose le
procédé Dicor®.
La phase cristalline principale
(45 %) est le fluormica-tétrasilicic (K2Mg5-Si4-O10-
F2).
Au sein de la matrice de verre, les cristaux de
mica sont fortement enchevêtrés formant une
structure en « nid d’abeilles » donnant sa résistance
au matériau et leur orientation aléatoire s’oppose à
la propagation des fêlures.
Le Dicor® est le plus translucide des matériaux
mais ses propriétés mécaniques 90 à 120 MPa ont
limité son utilisation.
Le système Dicor® n’est plus
utilisé, mais il a permis d’ouvrir la voie vers les
procédés actuels qui lui sont proches.
2- Céramiques de verre
:
À base d’hydroxyapatite et de disilicate de lithium,
elles ont été utilisées à titre expérimental.
C - Céramiques pressées à chaud :
1- Céramique feldspathique renforcée : Empress®
La structure finale de l’IPS Empress® présente 40 à
50 % en volume d’un cristal tétragonal de leucite
(K2O-Al2O3-4SiO2).
Les cristaux mesurent de 1 à
5 lm et sont répartis au sein d’une matrice de
verre.
La résistance à la flexion est augmentée par
la pressée à chaud (120 MPa) et les cuissons (160 à
180 MPa), ce résultat est dû à la répartition des fins
cristaux de leucite et aux forces compressives issues
du refroidissement entre les cristaux et la
matrice.
Les restaurations sont très translucides
mais moins que le Dicor®.
L’utilisation en région
canine et postérieure montre un taux d’échec élevé
pouvant atteindre 15 % à 7 ans.
D’autres systèmes basés sur ce principe existent
comme le système OPC® de Jeneric Pentron, le
système Finesse® de Ceramco et le système Vitapress
® Oméga 900 de Vita.
Tous ces procédés ont
les propriétés mécaniques de l’OPC (150 à 160 MPa)
dues à leur finesse de grain de 3 lm et une concentration
optimale de 55 % en volume.
2- Empress II®
:
La structure finale de l’IPS Empress II® présente
70 % en volume d’un cristal de silicate de lithium
(Li2O-2SiO2).
Les cristaux mesurent de 0,5 à 4 lm.
La résistance à la flexion approche 320 à 350 MPa.
La structure du matériau et celle de la céramique
de recouvrement sont totalement différentes de
l’IPS Empress® et non compatibles.
Avec un seul
pontique, les bridges sont possibles jusqu’à la 2e
prémolaire, le taux de succès récent est bon.
D - Céramiques frittées puis infiltrées : In-Céram®
La proportion d’alumine contenue dans le produit slip-cast est de 90 % au moins avec des particules de
tailles comprises entre 0,5 et 3,5 lm.
Après cuisson
(1100 °C) la chape d’alumine poreuse est infiltrée
lors d’une deuxième cuisson (1150 °C) par un verre
de lanthanum.
La forte agrégation des particules d’alumine et
la réduction de porosité par l’interpénétration des
deux phases confère à la restauration ses propriétés
mécaniques (450 à 600 MPa).
In-Céram Spinelle® est renforcé par une poudre
de magnésium aluminate de structure cristalline de
type MgAl2O4.
Les grains de 1 à 5 lm occupent un
volume de plus de 8 % qui confère à la restauration
ses propriétés mécaniques (350 MPa).
Le spinelle
est 40 % plus translucide, mais 20 % plus fragile que
l’Alumina.
In-Céram Zirconia® est renforcé par de l’alumine
pour 67 % et de la zircone pour 33 %.
Les grains de
1 à 5 lm avec un volume de plus de 85 % confèrent
à la restauration ses propriétés mécaniques
(750 MPa).
Les grains de zircone ont un pouvoir
d’absorption des contraintes par changement de
volume de 3 % et font obstacle à la propagation des
fractures.
E - Céramiques usinées :
1- Céramique feldspathique renforcée :
• Vita Mark II® et Vita Celay® sont une céramique
feldspathique renforcée par du cristal de sanidine
(KAlSi3O8) au sein d’une matrice vitreuse.
