Propriétés physiques essentielles des céramiques

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Classification de SADOUN et FERRARI

Les propriétés finales des prothèses céramiques (résistance mécanique, microstructure, précision d’adaptation et propriétés optiques) résultent de la nature chimique du matériau et du procédé de mise en forme. Un même matériau peut être mis en forme de façons différentes, modifiant ainsi ses propriétés. Un même procédé de mise en forme peut être utilisé pour différents matériaux. Il est donc indispensable d’établir une classification basée sur la nature chimique, la microstructure et les procédés de mise en forme [2].
 Selon les constituants chimiques
• Céramiques feldspathiques : ce sont les céramiques traditionnelles destinées à l’émaillage des couronnes céramo-métalliques. De nouvelles céramiques feldspathiques à haute teneur en leucite, ont une résistance mécanique améliorée et un coefficient de dilatation thermique qui augmente. Elles sont alors utilisées sans armature.
• Céramiques alumineuses : leur constituant principal est l’alumine (Al2O3). On distingue en fonction de la teneur en alumine :
40 %: « Jacket » de Mac Lean.
65 %: Cérestore, All Ceram.
85 %: In-Céram.
98 %: Procera.
 Selon le procédé de mise en forme (avec ou sans armature métallique) :
• Avec support métallique :
Le rôle de ce support métallique est de renforcer mécaniquement la prothèse et de servir de support de cuisson sur lequel va s’annuler la rétraction de frittage par pyroplasticité de la phase vitreuse, cette armature peut être [2] :
Une feuille d’or ou de platine brunie sur le modèle positif unitaire. Diverses évolutions visant à renforcer mécaniquement ce support ont été décrites. Il existe différentes expressions commerciales de ce principe.
Une armature coulée en alliage précieux ou non précieux.
• Sans support métallique :
Cuite sur revêtement : à peu près toutes les céramiques peuvent être frittées sur un revêtement compatible et chimiquement inerte.

Propriétés des céramiques : 

Propriétés physiques essentielles des céramiques :

• propriétés thermiques :
Les céramiques sont de très bons isolants thermiques, leur conductivité thermique est très faible, environ 0,01°C/cm. L’inertie thermique permet ainsi d’isoler le complexe dentino-pulpaire et les matériaux d’assemblage des variations de température.
• propriétés optiques :
Les propriétés optiques (translucidité, fluorescence, réflexion de la lumière…) des céramiques dentaires conventionnelles sont très proches de celles des tissus durs de la dent naturelle. C’est la raison pour laquelle elles sont le matériau idéal pour les restaurations esthétique des dents antérieures.
Pour bien choisir la céramique, en fonction de ses propriétés optiques, il est nécessaire de tenir compte de l’emplacement de la future restauration, de la couleur du moignon dentaire et de l’espace disponible in situ :
• La translucidité est différente d’une céramique à une autre. En effet, les céramiques les plus stables sont, de part leur structure cristalline, plus opaque.
• La translucidité dépend aussi de l’épaisseur de la céramique, par conséquent, pour réaliser une restauration céramo-métallique en enlevant le moins de substance dentaire possible, la solution est d’opter pour une céramique à opacité prononcée.

