Características generales y propiedades de las cerámicas sin metal (II)

Composición de las porcelanas dentales. Ventajas e incovenientes

y algunas propiedades

No es nuestro objetivo hacer una presentación ordenada y clara de los distintos componentes que constituyen las cerámicas dentales pues es una tarea casi imposible de lograr por la gran cantidad y variedad de compuestos de que constan actualmente y por la reticencia y secretismo que manifiestan los fabricantes para desvelar los compuestos que las integran; además, conocer aisladamente la composición no tiene gran relevancia si no se sabe exactamente la técnica y la cocción.

Composición básica

Todas las porcelanas, sean del tipo que sean, están formadas por tres materias primas fundamentales cuya proporción varía en función de las propiedades que se quieren obtener o modificar y son feldespato, cuarzo (sílice) y caolín o arcilla blanca10,11,13.

El componente mayoritario es el feldespato seguido del cuarzo (forma cristalina del sílice) y en menor medida del caolín13. La diferencia entre las porcelanas dentales y las no dentales la marcó inicialmente el contenido en caolín11 (> 50% de la masa total en la cerámicas no dentales) responsable último de la manipulación y moldeado de la masa a la que le confiere una gran opacidad y pérdida de transparencia cuando es mayor del 10% de la masa, motivo éste por el que se redujo progresivamente su presencia hasta niveles mínimos en las porcelanas dentales actuales (fig. 4).

Además de los componentes básicos, otros materiales que se recogen en la tabla 4, aunque en menor proporción, contribuyen a la mejora del aspecto y a brindar propiedades ópticas de fluorescencia15,16.

Conocidos los principales componentes, la composición más pormenorizada según el componente mayoritario es el que sigue.

Porcelanas de concepción clásica, tradicional o convencionales

Porcelanas feldespáticas

Antes de iniciar la descripción de los compuestos que integran las porcelanas dentales, es conveniente hablar, aunque someramente, de la estructura que las constituyen. En cuanto a su estructura, el material cerámico puede ser considerado un material compuesto, dada la diversidad de elementos que la integran, donde la estructura predominante la constituye la matriz amorfa o vítrea mientras que otros compuestos aparecen dispersos en el seno de ellos como estructura cristalina o cristales.

Los átomos o moléculas de los materiales pueden distribuirse en el espacio de manera que se encuentren ubicados a igual distancia con los vecinos, con una distribución completamente regular, ordenada, geométrica y repetitiva. Se constituye así la estructura cristalina. Esta situación estructural es la que se encuentra fundamentalmente en los metales. En los materiales cerámicos puede darse una situación equivalente pero con más de un tipo de reticulado espacial; sin embargo también es posible que en alguno de ellos los átomos no se encuentren ordenados en un retículo cristalino geométrico y repetitivo sino ubicados casi aleatoriamente en el espacio formando una estructura amorfa o vítrea, es decir sin ningún orden geométrico repetitivo, constante o concreto11. La estructura cristalina es por tanto opuesta a la estructura amorfa o vítrea.

Las porcelanas dentales presentan una dualidad estructural. El feldespato, uno de los componentes mayoritarios de las porcelanas, una vez fundido con los óxidos metálicos solidifica en forma vítrea o amorfa y constituyen la fase vitrificada y son por tanto vidrios desde el punto de vista estructural, mientras que el cuarzo, el segundo componente cuantitativamente importante, contribuye a formar la fase cristalina de las cerámicas. En general las porcelanas feldespáticas responden a la composición básica mencionada anteriormente.

El feldespato es el compuesto principal, responsable de la formación de la matriz vítrea formado por silicatos de aluminio combinados con metales. En sus valencias libres se combina con Na, K y Ca que a su vez actúan como fundentes para ayudar a la formación de la fase vítrea. El feldespato no existe puro como tal en la naturaleza sino que se presenta como feldespato potásico o sódico. La función de cada uno de ellos ya ha sido mencionada en la tabla 4. Dentro del amplio grupo de los feldespatos hay un grupo que presenta menor proporción de sílice, como la leucita (silicato de aluminio y potasio) que aparece a ciertas temperaturas durante la fusión de los feldespatos y no suele aparecer como tal mineral en la naturaleza. La presencia de leucita es uno de los sistema de incremento de la resistencia de las coronas de cerámica sin metal17. Las porcelanas que contienen mucha leucita son unas dos veces más resistentes que las que contienen cantidades menores13.

El cuarzo es el mineral más difundido de la corteza terrestre y por tanto muy abundante en la naturaleza es transparente, incoloro, brillante y muy duro. Tiene un elevado punto de fusión, un coeficiente de dilatación lineal muy pequeño y es muy estable químicamente pues apenas es atacado por los ácidos salvo el fluorhídrico. Sirve de estructura sobre la que los otros compuestos pueden acoplarse dando como resultado de la unión un material más resistente. La presencia de alúmina (óxido de aluminio) en distintas proporciones da lugar a un aumento de la dureza y disminuye de forma importante el coeficiente de expansión térmica de la porcelana. Su forma natural de presentación es el corindón.

El caolín es el silicato hidratado de alúmina. Es la más fina de las arcillas y su presencia es necesaria para el moldeamiento de la porcelana. Le confiere plasticidad y facilita la mezcla con el agua manteniendo la forma durante el secado y el horneado, lo que permite, dependiendo de la composición, hacerse densa y resistente sin perder la forma. El mayor problema que presenta es la pérdida de transparencia y el aspecto opaco lo que ha conducido a una disminución progresiva de la proporción en la mezcla o a la sustitución por distintas sustancias fundentes. La técnica dental a diferencia de otros usos de la porcelana, maneja en general formas pequeñas y simples por lo que la reducción del caolín en el total de la masa no altera de forma importante la manejabilidad o plasticidad de la masa y contribuye a mejorar la translucidez y la opacidad que es inherente a la presencia de caolín en las masas cerámicas.