La sanidine rend opaque le matériau. Résistance
à la flexion 3 points 120 N/mm2.100;
• Pro CAD® Ivoclar est une céramique feldspathique
renforcée à la leucite. Résistance à la
flexion 3 points 180 à 200 N/mm2.
2- Céramique préfrittée :
In-Céram préfritté Alumina® est d’une structure
plus homogène (taille des particules) que le matériau
destiné à la barbotine, sa teneur en oxyde
d’alumine est de 80 %.
Infiltré avec un verre de
lanthane, sa résistance à la flexion avoisine celle de
l’oxyde d’alumine très pure (500 MPa).
In-Céram Spinelle® renforcé par Mag.alumin.spinel
(MgAl2O4) : résistance à la flexion 3 points
292 N/mm2.
Le matériau présente une grande
translucidité.
In-Céram Zirconia® : le mécanisme de renforcement
du matériau (ténacité à la rupture) par les
cristaux de zircone s’explique par le changement
de structure du cristal qui passe d’une structure
tétragonale métastable à une structure monocyclique
avec augmentation de volume, dissipant
l’énergie de la fissure.
3- Procera AllCéram®
:
Elle est composée de grains d’alumine pure agglomérés,
sous haute pression, sur une réplique de la
préparation puis usinée pour l’extrados.
Un frittage
entre 1600 °C et 1700 °C pendant 3 heures
« soude » les grains entre eux pour donner à la
chape polycristalline sa résistance finale sans phase
vitreuse (600 MPa).
4- Zircon TZP®
:
La zircone subit une transformation cristallographique
à 1173 °C et l’utilisation d’oxydes (CaO, MgO,
Y2O3 et CeO) permet sa stabilisation à température
ambiante.
La zircone pure, oxyde de zirconium (ZrO2 : 93 %
Y2O3 : 5 % HfO2 : 2 %) est un polycristal tétragonal
stabilisé par l’yttrium et l’afnium.
Sa résistance à la
flexion est la plus élevée avec 900 MPa.
Ces propriétés
mécaniques deux fois plus élevées que l’In-
Céram Alumina® et l’Empress II®, vont permettre
son utilisation pour des bridges postérieurs et aussi
de réduire l’épaisseur des armatures.
La dureté
élevée (490 HV02) du matériau allonge le temps
d’usinage.
Différents systèmes de céramique sans
support métallique
A - Historique des anciens systèmes :
La céramique fut introduite dans l’art dentaire au
XVIIIe siècle par Alexis Duchateau et développée par Dubois de Chement.
Au début, les restaurations
esthétiques furent élaborées à partir de
facettes préfabriquées incluses dans l’armature ou
de restaurations « tout céramique » sur une feuille
de platine au demeurant très fragile.
En 1958,
apparaissent les premières dents prothétiques céramiques
pour prothèses amovibles, confectionnées
à partir de poudres fines de céramique, cuites
sous vide.
À la fin des années 1970 apparaissent les céramiques
sur feuille, qui bien que commercialisées
sous différentes formes et d’élaboration
aisée n’ont pas obtenu un succès clinique car
d’autres types de céramique sont apparus.
En effet,
au cours des années 1970, de nouvelles techniques de réalisation de couronnes céramiques sans
collier métallique remplacent la couronne « Jacket
» classique.
L’acte de naissance de cette
construction est antérieur au siècle et la paternité
doit en être attribuée à C.H.
Land qui a déposé le
brevet en 1887. L’idée d’éliminer la
feuille d’or et de la remplacer par l’application
d’une céramique de haute résistance sera bientôt
obtenue par les céramiques alumineuses.
Dans
celles-ci, la dispersion de cristaux de céramique de
haute résistance à l’intérieur de la matrice de verre
augmente la résistance et le module d’élasticité de
l’ensemble.
Mc Lean et Hughes utilisent ce procédé
pour réaliser la première coiffe porcelaine
alumineuse qui ouvrira la voie aux procédés Cérestore
® et Hi-Céram®.
Au cours des années 1980, les céramiques de
verre sont introduites sur le marché.
Grossman et
Adair proposent une nouvelle expression de la vitrocéramique,
que la firme De Trey commercialise
sous le nom de Dicor®.