Propriétés mécaniques des céramiques

Les céramiques dentaires sont peu résistantes en traction, en flexion et très résistantes en compression. Leur principale caractéristique est la rupture dite fragile, c’est-à-dire sans déformation plastique. GRIFFITH a décrit la fracture d’une céramique comme résultant de la propagation d’une fissure à partir d’un défaut initiateur.
• Module d’élasticité (GPa) :
Il correspond au rapport entre la contrainte appliquée au matériau et sa déformation, plus il augmente, plus la résistance à la déformation augmente. Le module d’élasticité des premières céramiques et des céramiques cosmétiques est légèrement inférieur à celui de l’émail humain, alors que celui des céramiques d’infrastructure est bien plus élevé et donne au matériau les propriétés mécaniques nécessaires pour encaisser durablement les traumatismes occlusaux.
• Résistance à la flexion (MPa) :
La résistance aux forces de flexion est relativement faible par rapport aux autres valeurs de résistance que présentent les matériaux céramiques. La faible résistance à la flexion est dû au fait que les liaisons ioniques au niveau atomique empêchent les glissements entre les plans, provoquant la rupture brutale sans déformation plastique. Cependant il y a une augmentation constante de la résistance à la flexion avec l’apparition des nouveaux matériaux céramiques.
• Ténacité (MPa.m-2) :
La ténacité est la résistance à la progression d’une fissure pré-existante, c’est une propriété très importante. Une ténacité élevée peut laisser espérer une durée de fonctionnement élevée donc une importante pérennité de la prothèse. La transformation de structure cristalline que subissent les céramiques à base de zircone lorsqu’elles sont soumises à une contrainte explique la ténacité élevée de ces matériaux.
• Dureté (VHN) :
La dureté est fixée en dureté Vickers, les céramiques dentaires ont une dureté Vickers de 380 à 460 VHN, alors que l’émail dentaire a une dureté de 340 VHN.
• Facteurs influençant la résistance mécanique :
La résistance mécanique des céramiques est directement liée au nombre et à la taille des défauts issus de la mise en œuvre du montage de la poudre de céramique, de la cuisson et du glaçage. Taux de porosité : il dépend de la distribution granulométrique et du mode de mise en forme de la pâte crue (compactage). Le compactage par vibration permet d’augmenter de 40% la résistance par rapport à une céramique non compactée. La cuisson sous vide fait passer le pourcentage de porosité de 4% à 0,1%.
Température et cycle de cuisson : l’élévation de la température et de la durée de cuisson entraînent une augmentation de la résistance. Cependant au-delà d’un certain seuil, ou lors de la multiplication des cuissons, il se produit une diminution de ces caractéristiques, due à une dissolution dans le verre des phases cristallines dispersées.
Contraintes internes : elles résultent d’un différentiel de coefficient de dilatation thermique entre les différentes phases du matériau ou entre le matériau et le support (céramique d’infrastructure). Microstructure : la résistance mécanique augmente avec la proportion de phases cristallines et avec la quantité d’interfaces verre/cristal donc la dispersion de cette phase cristalline (pour les céramiques biphasées). L’état de surface et surtout les défauts de surface jouent un rôle important ; il est possible d’éviter les défauts de surface grâce au glaçage thermique ou à l’emploi d’une glaçure qui permettent en obturant les pores et en refermant les fissures d’améliorer les propriétés mécaniques des céramiques feldspathiques d’environ 400%. De plus, la glaçure possédant un coefficient d’expansion thermique plus faible que celui de la céramique sous-jacente, met la surface en compression.

Les différents types de céramiques 

Compte tenu de la diversité des indications de chacune des céramiques, il est indispensable de posséder de bonnes connaissances des matériaux afin de pouvoir les utiliser avec succès.

Les céramiques feldspathiques conventionnelles

Les céramiques feldspathiques sont constituées :
• de poudre d’oxydes tels que : silicium (silice SiO2) 55 à 78 % aluminium
(alumine) < 10 % et des oxydes alcalins modificateurs
• de fondants et pigments colorés frittés dans une matière vitreuse. Le feldspath est un mélange d’aluminosilicates de sodium et de potassium, et compose également la matrice vitreuse des céramiques. Le quartz compose la charpente cristalline.
Ce sont les céramiques traditionnelles esthétiques destinées à l’émaillage des coiffes céramo-métalliques.
De nouvelles céramiques feldspathiques, à haute teneur en cristaux de leucite, ont une résistance mécanique améliorée et un coefficient de dilatation thermique plus important.
L’épaisseur minimale pour une couronne est de 1.5 mm.

Composition et microstructure 

La composition et la microstructure ont une influence directe sur les propriétés mécaniques, optiques et thermiques des céramiques. Les céramiques ont une structure biphasée. Elles comportent une phase vitreuse (la matrice, désordonnée) et une phase cristalline (dispersée mais ordonnée) constituée de cristaux.
Le verre est un composé minéral fabriqué à base de silice et possédant une structure vitreuse désordonnée. Il est mis en forme à partir d’une poudre agglomérée et consolidée par frittage, ce qui lui confère une grande stabilité chimique à l’origine de sa biocompatibilité.
L’incorporation d’une phase cristalline dans la matrice vitreuse a permis une amélioration de la dureté et de la résistance des céramiques. La proportion de phase cristalline améliore les propriétés mécaniques en bloquant la propagation des fissures.
Les céramiques à prédominance vitreuse ont un réseau spatial d’atomes sous forme régulière dans l’espace ; leur structure est amorphe. La proportion de phase vitreuse améliore les propriétés optiques telles que l’opalescence, la couleur, l’opacité, et la translucidité.

