1. Введение. Переломы цирконовых реставраций в клинической практике

Цельнокерамические реставрации доказали, что они являются ценной альтернативой металлокерамике, так как обладают прекрасной эстетикой, биосовместимостью и химической стабильностью. Из всех керамических материалов, применяемых в стоматологии, наибольший интерес вызывает керамика на основе диоксида циркония, поскольку механическая прочность этого материала настолько высока, что позволяет использовать его для изготовления протяженных зубных протезов (С. Анисимова и соавт. (2008) [64], Н. Михайлина и соавт. (2010) [65], И. Лебеденко и соавт. (2010) [66]).

Тем не менее керамика на основе диоксида циркония не идеальна (С. Анисимова и соавт. (2010) [56], И. Лебеденко и соавт. (2010) [63]). Основным недостатком этого материала является его склонность к деградации в результате старения или усталости. Деградация цирконовой керамики может возникать во рту вследствие непрерывного контакта внутриротовых жидкостей с керамическим материалом и действия механических нагрузок в процессе длительной клинической службы зубного протеза. (A. Vatali и соавт., 2014) [49].

Возможно, снижение прочности из-за деградации керамики является одной из причин разрушения цирконовых реставраций и абатментов, о котором сообщают C. Sax и соавт. (2011) [44], P. Guess и соавт. (2012) [24], S. Rinke и соавт. (2015) [41], M. Øilo и соавт. (2014) [37].

M. Øilo и соавт. провели анализ переломов цельнокерамических одиночных коронок передних и жевательных зубов. Коронки или отдельные фрагменты реставраций, сломанные в процессе клинической службы, были собраны врачами-ортопедами и зубными техниками из стоматологических клиник Норвегии и переданы авторам для выяснения причин разрушения. У 13 цирконовых коронок разрушение было сквозным. В некоторых случаях облицовка частично отслаивалась от каркаса, что затрудняло фрактографический анализ. У 10 реставраций перелом проходил по небной поверхности, более подверженной воздействию функциональных усилий. У всех полученных образцов характер разрушения был одинаковым, то есть непрерывным, с переломом от облицовки к каркасу, за исключением трех коронок, у которых наблюдалось полное отслоение керамической облицовки. В большинстве случаев скол керамики начинался от поверхности окклюзии. Авторы отметили, что реальный показатель переломов коронок трудно оценить на основании полученных результатов, так как только очень небольшое число врачей стоматологов-ортопедов и зубных техников откликнулись на просьбу авторов отослать им сломанные реставрации. Однако обмен непредвзятой информацией со специалистами показал, что переломы каркасов цирконовых коронок встречаются чаще, чем можно было бы ожидать. Значение имела форма препарирования. Также фрактографический анализ показал, что самым слабым местом цирконовых коронок является их керамический край [37]. Это наблюдение согласуется с утверждением A. Vatali и соавт. (2014) [49], что хотя в облицованной коронке каркас не соприкасается напрямую с полостью рта, цирконовый край реставрации находится в непрерывном контакте со слюной или другими ротовыми жидкостями, что может инициировать деградацию материала и привести к ее дальнейшему прогрессированию.

C. Sax и соавт. (2011) оценивали клинические и биологические осложнения при ортопедической реабилитации пациентов несъемными мостовидными протезами (НМП) из 3, 4 или 5 единиц на основе диоксида циркония, установленными в жевательные области зубного ряда. Средний период наблюдения пациентов составил 10,7±1,3 года. Хотя сначала в исследование были включены 45 пациентов, многие из них по тем или иным причинам выбыли, и в конце периода наблюдения остались только 20 пациентов с 26 НМП. За период наблюдения были утрачены 16 НМП. 10-летний показатель эффективности составил 67%. Три осложнения были связаны с поломкой цирконовых каркасов, у 16 протезов имел место скол/откол керамического покрытия. Нарушения краевого прилегания/деградация края наблюдались в 90,7% случаев. На осложнения, связанные со сколом керамики, достоверно влияла протяженность зубного протеза: у протезов из 4 и 5 единиц сколы встречались в 4,9 раза чаще, чем у 3-единичных реставраций [44].