La transparence du Dicor®
procure un effet de mimétisme caméléon avec les
dents adjacentes.
Bien que très esthétique, la fragilité
des restaurations collées a limité son utilisation.
En 1985, Michaël Sadoun met au point le slipcasting,
procédé d’élaboration simple permettant
d’obtenir une coque d’alumine avec une capacité
de résistance suffisamment importante pour permettre
de réduire son épaisseur et de la rendre
comparable avec une chape métallique conventionnelle.
Ce n’est qu’en 1989 que la firme Vita commercialise le procédé avec l’appellation
In-Céram®.
Cette nouvelle céramique montre à la
fois la plus grande résistance à la flexion et à la
rupture de toutes les céramiques disponibles actuellement.
Le développement de céramiques de haute résistance
sera le fer de lance de la recherche de ce
nouveau siècle.
B - Nouveaux systèmes de céramique dit « tout
céramique » :
1- Systèmes pressés Empress II® (Ivoclar) :
après l’Empress I®, précurseur
en la matière, dont la résistance en flexion
était de 117 MPa, la société Ivoclar a développé un
nouveau produit à base de disilicate de lithium
permettant d’augmenter sa résistance à la flexion à
350 MPa (soit 3 fois celle de l’IPS Empress I®).
Cette
haute résistance permet la réalisation de petits
bridges ainsi qu’un scellement conventionnel dans
les cas favorables.
La technique de mise en oeuvre
reste simple puisqu’il convient de réaliser une infrastructure
en cire en respectant une épaisseur
minimale de 0,8 mm pour les coiffes et une
connexion de 4 × 4 mm entre l’élément intermédiaire
et l’élément pilier.
Une tige d’alimentation
est fixée sur chacun des éléments piliers puis on
procède à la mise en revêtement.
Après que le
cylindre ait atteint la température de 850 °C lors
d’une montée progressive en température, un lingotin
est ensuite placé dans le conduit et l’ensemble
est placé sur le support du four qui effectue
automatiquement le cycle de pressée à une température
de 990 °C pour le concept de stratification et
de 1075 °C pour le concept de colorisation.
Le
bridge est adapté sur le modèle de travail et une
première cuisson de connexion est réalisée à
800 °C.
On procède ensuite à l’élaboration de la
pièce prothétique avec la céramique IPS Empress
II®, qui est adaptée au coefficient de dilatation
thermique du matériau pressé. Sa température de
frittage est de 800 °C, et le glaçage s’effectue à
770 °C.
Le temps de réalisation d’une pièce pressée
est de 3 à 4 heures.
Elle est destinée à la réalisation
de couronnes unitaires, facettes, inlays et bridges
3 éléments jusqu’à la seconde prémolaire (résistance
à la flexion
350 MPa).
D’autres systèmes sont basés sur le même principe.
On trouve principalement :
• OPC System® (Jeneric Pentron) ;
• Finesse All-Ceram® (Ceramco) ;
• Cera Quick-Press® (Elephant).
2- Systèmes à usinage
:
Il faut distinguer les procédés selon la technique
d’acquisition par la lecture optique (rayon laser) ou
mécanique (palpeur) du die (ou de la maquette).
L’usinage de l’infrastructure prothétique se fait au
laboratoire ou dans un centre spécifique dédié à la
méthode.
* Procédé Celay®
:
Le procédé Celay® est une technique de reproduction
mécanique, permettant de réaliser des restaurations
tout céramique (sans armature métallique).
Le procédé Celay® permet l’usinage des couronnes
et des bridges par fraisage.
Sur le maître modèle
est d’abord fabriquée une maquette en composite photopolymérisable sous vide nécessaire à la copie.
La prothèse définitive est découpée dans un bloc de
céramique.
Un palpeur, guidé manuellement, suit
les contours de la restauration témoin.
La reconstitution
esthétique et anatomique de la dent est
faite classiquement par couches successives avec la
céramique Vitadur alpha®.
En fonction des indications
(inlays, onlays, couronnes partielles ou facettes),
différents matériaux sont utilisables : céramique
feldspathique, In-Céram Alumina, In-Céram Spinelle...