Los distintos colores que puede adquirir la porcelana dependen de la presencia de óxidos metálicos y de su concentración de tal forma que con un mismo óxido se pueden obtener distintas gamas de un color variando las proporciones del compuesto y la temperatura de cocción.

En la actualidad no se realizan coronas feldespáticas como tales sino que los usos actuales son como recubrimiento de otras porcelanas, generalmente con elevado contenido en alúmina o vitrocerámicas, en un intento de combinar las mejores propiedades de resistencia con la caracterización estética que las porcelanas feldespáticas pueden aportar. Marcas comerciales de cerámicas feldespáticas son entre otras la Optec, Mirage, Vintage, IPS Clasic, Ceramco, Creation/ surprise, Vita Omega 900 y Vitadur Alpha 62.

Porcelanas aluminosas

En un intento de mejorar algunos de los más graves problemas que presentaban las porcelanas feldespáticas como su fragilidad, McLean y Hugues1 modificaron las porcelanas anteriores añadiendo un 50% en volumen de alúmina (óxido de aluminio) fusionado en una matriz de vidrio de baja fusión, lo que constituía hasta ese momento el sistema reforzador más eficaz, tanto más cuanto mayor era la cantidad de alúmina incorporada. Los investigadores mencionados anteriormente comprobaron que mejoraba significativamente la resistencia respecto a las porcelanas convencionales hasta el punto que la porcelana aluminosa es el doble de resistente que la porcelana feldespática1 y su módulo de elasticidad es 50% superior al de las porcelanas tradicionales. Se obtiene así un material compuesto, en el que el material que funde primero por tener una temperatura de fusión inferior actúa como matriz mientras que el óxido de aluminio, que tiene un elevado punto de fusión queda repartido por toda la masa del primero en forma de pequeñas partículas dispersas10. Aunque la alúmina ya se utilizaba en las porcelanas de concepción más antigua, el cambio lo constituye no tanto la utilización del compuesto como el alto contenido que presentan éste tipo de porcelanas.

La presencia de alúmina hace que el vidrio disminuya una de sus características propias, que sea menos quebradizo y disminuye el riesgo de desvitrificación proceso que consiste en una cristalización de la cerámica lo que la vuelve frágil y opaca por perder la estructura amorfa o vítrea. Este proceso también se puede producir por un elevado número de cocciones.

Con el paso del tiempo las proporciones iniciales de alúmina han ido aumentando de tal forma que actualmente algunas de las cerámicas más recientes tienen muy elevadas proporciones de óxidos de aluminio combinadas generalmente con vidrios cuyo objetivo es constituir núcleos de gran dureza que reemplacen las estructuras metálicas de las restauraciones metalcerámica y que son recubiertas por porcelanas feldespáticas convencionales10 Sin embargo, a mayor cantidad de alúmina la estética disminuye de ahí que se utilice en proporciones más elevadas en núcleos y en mucha menor cantidad en material cerámico destinado a la dentina y el esmalte10. Si se incorpora alúmina a una porcelana feldespática por encima de un 50% se obtiene una restauración poco estética, mate y muy resistente motivo por el cual en el desarrollo progresivo del material se ha combinado con otras porcelanas que aportan mejores propiedades ópticas para las capas más superficiales de la restauración dejando éste compuesto para las capas más internas.

Actualmente los núcleos de alúmina de alta resistencia están perfectamente establecidos y ha conducido a las cerámicas aluminosas de colado fraccionado. El material se conforma en un capa sólida sobre la superficie de un molde poroso (cofia) que succiona la fase líquida por medio de fuerzas capilares. Esta cofia de alúmina que tiene un tamaño de partícula de 0,5 a 3,5 µm es recubierto con porcelana de tipo aluminosa. Tras el modelado se infunde vidrio de baja fusión de expansión térmica similar que se mezcla y difunde a través de la alúmina porosa por acción capilar produciendo una estructura de composición vitroalúmina muy densa15.

A pesar de su mayor resistencia, uno de los mayores problemas que presentan las cerámicas aluminosas es su contracción durante el procesamiento por calor, por lo que su ajuste marginal es más deficiente comparado al que se obtiene con las coronas ceramometálicas1.

Por otro lado aunque se considera que las coronas alumínicas presentan un aspecto de mayor vitalidad, son muy sensibles a la técnica por lo cual su fractura clínica es relativamente elevada (2% en restauraciones anteriores y 15% en posteriores)2. Actualmente se ha mejorado estas porcelanas buscando un menor índice de fracturas.

Es de destacar que la resistencia de las coronas cerámicas no sólo es imputable a la composición del material sino que depende de otros factores tan diversos como el soporte adecuado de la preparación, el grosor y rigidez de las cofias y de la cerámica de recubrimiento, el tipo de agente cementante, las imperfecciones de la superficie que actúan como desencadenantes de estrés, las microgrietas y porosidades en superficie y que afectan a los distintos tipos de porcelanas y que no se analizaran en éste artículo por escapar a los fines del mismo.

Las primeras porcelanas aluminosas comercializadas (Vitadur-N, NBK 1000, etc.) todavía hoy, casi 40 años después, siguen teniendo indicaciones a pesar de existir en el mercado porcelanas con características superiores en otros aspectos16. Las ventajas e inconvenientes que presentan las cerámicas de concepción clásica o convencional y las más modernas se presentan de modo resumido en la tabla 5. En la tabla 6 presentamos cerámicas con alto contenido en alúmina y la proporción de la misma en la masa cerámica.

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