S. Rinke и соавт. (2015) [41], наблюдавшие 14 пациентов с 18 цирконовыми протезами на имплантатах в течение периода 5,9±2,2 года, сообщили об одном случае перелома цирконового абатмента и 15 технических осложнениях, связанных с цирконовыми реставрациями. Guess и соавт. (2012) считают наиболее частой причиной технических осложнений сколы и отслоение керамического покрытия от цирконового каркаса. Возможной причиной сколов и трещин может быть несоответствие температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) керамического покрытия и цирконового каркаса. Если в начале клинической службы ТКЛР облицовки и каркаса согласованы, то со временем происходит старение диоксида циркония, связанное с его фазовым переходом из тетрагональной в моноклинную модификацию. Этот процесс сопровождается не только изменением прочности, но и изменением ТКЛР каркаса и нарушением его согласованности с керамическим покрытием, что и является одним из факторов осложнений, связанных с трещинами и сколами облицовки [24].

Таким образом, новые знания о фазовых превращениях, которые происходят в цирконовой керамике и ведут к ее деградации, путях стабилизации диоксида циркония, а также факторах, влияющих на старение и усталостную прочность, позволят определить направление дальнейших исследований с целью усовершенствования этого перспективного материала.

2. Фазовые превращения в цирконовой керамике

Перед тем, как рассмотреть последние тенденции в исследовании фазовых превращений в цирконовой керамике, обратимся к известным фактам.

Оксид циркония может существовать в трех кристаллических формах (П. Будников и соавт., 1972 [58], A. Evans и соавт. [14], 1974, R. Garvie и соавт., 1975 [17], Ю. Кузьминов и соавт., 2004 [61]):

— стабильная низкотемпературная моноклинная модификация;

— метастабильная среднетемпературная тетрагональная, присутствующая во многих керамических материалах на основе диоксида циркония;

— нестабильная высокотемпературная кубическая.

Изменение фазового состава диоксида циркония начинается с температуры 900 °C, при которой происходит уменьшение доли моноклинной формы. При температуре 1050 °C наблюдается фазовый переход моноклинной формы (m) в тетрагональную (t), и уже при температуре 1100 °C материал полностью состоит из тетрагонального ZrO₂.

Фазовый переход из тетрагональной формы в моноклинную (t→m) сопровождается уменьшением объема материала почти на 7%. При температурах <1100 °С термодинамически стабильна моноклинная модификация, от 1100 °C до 2300 °C диоксид циркония существует в метастабильной тетрагональной форме, а от 2300 °C до точки плавления 2715 °C он переходит в нестабильную кубическую.

Тетрагональную и/или кубическую форму можно стабилизировать (полностью или частично) путем добавления к диоксиду циркония оксидов, имеющих кубическую кристаллическую решетку. Наиболее часто используются оксиды элементов второй группы — кальция и магния, иттрия, легких лантаноидов, переходных металлов — железа, марганца, хрома. Кроме того, оксид циркония часто стабилизируют оксидом алюминия.

В зависимости от количества и типа введенных в состав материала оксидов фазовые превращения могут быть подавлены полностью или частично, в таких случаях говорят о полностью или частично стабилизированном диоксиде циркония [14, 17, 58, 61].

Современные исследования посвящены изучению не только температурных, но и других факторов, влияющих на фазовые превращения из тетрагональной (t) в моноклинную (m) форму (T. Lucas и соавт., 2015 [33]; M. Boffelli и соавт., 2016 [7]; L. Hallmann и соавт., 2016 [25]; V. Kypraiou и соавт., 2012 [30]).

T. Lucasи соавт. (2015) исследовали влияние размера зерен диоксида циркония на переход t→m. Была выдвинута нулевая гипотеза, что в процессе старения размер зерен не влияет на фазовый переход тетрагональной формы ZrO₂ в моноклинную. Авторы исследовали четыре группы образцов стабилизированного диоксида циркония с размерами зерен 0,350 нм; 0,372 нм; 0,428 нм и 0,574 нм. Образцы помещали в автоклав и выдерживали под давлением 2 бар в течение 5 ч для искусственного старения. Для измерения доли тетрагонального и моноклинного ZrO₂ в составе материала использовали анализ дифракции рентгеновских лучей (30 мА, 40 кВ). Гипотеза, выдвинутая авторами, не подтвердилась: по мере увеличения размера зерен доля моноклинного ZrO₂ в фазовом составе материала повышалась. Авторы пришли к выводу, что чем меньше размеры зерен в материале, тем меньшим будет фазовое превращение t→m в процессе клинической службы изделия и соответственно материал будет более стабильным [33].