Cette méthode convient également pour
les couronnes jaquettes des moignons d’implants
unitaires.
* Procera® (Nobel Biocare)
:
Destiné à la réalisation de couronnes céramocéramiques
antérieures et postérieures, c’est le système
le plus solide mais également le plus lourd en
investissement et en gestion du temps dans les
systèmes pressés.
L’accès au système implique la
possession d’un scanner, d’un ordinateur et d’un
modem pour transmettre après analyse les données
informatiques vers la station de fabrication des
chapes en Suède.
Après avoir préparé le die, il est
fixé sur un support qui, par un système rotatif, va
permettre à un palpeur d’enregistrer environ
30 000 points de mesure afin de reproduire la forme
exacte du moignon.
Ces données numériques digitalisées
sont transmises sur un écran pour permettre
au prothésiste de définir la limite cervicale très
précisément.
Il peut également définir l’angle
d’émergence de la chape, son épaisseur et sa
forme.
L’empreinte optique est ensuite transmise
par modem sous forme de fichier à la station Procera
en Suède.
Là-bas, deux copies du die sont
fraisées à l’aide d’une machine-outil, dont l’une
est surdimensionnée de 20 % pour compenser le
retrait de l’alumine lors du frittage.
La seconde
copie sert au contrôle de l’ajustage après cuisson.
Une poudre d’oxyde d’alumine de très grande pureté
est compactée et pressée sur le die surdimensionné
positionné dans un moule spécifique subissant
une pression d’environ 2 tonnes, c’est ce qui
confère la densité et l’homogénéité parfaite nécessaire
à la dureté de la chape.
La forme extérieure
est obtenue par fraisage puis la pièce est frittée
entre 1 600 et 1 700 °C pendant 3 heures.
La chape
en alumine frittée est ajustée sur le die de contrôle
et expédiée en 48 heures par courrier express au
laboratoire.
La céramique cosmétique utilisée doit
être compatible avec le CDT de la chape alumine
qui est de 7 × 10-6 °C.
La société Ducera a donc
élaboré une céramique appropriée et commercialisée
sous le nom de AllCeram®.
La résistance à la
flexion est de 687 MPa.
Un des points forts de cette céramique cosmétique
est sa finesse de grains qui lui confère une
moindre rétraction après la cuisson à 910 °C.
Sa
surface tendre et facile à polir présente également
l’avantage de limiter l’usure des dents naturelles.
La technique de scellement du Procera® est
similaire aux techniques de scellement des céramométalliques
et ne nécessite aucun mordançage.
La
couronne peut être scellée à l’aide d’un verre ionomère, de ciment oxyphosphate, de Vitremer®
ou de ciment composite.
Le risque de fracture
concernant les dents antérieures est similaire pour
les systèmes de restauration tout céramique In-Céram®, IPS Empress®, Procera® et Cerec®.
Pour Oden et Robbiani, le Procera® présente
96,9 % de taux de succès.
* Système Cerec®
:
Le système Cerec® existe depuis 1987, depuis 1993
dans sa version 2 et cette année est apparue la
version 3 et le Cerec Lab®.
Cette machine-outil à commande numérique est
conçue pour usiner un plot de céramique à partir
d’une empreinte optique réalisée par une caméra
et d’un logiciel de traitement de l’image.
Le Cerec
2® permet de réaliser toutes les restaurations unitaires,
inlays, onlays et facettes mais aussi les
couronnes dont on décrit trois types : couronne
simplement maquillée, couronne réduite complétée
par apport de céramique cosmétique, et chape
Alumina Vita secondairement stratifiée.
L’indication
de chaque type se fait en fonction des demandes
esthétiques. Pour une couronne maquillée, réalisée
au laboratoire, l’empreinte optique est faite
sur le moulage en 4 minutes.
L’usinage du bloc de
céramique monochrome demande quant à lui, un
apport de maquillants de surface.
Ce type de réalisation,
dont la teinte ne peut être parfaite, est à
réserver au secteur molaire.