Les vitrocéramiques

Les vitrocéramiques sont essentiellement composées de silice, d’alumine et de différents oxydes, opacifiants et colorants.
Ce sont des matériaux mis en forme à l’état de verre puis traités thermiquement pour obtenir une cristallisation volontaire, contrôlée et partielle. Il s’agit de dévitrification partielle et contrôlée. Il en résulte une structure microcristalline dispersée dans une phase vitreuse.
Il existe deux grandes familles :
 celle dont la phase majoritaire est la leucite : Empress I® (Ivoclar®)
 celle dont la phase majoritaire est le disilicate de lithium, dont l’avantage est d’être plus résistant à la flexion : Empress II® (Ivoclar®). Cette céramique est composée également d’un matériau cosmétique à base de fluoroapatite.
Les points forts de ces vitrocéramiques : [24]
 grandes propriétés esthétiques,
 large panel de teintes proches du naturel,
 haute résistance du matériau (360-400 MPa),
 durabilité des restaurations dans le temps,
 préparation peu invasive préservant la structure dentaire,
 matériau polyvalent pour une large gamme d’indications :
• facette pelliculaire (0.3 mm),
• inlay et onlay peu invasifs,
• couronne totale ou partielle,
• suprastructure implantaire,
• bridge de 3 éléments limités à la deuxième prémolaire.

Les céramiques alumineuses (polycristallines)

Ces céramiques contiennent une proportion importante d’alumine dans le but de les renforcer. C’est un oxyde d’aluminium dont la formule chimique est Al2O3. Il s’agit d’un composé chimique existant déjà à l’état naturel sous forme d’oxyde d’alumine hydratée mélangée à de l’oxyde de fer. L’alumine est semi-translucide et ses propriétés mécaniques sont excellentes.
En CFAO, on utilise des blocs d’alumine pure pré- frittés.
L’intrados des céramiques alumineuses doit être traité par projection de particules d’oxydes d’aluminium silanisées (microsablage).
Parmi les matériaux céramiques destinés à la reconstitution de l’infrastructure des prothèses dentaires, la réalisation de couronne céramique ou de facettes dentaires, l’alumine constitue un matériau de choix.
Elle a la particularité de très bien laisser passer la lumière (translucidité) en rendant ainsi possible son utilisation pour des éléments unitaires sur dent vivante du secteur antérieure.

Les céramiques à base d’oxyde de zirconium (zircone) [27, 9, 28,29]

Le développement de la CFAO permet l’utilisation d’un matériau céramique polymorphique aux qualités remarquables : la zircone (ZrO2), un oxyde céramique polycristallin, dans lequel les liaisons fortes covalentes ou ioniques entre atomes assurent d’excellentes propriétés mécaniques et chimiques.
La zircone pure ou oxyde de zirconium cristallise dans 3 types de réseaux :
• Jusqu’à 1170°C : phase monoclinique (matériau stable mais fissurations nombreuses, état naturel de la zircone).
• Entre 1170-2370°C : phase quadratique ou tétragonale (forme métastable ayant les meilleures propriétés mécaniques).
• Au delà de 2370°C : phase cubique.
A température ambiante, la zircone possède une structure de type monoclinique. Sous l’effet de variation de température, des transformations allotropiques se produisent à l’état solide.

Les céramiques infiltrées 

L’émergence d’une dentisterie de plus en plus esthétique a pour conséquence d’orienter les recherches vers des systèmes céramo-métalliques de plus en plus résistants.
Dans ce sens, M. SADOUN (procédé In Ceram, 1988) propose d’infiltrer, après usinage, des blocs de céramiques poreuses par du verre, permettant ainsi d’obtenir une structure composite alumine-verre très dense. Un traitement thermique est ensuite appliqué sur ces céramiques.
Outre sa plus grande résistance à la fracture, cette technique permet d’obtenir une adaptation cervicale supérieure aux autres procédés.
Elles permettent la réalisation d’infrastructures pour couronnes céramo-céramiques.
Plusieurs sortes de céramiques infiltrées sont disponibles sur le marché. Nous pense particulièrement aux trois principales qui sont :
• In Ceram Spinell®, ayant une très grande translucidité, confère d’excellents résultats esthétiques pour la reconstruction de dents antérieures.
• In Ceram Alumina®, plus opaque mais avec de très bonnes propriétés mécaniques, elle sert d’infrastructures pour des couronnes unitaires dans les secteurs antérieurs et postérieurs.
• In Ceram Zirconia®, contient 33 % de zircone et 66 % d’alumine.
Elle est la plus tenace mécaniquement et la plus opaque. On l’utilise pour masquer une dent ou un support très foncé, et quand les propriétés mécaniques sont indispensables, dans les cas d’infrastructures unitaires postérieures ou pour de petits bridges. A ne pas confondre avec la zircone.
L’épaisseur minimale pour des couronnes In Ceram Alumina est de 0.6 mm, et de 0.5 mm pour des céramiques In Ceram Zirconia.