M. Boffelli и соавт. (2016) сообщили о химических причинах фазового перехода t→m в диоксиде циркония, стабилизированном оксидом алюминия. У двух пациентов были извлечены цирконовые бедренные имплантаты по причине подвижности — один после двух месяцев клинической службы, другой — спустя 9 мес. Количественная оценка общего объема моноклинной фазы была проведена на конфокальном спектроскопе Рамана в двух зонах цирконовых головок бедренной кости — изношенной и неизношенной. Было подтверждено, что полиморфное превращение t→m распространилось на глубину до 100 нм от несущей поверхности суставной головки. Такое быстрое старение приписано не механическим напряжениям, генерируемым в процессе нормальной клинической службы искусственного сустава, а присутствию металлических загрязнений на поверхности суставной головки. Авторы полагают, что причиной t→m перехода послужил химический процесс, вызванный присутствием металлов [7].

L. Hallmann и соавт. (2016) изучали iv vitro влияние способов обработки поверхности Y-TZP керамики (Yttrium stabilized Tetragonal Zirconia Polycrystal — тетрагональной поликристаллической керамики на основе диоксида циркония, стабилизированной оксидом иттрия) на фазовый переход t→m. Целью исследования было создание шероховатой поверхности материала для обеспечения связи с облицовкой. Образцы тетрагонального поликристаллического диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, были разделены на пять групп. В 1-й группе поверхность образцов подвергли пескоструйной обработке частицами оксида алюминия, во 2-й — частицами диоксида циркония, в 3-й — газовой плазмой, в 4-й — бомбардировке ионами в атмосфере аргона, в 5-й — не подвергали обработке (контроль). Для оценки фазового перехода t→m использовали рентгенодисперсный анализ и конфокальную спектроскопию Рамана. Шероховатость поверхности образцов оценивали с помощью конфокального трехмерного лазерного сканирующего микроскопа. У спеченной Y-TZP керамики в начале исследования были идентифицированы 2 фазы — тетрагональная и кубическая. После пескоструйной обработки образцов частицами оксида алюминия размером 150 нм образовалась моноклинная фракция, количество которой было достоверно выше (8,68%), чем в случае обработки цирконовым песком с таким же размером частиц (1,22%). При обработке образцов газовой плазмой или после бомбардировки ионами в атмосфере аргона не произошло никаких фазовых превращений. Авторы полагают, что обработка поверхности Y-TZP керамики частицами диоксида циркония, газовой плазмой или бомбардировкой в атмосфере аргона являются менее разрушительными для материала, чем пескоструйная обработка оксидом алюминия (корундовым песком) [25].

V. Kypraiou и соавт. (2012) оценивали количество дестабилизирующей моноклинной фазы в цирконовых зубных протезах. Были изготовлены 3-единичные зубные протезы из полуспеченных цирконовых блоков от 5 разных производителей: Cercon, Lava, Zenotec Zr Bridge, In Ceram YZ, Zir CAD. Обжиг зубных протезов проводили по режимам, рекомендованным производителями. Фазовый состав материала определяли с помощью спектроскопии Рамана на трех участках: в области пришеечного края опорной коронки, поверхности окклюзии промежуточного искусственного зуба и стыка единиц зубного протеза. Для каждой области рассчитывали процентное содержание моноклинной фазы (m-ZrO₂). Фаза m-ZrO₂ присутствовала во всех образцах. Наименьшее количество m-ZrO₂ было обнаружено у керамики Zenotec Zr Bridge (0 до 3,14%), за ней следовали Lava (10,26—12,39%), Cercon (11,72—13,19%), Zir CAD (11,13—14,10%) и, наконец, In Ceram YZ (12,15—14,99%). В пределах одной группы наибольшее количество m-ZrO₂ находилось в области краев опорных коронок. Дестабилизирующая моноклинная фаза была выявлена во всех полностью спеченных зубных протезах и локализована по большей части в области краев коронок [30].

Анализ этой информации показывает, что на стабильность керамики на основе диоксида циркония влияет не только температура, но и химическая катализация, размеры зерен диоксида циркония, способы обработки поверхности материала и другие факторы. Более того, на разных участках зубных протезов обнаруживается разное количество m-ZrO₂, причем наибольшее количество — в области краев реставрации.

Анализ литературы показал, что в цирконовых блоках от разных производителей после спекания содержится разное количество дестабилизирующей моноклинной фазы. Это свидетельствует о том, что качество цирконовых блоков, выпускаемых разными производителями, разное. Чем стабильней материал, тем меньше образуется в нем дестабилизирующей моноклинной фазы, поэтому стабилизация играет решающую роль в обеспечении устойчивости цирконовой керамики к деградации.