La couronne réduite
est obtenue à partir d’une fonction spécifique du
logiciel qui permet de réduire sélectivement les
épaisseurs sur lesquelles on veut secondairement
ajouter de la céramique cosmétique qui améliore
considérablement le résultat obtenu.
Le système Cerec 2® permet d’obtenir par usinage une chape
sans devoir passer par les étapes de barbotine, ce
qui évite par ailleurs tout risque de bulles au sein de
la chape.
Celle-ci est obtenue en 6 minutes, calibrée
par informatique aussi bien pour l’intrados
que pour l’extrados.
Elle est d’une épaisseur parfaitement
régulière d’environ 6/10 de mm, ce qui
permet une infiltration avec le verre.
Le traitement
informatique demande 1 à 2 minutes.
Le poids du
verre d’infiltration est de 20 % du poids initial de la
chape, l’infiltration elle-même se faisant par capillarisation.
La céramique cosmétique Vitadur alpha®
est ensuite montée par stratification et/ou segmentation
selon les habitudes de chacun.
Le système Cerec®, conçu initialement pour remplacer
de façon extemporanée les amalgames par
des inlays de céramique, a considérablement évolué
du fait des grandes possibilités de la machine et
des performances de l’informatique.
Si le Cerec 1®
ne permettait de faire que des pièces prothétiques
d’un ajustage médiocre, il en est tout autrement
pour le Cerec 2® qui permettrait une précision
cervicale de l’ordre de 20 lm.
Le système est en évolution permanente, ainsi le Cerec 3® permet de
réaliser aujourd’hui des bridges de trois éléments.
* Autres procédés d’usinage
:
D’autres procédés d’usinage sont également commercialisés.
La demande croissante de restaurations esthétiques
et sans métal pousse les fabricants à développer
et perfectionner les machines automatiques de
conception et de fabrication de coiffes partielles et
totales, armatures de bridge, inlays, onlays et
« abutements » pour implants afin d’améliorer,
d’optimiser le temps laboratoire et le temps cabinet
dentaire.
Il est important de prévoir un délai
convenable entre la réception de l’empreinte et la
fourniture de la prothèse.
Malgré les résultats très
prometteurs et le taux réduit de fractures, des
études relatives à la longévité des couronnes « tout
céramique » d’une durée supérieure à 5 ans, bien
que peu nombreuses, montrent un taux d’échec
acceptable d’environ 2 %.
Conclusion
:
Le choix du matériau et du système de restauration
repose sur la réponse à une série de questions
concernant la résistance du matériau, la quantité
de réduction nécessaire pour la préparation, la
qualité du joint dentoprothétique, le gain esthétique,
l’abrasion, l’étude clinique à long terme, la
réalisation des bridges et le coût.
L’analyse comparative
des propriétés mécaniques des nouveaux matériaux
pour restauration tout céramique montre
des propriétés très supérieures aux procédés déjà
existants (résistance à la rupture supérieure à
350 MPa).
L’analyse des résultats de résistance à la fracture
des matériaux pour restauration tout céramique
indique que la céramique pour usinage présente
une très faible probabilité de fracture à long
terme sous contrainte.
Si le procédé industriel garantit
la stabilité de structure du matériau, l’influence
des imperfections dues à l’usinage n’est
cependant pas encore connue.
Si les propriétés
mécaniques peuvent présager de bonnes performances,
seul l’essai clinique confirme la validité
des tests.
Le matériau de base de fabrication des bridges
s’oriente vers l’oxyde de zirconium.
La porcelaine a
été utilisée comme matériau de choix pour les
restaurations esthétiques durant la dernière moitié
de ce siècle pour ses qualités esthétiques et sa
résistance.
À cause de son pouvoir abrasif, de la
transmission des impacts occlusaux et des possibilités
limitées de réparation, pourra-t-elle être remplacée
?
Le développement de la technologie
CAD/CAM est le signal du bouleversement de notre
profession par la cybernétique, ainsi huit millions
de restaurations ont été réalisées à ce jour.
La
vision de l’expansion de la dentisterie du futur
s’exprime ainsi pour le cabinet et le laboratoire,
elle s’appuie sur des céramiques de hautes performances,
s’étend au choix de la teinte et au placement
d’implants.