Couronne céramo-métallique

La couronne céramo-métallique est une solution classique permettant la réalisation de restaurations à la fois esthétique et résistante. Elles peuvent être utilisées aussi bien sur des dents antérieures que sur des dents postérieures, et concernent des restaurations unitaires ou plurales. La cuisson de la céramique sur métal permet son utilisation fiable en odontologie. Chacune des parties de la restauration a son rôle à jouer soit dans la pérennité, soit la biocompatibilité ou l’esthétique de la prothèse :

Définition

 Une couronne céramo-métallique est un élément de prothèse fixée, constitué d’une chape métallique qui confère sa résistance à la prothèse sur laquelle sera sculptée et fixée par cuisson de la céramique dont la vocation est strictement esthétique.
 Les chapes peuvent être réalisées en alliage précieux, semi-précieux (or, palladium, argent) ou même non précieux (nickel-chrome). Les céramiques utilisées sont en général des céramiques Feldspathiques, mais aussi alumineuses, et l’apparition récente des céramiques à basse fusion limite les contraintes thermiques imposées aux alliages.

Indications

La restauration des dents délabrées par la carie, nécessite une préparation périphérique complète, en particulier pour les dents antérieures, les ancrages sur des dents saines, comme piliers de bridge.

Contre-indications

Ce sont des prothèses fixées en général, métalliques en particulier : occlusion très basse, surtout au niveau des dents cuspidées, rendant impossible la réalisation d’éléments céramiques dont l’épaisseur occlusale doit être de ± 2mm.

bridges dentaires céramo-métalliques

Définition

 Le bridge dentaire est une prothèse fixe visant à remplacer des dents en s’appuyant sur les dents voisines. Un bridge comporte au minium 3 éléments : 2 dents piliers et 1 dent intermédiaire.
 Le bridge dentaire sert à remplacer 1 dent non existante sans racine ni support. Les 2 dents piliers adjacentes au vide laissé par la dent manquante vont servir de support pour la couronne qui remplacera la dent manquante. Elle sera soutenue par les côtés et non pas par la racine ou l’implant.

Objectifs

 Restaurer l’esthétique et la fonction.
 Protéger la dent préparée et le parodonte.
 Maintenir les rapports occlusaux.

Indication

 Dents très délabrées par des lésions carieuses ayant atteint la racine en profondeur.
 Dents cassées avec fracture de la racine.
 Maladie parodontale avec perte du tissu de soutien ayant fait chuter les dents

Avantages

 Permet de remplacer une dent manquante, voire plusieurs selon le nombre de dents piliers.
 Fixe, donc confortable.

Inconvénient

 Taille et recouvrement des dents piliers parfois saines.
 Prix élevé.

Rappel Anatomique de la dent

À la description classique de la dent, formée d’une couronne, d’une racine et creusée d’une cavité pulpaire, s’est substitué le concept plus large d’organe dentaire. Cet organe dentaire est formé de l’odonte (ou dent anatomique) et de ses tissus de soutien, ou parodonte.
L’odonte est constitué de trois éléments : l’émail, la dentine et la pulpe.
 L’émail : est une substance très dure, acellulaire, formée de prismes minéraux (calcium et phosphate sous forme de cristaux d’hydroxyapatite) à partir d’une matrice organique. La salive est un élément majeur de protection de l’émail en tamponnant l’acidité endogène et exogène.
 La dentine : est le constituant principal de l’odonte. Elle participe à la constitution des deux unités anatomiques de la dent, de la couronne et de la racine :
• la couronne, intraorale, où la dentine est recouverte par l’émail ;
• la racine, intraosseuse, où la dentine est recouverte de cément.
Entre couronne et racine, le collet de la dent est serti par l’attache épithélioconjonctive de la gencive (joint d’étanchéité vis-à-vis du milieu buccal).
 La pulpe dentaire, tissu conjonctif bordé par les odontoblastes, comporte un axe vasculo-nerveux terminal pénétrant par les orifices apicaux de la dent. L’innervation est fournie par les branches terminales du nerf trijumeau (V2 pour les dents maxillaires, V3 pour les dents mandibulaires).
Parodonte
Appareil de soutien de la dent, le parodonte est formé par quatre éléments : la gencive, le desmodonte, le cément et l’os alvéolaire.
 La gencive comprend deux parties : le chorion qui, à son tour, est recouvert d’un épithélium.
 Le desmodonte (ou ligament alvéolodentaire ou périodontie) est un véritable appareil suspenseur et amortisseur de la dent. Siège de la proprioception, il est formé de nombreux trousseaux fibreux unissant le cément radiculaire à l’os alvéolaire.
 Le cément, sécrété par les cémentoblastes, est une substance ostéoïde adhérant à la dentine radiculaire.
 L’os alvéolaire comprend un rebord d’os spongieux entouré de deux corticales. Creusé d’alvéoles, il est tapissé par une couche d’os compact, la lamina dura, structure modifiée en radiologie dans certaines pathologies (hyperparathyroïdie). Cet os alvéolaire qui supporte les dents « naît et meurt » avec elles.
Le sillon gingivodentaire (sulcus) sépare la gencive libre de la couronne dentaire. Sa profondeur varie selon les dents et leurs faces de 0,5 à 2 mm.
Son fond est occupé par une attache épithélioconjonctive, véritable barrière entre le parodonte profond et la flore buccale. (31)