3. Полностью и частично стабилизированный диоксид циркония. Пути стабилизации и стабилизирующие добавки

Все сложные превращения ZrO₂ сопровождаются изменениями объема. Если они не будут в основном устранены, то неизбежно приведут к разрушению изделий в процессе обжига, охлаждения или последующей эксплуатации. Стабилизация ZrO₂ основана на образовании этим оксидом с добавляемыми структурно близкими ему оксидами (CaO, MgO, SrO, Al₂O₃, Y₂O₃, CeO₂, Sc₂O₃, La₂O₃, Lm₂O₃, и др.) твердых растворов кубической системы (типа флюорита), устойчивых в довольно широком диапазоне температур (П. Будников и соавт., 1972 [58], М. Борик и соавт., 2008 [57]).

Добавление стабилизирующих оксидов к чистому диоксиду циркония, в том числе кальция (CaO), магния (MgO), церия (CeO₂) и иттрия (Y₂O₃), может подавлять фазовые превращения в материале. В зависимости от количества стабилизирующего оксида цирконовая керамика может быть полностью (FSZ — Fully Stabilized Zirconia) или частично стабилизированной (PSZ — Partially Stabilized Zirconia) (С. Вафин, В. Хван, 2011 [59], И. Лебеденко и соавт., 2012 [62]).

Из-за низкой теплопроводности и высокого ТКЛР по сравнению с частично стабилизированным диоксидом циркония полностью стабилизированный материал обладает значительно более низкой термостойкостью (по материалам сайта http://www.zirkonzahn.com). Частично стабилизированный диоксид циркония (PSZ) получают добавлением меньшего количества стабилизирующих добавок, чем при изготовлении полностью стабилизированного материала (FSZ). Частично стабилизированный диоксид циркония обладает очень высокой механической прочностью, так как для него характерен эффект трансформационного упрочнения. Механические напряжения у вершины растущей микротрещины инициируют фазовый переход тетрагональной формы в моноклинную. Переход тетрагональной формы диоксида циркония в моноклинную сопровождается общим увеличением объема и, как следствие, — локальным увеличением объема, в результате чего возникает давление, препятствующее росту микротрещины (T. Sato и соавт., 1985) [43].

Полностью стабилизированный диоксид циркония (FSZ) получают при добавлении к нему более 16% моль CaO (7,9% веса), 16% моль MgO (5,86% веса), 8% моль Y₂O₃ (13,75% веса). Он имеет кубическую форму. Частично стабилизированный диоксид циркония содержит 2—3% моль Y₂O₃ (С. Вафин, И. Лебеденко и соавт., 2014) [60].

Существует несколько путей стабилизации оксида циркония.

1. Метод совмещенной стабилизации состоит в получении стабилизированного материала путем измельчения и смешивания ZrO₂ со стабилизирующей добавкой с последующим обжигом полученной шихты при высоких температурах. В этом случае используют как сухой, так и мокрый помол шихты в мельницах с резиновой футеровкой с шарами из металлического Zr или стабилизированного ZrO₂. При введении стабилизирующей добавки CaO шихту брикетируют и спекают при температуре 1700—1750 °С (П. Будников и соавт., 1972) [58].

М. Андрианов и соавт. (2012) предложили при спекании диоксида циркония и стабилизирующего оксида (в данном случае — СаО) вводить в смесь в качестве добавки безводный молибдат натрия. Процесс перекристаллизации и растворения СаО в решетке ZrO₂ в количестве, достаточном для полной стабилизации кубической модификации, в присутствии расплава молибдата натрия происходит при температуре 1000°, что на 700° ниже температуры спекания оксидов ZrO₂ и СаО без добавки молибдата натрия. После завершения спекания молибдат натрия отмывают от стабилизированного диоксида циркония водой [51].

V. Grover и А. Tyagi (2004) рассмотрели метод твердофазного синтеза, состоящего в том, что порошковую смесь оксидов циркония, церия и гадолиния обжигают троекратно в атмосфере воздуха при 1200 °C в течение 36 ч; после вторичного дробления и гранулирования при 1300 °C в течение 36 ч, и, наконец, после повторного дробления и гранулирования при температуре 1400 °C в течение 48 ч [22].

2. Метод предварительной стабилизации. Предварительную стабилизацию можно осуществлять путем электроплавления смеси оксидов в дуговых печах. Затем предварительно синтезированную смесь оксидов добавляют к необожженному диоксиду циркония. (П. Будников и соавт., 1972) [58].

3. Гидротермический синтез в кислой среде (рН<2) или сольвотермический синтез в органической среде. (В. Анциферов и соавт., 2010; А. Шевченко и соавт., 2011; К. de Keukeleere и соавт., 2015) [27, 52, 68].

Здесь стабилизация также может быть либо предварительной, либо совмещенной.

При совмещенной стабилизации шихту получают из раствора солей циркония и стабилизирующих добавок (оксидов Се, La, Pr или их смеси) путем их обработки раствором гидроксида аммония с получением гидроксидного осадка или геля, который промывают, сушат с применением вакуума, измельчают и обжигают на воздухе до образования комплексного оксида (В.Н. Анциферов и соавт., 2010) [52].

В случае предварительной стабилизации сначала проводят гидротермический синтез нанокристаллического порошка моноклинного ZrO₂в кислой среде (рН< 2), а затем полученный порошок стабилизируют оксидами иттрия и церия. Заготовки образцовформируют методом холодного изостатического прессования при давлении 200 МПа в резиновых оболочках в металлической пресс-форме и спекают при температуре 1280—1350 °С на воздухе в течение 2 ч (А. Шевченко и соавт., 2011) [68].

K. de Keukeleere и соавт. (2015) синтезировали стабилизированные нанокристаллы ZrO₂ путем сольвотермической реакции в бензиловом спирте. Использование микроволнового нагрева позволило ускорить процесс, уменьшив время прохождения реакции от 2 сут в автоклаве до 4 ч в микроволновой печи [27].

K. Prasad и соавт. (2011) синтезировали наноструктурированный диоксид циркония из цирконил нитрата путем осаждения в щелочной среде и прокаливания осадка при температурах от 400 до 900 °C. Синтез проводили обычным методом и с применением ультразвука. Показано, что применение ультразвука способствует ускорению фазового перехода из моноклинной в тетрагональную форму и стабилизации тетрагональной фазы синтезированного диоксида циркония [40].

A. Nogiwa-Valdez и соавт. (2012) предлагают для стабилизации цирконовой керамики дополнительно к Y₂O₃ вводить добавки Al₂O₃ и La₂O₃. Эта эффективная стратегия позволит значительно сократить гидротермическую деградацию диоксида циркония без потери его механических свойств. Исследование на трансмиссионном электронном микроскопе с высоким разрешением показало, что катионы стабилизирующих оксидов алюминия и лантана располагаются по границам зерен, где играют ключевую роль в стабилизации тетрагональной фазы диоксида циркония [36].

M. Aboushelib и соавт. (2012) изучали влияние добавок пигментов на свойства стабилизированного диоксида циркония. Они проводили испытания на кручение для оценки трещинностойкости окрашенного и неокрашенного материала. Авторы пришли к выводу, что присутствие пигментов замедляет развитие микротрещин в стоматологической цирконовой керамике [1].

Неэффективная стабилизация может привести к разрушению материала в процессе его эксплуатации, поэтому много публикаций посвящено вопросам старения, усталости и деградации цирконовой керамики.

4. Старение, усталость и деградация цирконовой керамики

Старение цирконовой керамики проявляется снижением ее прочности, плотности, трещинностойкости и повышением содержания в материале моноклинной фазы.

Снижение механической прочности цирконовой керамики происходит в результате t→m перехода, который сопровождается образованием микро- и макро трещин в материале;

t→m переход начинается на поверхности и распространяется внутрь реставрации. Уменьшение размера частиц и/или увеличение концентрации стабилизирующей добавки замедляет скорость t→m перехода. Т→m переход усиливается в воде или водяном паре (J. Swab, 1991) [48].

Усталость материала — это процесс постепенного накопления повреждений под действием переменных (часто — циклических) напряжений, приводящий к изменению свойств материала, образованию трещин, их развитию и разрушению изделия в процессе его эксплуатации. Деградация — это необратимые изменения, ухудшающие способность изделия выполнять требуемую функцию, развивающиеся со временем. Деградация может быть вызвана внутренними процессами и (или) воздействием окружающей среды (ГОСТ Р 53480−2009, п. 14).

M. Ferrari и соавт. (2015) утверждают, что старение диоксида циркония — это синоним «низкотемпературной деградации», явления спонтанного медленного фазового перехода кристаллов из тетрагональной формы в моноклинную. Старение напрямую связано с разными факторами, такими, как количество и тип стабилизатора, остаточными напряжениями, размером зерен, дефектами поверхности, температурой, испарениями и технологическим процессом изготовления материала. Старение может усиливаться при сочетании механических напряжений и влажной среды [15].