Stratification d’une céramique- cosmétique

Dans ce cas précis, la dentine se compose de trois partie :
 Le tiers cervical du fait de sa proximité avec la gencive, génère des reflets roses qui seront après le montage de l’émail absorbés par cette même gencive.
 Le tiers médian donne la teinte réelle de la dent ; c’est cette zone que le dentiste et nous même nous avons choisi la teinte, prenons comme référence. SHOUFU a considérablement retravaillé la texture de sa dentine que parfois, dans le passé pour des teintes très saturées (A4 C4) avait tendance à être trop dense, omniprésente et lourde. La nouvelle génération de dentine MP, plus transparente et légère offre une parfaite stabilité de teinte même après plusieurs cuissons.
 Le tiers occlusal reçoit l’influence directe de la teinte de la chambre pulpaire en interne à laquelle s’ajout les différentes colorations externes dues à l’abrasion du bord libre.
Au terme du montage de dentine, nous condensons volontairement « mécaniquement » cette partie, pour préparer une qualité de dentine propice à des découpes très nettes d’une part et pour rendre cette masse dentine plus réactive à la réfraction de la lumière d’autre part.
Un apport de transparent bleuté en mésial et distal d’une fine couche de transparent non opalescent vient recouvrir l’ensemble de la dentine.
Pour matérialiser le départ de la couronne par rapport à la racine et donner de la profondeur à la teinte de la dentine, nous déposons une couche de cervical transparent de la famille de teinte requise. A noter que ce matériau à la granulométrie extrêmement fine a été conçu par SHOUFU pour faciliter l’adhérence de la gencive sur la céramique.
Nous recouvrons l’ensemble de la partie centrale de la dent en sur dimensionnant la fine couche d’émail déssaturé obtenue grâce à un mélange à 50% d’émail et de transparent(47).

Table des matières

INTRODUCTION
I. REVUE DE LA LITTÉRATURE
I-1. Généralités sur les céramiques
I.1.2. Définitions
I.1. 3. Classification des céramiques
I.1.3. 2. Classification traditionnelle (en fonction de la température de fusion)
I.1.4. Propriétés des céramiques
I.1.4.1. Propriétés physiques essentielles des céramiques
I.1.5. Les différents types de céramiques
I.1.5.1. Les céramiques feldspathiques conventionnelles
I.1.5.3. Les vitrocéramiques
I.1.5.4. Les céramiques alumineuses (polycristallines)
I.1.5.5. Les céramiques à base d’oxyde de zirconium (zircone)
I.1.5.6. Les céramiques infiltrées
I.2. Couronne céramo-métallique
I.2.1. Définition
I.2.2. Indications
I.2.3. Contre-indications
I.2.4.bridges dentaires céramo-métalliques
I.3. Rappel Anatomique de la dent
I.3.1.Stratification d’une céramique- cosmétique
II.METHODOLOGIE
II-1.Cadre d’étude
II-2 Lieu d’etude
II-3. Type d’étude
II-4.Durée d’étude
II-5. Matériel et Méthode a utilisés :
II-5-1. Modèles d’études
II-5-2.Matériaux et matériels utilisés
II-6. Procédure
II-6-1. Préparation du modèle de travail
II-6-2. Confection de l’infrastructure métallique
II-6-3.Stratification céramique
III- RESULTATS
IV. Discutions
V. Suggestions
CONCLUSION
REFERENCES

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