Одной из основных проблем, связанных с цирконовой керамикой, является ее подверженность низкотемпературной деградации. K. Kobayashi и соавт. (1981) были одними из первых наблюдавших этот процесс и сообщивших о том, что керамика стареет в интервале температур 150—400 °С. Низкотемпературное старение возникало в температурном интервале от 65 до 500 °C, причем максимальная деградация происходила при температуре 250 °C. Эта деградация была связана с фазовым переходом метастабильной тетрагональной фазы в стабильную моноклинную. Особенно интенсивным этот процесс был в присутствии воды или водяного пара [28].

J. Chevalier и соавт. (1999) отметили, что старение керамики после 1-часовой обработки в автоклаве под давлением 2 бар приводит к фазовому переходу от тетрагональной к моноклинной форме. Теоретически это соответствует 3—4-летнему старению материала in vivo [9].

P. Kohorst и соавт. (2008) показали, что влажная атмосфера и постоянное воздействие окклюзионных усилий в среде полости рта ведут к деградации цирконовой керамики, используемой для изготовления зубных протезов. По технологии CAD/CAM были изготовлены 60 мостовидных протезов (МП) из 4 единиц. В 2 группах перед облицовкой на каркасах были сделаны насечки пилой для имитации случайных участков появления микротрещин при фрезеровании. После облицовки керамикой все МП были подвергнуты термическим и механическим циклическим испытаниям, за исключением двух контрольных групп. По мере увеличения числа термических и механических циклов прочность образцов уменьшалась, причем влияние предварительных насечек на прочность материала после старения не доказано (не было статистически достоверным). Авторы полагают, что для прогноза прогрессирования деградации в клинических условиях необходимы дальнейшие исследования in vitro в условиях более длительного старения [29].

W. Li и соавт. (2015) сделали попытку прогнозировать срок службы цирконовой керамики, находящейся под действием нормальных усилий, развивающихся в полости рта. Они отмечают, что в клинике встречаются случаи переломов цирконовых реставраций, используемых длительное время, при функциональных перегрузках. Используя модель механики разрушения материала, они рассчитали степень разрушения материала при разном количестве циклов воздействия контактной нагрузки. Была построена кривая зависимости степени разрушения материала от числа циклов воздействия контактной нагрузки, позволяющая рассчитать срок, когда произойдет разрушение. Для подтверждения расчетов они провели испытания образцов на прочность при изгибе и исследования морфологии поперечного среза материала на сканирующем электронном микроскопе. Авторы утверждают, что разработанный ими метод позволит прогнозировать срок клинической службы цирконовой реставрации до наступления контактного усталостного разрушения материала [31].

Подверженность материала деградации, определяемая стабилизацией, играет решающую роль в клинической службе цирконового зубного протеза. Carmen Giezendanner, Paul Giezendanner (2014) отмечают, что «…важным фактором является стоимость материала: часто «серый рынок» заготовок приветствуется поставщиками. Однако использование дешевых заготовок от неизвестных производителей впоследствии может отра-зиться на клиентах (зубных техниках, врачах-ортопедах), которые платят, и на пациентах. Стоматологическая высокотехнологичная керамика на основе диоксида циркония отличается от других керамических материалов, главным образом, процессом изготовления. Процесс спекания играет важную роль, потому что параметры обжига влияют на кристаллизацию и микроструктуру, от которых в свою очередь зависят однородность материала и точность зубного протеза» [19]. Для полноценного импортозамещения отечественные заготовки должны обладать не худшим качеством, чем заготовки, предлагаемые проверенными зарубежными производителями. А оценить качество заготовок и сравнить их с зарубежными аналогами позволят правильно организованные лабораторные испытания с проведением искусственного термического или механического состаривания материала.

5. Лабораторные испытания с проведением искусственного термического или механического состаривания материала. Циклы и режимы. Связь между испытаниями in vivo и in vitro

Как отмечалось в предшествующем обзоре, лабораторные испытания по оценке термического или механического старения материалов проводятся на разном оборудовании и по разным протоколам (табл. 1).

M. Ghazy и соавт. (2012) изготовили фантомные зубные протезы одним из 3 методов: 1) фрезерованием цирконовых блоков на машине Cercon; 2) шлифовкой заготовок (система ZirkonZahn); 3) по шликерной технологии (Vita In—ceram Zirconia). В контрольную группу вошли зубные протезы, отлитые из металла. Все протезы были зафиксированы на штампах полимерным цементом Panavia F2.0 и подвергнуты 5000 циклам обработки в интервале температур 5—55°С. Другая группа образцов была подвергнута испытаниям на усталостную прочность (одному миллиону циклов чередования нагрузок от 10 до 40 Н в водяной бане с температурой 37 °С). После испытаний на усталость образцы были испытаны на прочность. Разрушение металлических образцов произошло при нагрузке 413±26 Н, образцов, изготовленных фрезерованием цирконовых блоков на машине Cercon — при 368±24 Н, полученных шлифовкой заготовок в системе ZirkonZahn — при 316±18 Н, и протезов In-ceram Zirconia — при 210±17 Н. Испытания на усталость не привели к снижению механической прочности металлических образцов и протезов, изготовленных фрезерованием цирконовых блоков на машине Cercon, однако значительно уменьшили прочность образцов, изготовленных по технологии ZirkonZahn и In-ceram Zirconia. Авторы утверждают, что на сопротивление усталостным разрушениям оказывает влияние технология изготовления реставрации [18].

C. Cotes и соавт. (2014) испытывали диски из материала Vita InCeram 2000 YZ Cubes (Vita Zahnfabrik), окончательно спеченные при температуре 1530 °C в течение 120 мин. Диски имели диаметр 12 мм и толщину 6 мм. Их подвергли механической и термомеханической циклической обработке. Механическую циклическую обработку проводили в машине ER-11000 (ERIOS, Сан-Пауло, Бразилия) при нагрузке 200Н, частоте 3,8 герц, числе циклов — 15·10⁶, термоциклическую — при температуре воды от 5 °С до 55 °C по 30 с при каждой температуре в течение 6000 циклов. Другую группу образцов состаривали в автоклавном стерилизаторе в течение 12 ч при давлении 2 бар. В контрольной группе образцы сохраняли в дистиллированной воде температуры 37 °C в течение 400 дней. Хранение в дистиллированной воде в течение 400 дней и старение в автоклаве индуцировали повышенный фазовый переход тетрагональной в моноклинную модификацию, однако этот переход не повлиял на прочность Y-TZP керамики при изгибе. Снижение прочности при изгибе происходило только после механической и термомеханической циклической обработки [12].

Это согласуется с данными отечественных авторов, Н. Андрианова и Е. Лукина (1979), проводившими исследования изменения свойств в процессе низкотемпературного старения спеченной цирконовой керамики, стабилизированной СаО и Y₂O₃. Результаты их исследований показали, что дестабилизация с образованием до 15% (молярн.) моноклинной формыне вызывает существенных изменений плотности материала и его прочности при изгибе.

Тем не менее увеличение содержания моноклинной фазы ZrO₂ в этой керамике до 23% приводит к снижению плотности материала на 3%, а прочности при изгибе на 50% [52].

E. Siarampi и соавт. (2014) оценивали влияние старения in vitro на прочность при изгибе цирконовой керамики Y-TZP. Старение образцов проводили в автоклавном стерилизаторе Kavo («KavoDental», Германия) при температуре 121 °C и давлении 2 бар в течение 5 и 10 ч. Для оценки прочности были изготовлены образцы в форме балок размером 25×4×2 мм. Испытания на прочность проводили на универсальной испытательной машине Инстрон модели 3344 (Канада) методом трехточечного изгиба согласно международному стандарту ИСО 6872. После 5 ч старения отмечалось небольшое повышение прочности при изгибе, а после 10 ч — значительное снижение. Для оценки фазовых превращений использовали рентгенолучевой дифрактометр, спектроскоп Рамана и инфракрасный спектроскоп Фурье. У всех образцов наблюдался фазовый переход из тетрагональной в моноклинную сингонию. После старения в течение 5 ч в материале присутствовало от 4 до 5%, спустя 10 ч — около 15% моноклинной фазы [46].

M. Inokoshi и соавт. (2015) изучали устойчивость цирконовой керамики к старению после разных способов обработки ее поверхности. Были изготовлены образцы в форме балок размером 10×5×3 мм из спеченных цирконовых блоков от 7 разных производителей (Aadva, GC; In-Ceram YZ, Vita; IPS ZirCAD, Ivoclar; Lava Frame, 3M ESPE; Lava Plus, 3M ESPE; NANO ZR, Panasonic; ZirTough, Noritake). Образцы испытывали после обжига, после грубого полирования, после пескоструйной обработки корундовым песком и пескоструйной обработки трибохимическим кремнеземом. Образцы подвергли старению в автоклаве при температуре 134 °C под давлением 2 бар в течение 40 ч. Установлено, что обработка поверхности повышает устойчивость к старению тетрагонального поликристаллического диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия (Aadva, In-Ceram YZ, IPS ZirCAD, Lava Frame и Lava Plus). Обработка поверхности не влияла на устойчивость к старению диоксида циркония, стабилизированного оксидом церия/оксидом алюминия (NANO ZR). Обработка поверхности привела к ухудшению устойчивости к старению диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия в сочетании с оксидом алюминия (ZirTough) [26].

P. Vitor и соавт. (2015) изучали влияние медленного охлаждения на усталостную прочность полных коронок первых моляров. Они проводили свое исследование на машине для испытаний на усталость модели MSFM Elquip (Sao Carlos SP, Бразилия). Испытание проводили в дистиллированной воде с температурой 37 °C. Сферический стальной идентор радиусом 3,18 мм помещали в контакт с образцом в центр поверхности окклюзии. Исходная контактная нагрузка составляла 30 Н, затем нагрузку плавно повышали до 300 Н и убавляли до 30 Н. Испытание проводили до 10⁶ циклов или до разрушения образца. Показано, что медленное охлаждение улучшает усталостную прочность цирконовых коронок, независимо от конструкции каркаса [50].

P. Pereira и соавт. (2014) сравнивали усталостную прочность облицованных цирконовых коронок, зафиксированных цинкофосфатным, стеклоиономерным или адгезивным цементом Panavia F (Kuraray) на эпоксидных штампиках. Исследование проводили в машине для испытаний на усталость: 5000 циклов — при нагрузке 200 Н, затем по 10 000 циклов — при нагрузках 800, 1000, 1200, 1400 Н. Самое высокое сопротивление усталостному разрушению наблюдалось у коронок, зафиксированных адгезивным цементом. При неадгезивной фиксации коронок их усталостная прочность была ниже [39].

B. Spies и соавт. (2015) исследовали влияние циклических нагрузок на прочность абатментов из стабилизированного диоксида циркония и нового материала, цирконо-алюмооксидного композита. Было проведено термомеханическое старение образцов в двухосевом имитаторе жевания Willitec (Мюнхен, Германия) для имитации 5-летней клинической службы абатментов (1,2 млн циклов) и 20-летней (5 млн циклов). Выбранная нагрузка в имитаторе жевания составила 98 Н (10 кГ). Точкой приложения нагрузки был самый верхний край небной поверхности абатмента. Результаты этих испытаний будут рассмотрены ниже [47].

P. Baldissara и соавт. (2014) проводили испытания на усталость необлицованных и облицованных коронок из диоксида циркония и из дисиликата лития. Устройство испытаний на усталость представляло собой вращающийся барабан из нержавеющей стали с цирконовыми шарами. Барабан был наполнен водой и вращался в дистиллированной воде со скоростью 172,5 об/мин. Его открывали через каждые 30 мин и взвешивали образцы. Общее время испытания составило 340 мин. Разрушение образцов оценивали в проходящем свете на стереомикроскопе. Наибольшей усталостной прочностью обладали монолитные цирконовые коронки, наименьшей — облицованные коронки. У всех облицованных коронок покрытие полностью скололось.

Облицованные коронки из дисиликата лития обладали большей усталостной прочностью, чем облицованные коронки из диоксида циркония [5].

G. Adabo и соавт. (2015) сообщают, что недавно появился монолитный диоксид циркония для реабилитации передних зубов, обладающий повышенной прозрачностью (ZI-Ice Zircon, Zirconzahn). Целью исследования G. Adabo и соавт. была оценка прочности этого материала после низкотемпературного старения и его сравнение с монолитным диоксидом циркония для жевательных областей зубного ряда (ZMA-Prettau, Zirconzahn). После спекания образцы подвергали старению в автоклаве при температуре 120 °C в течение 8 ч под давлением 2 кг/см². В контрольную группу вошли образцы, не подвергнутые старению. Для оценки фазового состава материалов после старения использовали рентгено дисперсный анализ. Установлено, что старение в автоклаве при температуре 120 °C приводит к одинаковому фазовому переходу тетрагональной формы ZrO₂ в моноклинную у обоих материалов (ZI-Ice, ZMA-Prettau) [1]. Старение в течение 8 ч не повлияло на прочность материалов, что хорошо согласуется с данными Н. Андрианова и Е. Лукина (1979) [52].

E. Bergamo и соавт. (2016) отметили, что монолитные коронки из диоксида циркония решают такую проблему, как сколы керамической облицовки. Однако в результате фазовых превращений коронки могут терять прочность