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Les céramiques T able des matières I Quelques éléments historiques.............

Les céramiques T able des matières I Quelques éléments historiques........................................................................................................ 3 II Définitions................................................................................................................ ........................ 5 III Classification des céramiques....................................................................................................... 7 III.1 Classification traditionnelle .................................................................................................. 7 III.2 Classification actuelle (Sadoun et Ferrari)...........................................................................8 III.2.1 Classification selon la composition chimique............................................................... 8 III.2.1.1 Les céramiques feldspathiques : le « modèle » des céramiques dentaires......... 9 III.2.1.2 Les céramiques alumineuses................................................................................ 11 III.2.1.3 Les vitrocéramiques.............................................................................................. 11 III.2.1.4 Les céramiques à base de zircone........................................................................ 12 III.2.2 Classification selon le procédé de mise en forme....................................................... 14 III.2.2.1 Mise en forme avec armature métallique........................................................... 14 III.2.2.2 Mise en forme sans armature métallique............................................................ 16 III.2.3 Classification selon la microstructure......................................................................... 23 IV Propriétés mécaniques des céramiques..................................................................................... 24 IV.1 Module d'élasticité (GPa)..................................................................................................... 24 IV.2 Résistance à la flexion (MPa) .............................................................................................. 25 IV.3 T énacité (Mpa/m ½) .............................................................................................................25 IV.4 Dureté ..................................................................................................................... ...............26 IV.5 Facteurs influençant la résistance mécanique.................................................................... 26 V Propriétés physiques................................................................................................................. .... 27 VI Annexes.................................................................................................................... ..................... 27 OBJECTIFS Donner au lecteur les éléments lui permettant de choisir le type de matériau céramique le plus adapté à la situation clinique à laquelle il est confronté en tenant compte à la fois des propriétés mécaniques, des propriétés esthétiques, et de la précision d’adaptation des restaurations obtenues (condition essentielle de la biocompatibilité pulpaire et parodontale de ces restaurations). INTRODUCTION Malgré les évolutions des résines composites et des ciments verre-ionomères, les céramiques peuvent encore être considérées comme les biomatériaux permettant l’élaboration des restaurations les plus esthétiques. Les céramiques ont été longtemps utilisées surtout pour la confection de dents artificielles pour prothèses amovibles et l’élaboration de couronnes et de bridges céramo- métalliques (CCM). Cependant depuis les années 80 l’évolution de ces matériaux a permis la conception de facettes, d’inlays et d’onlays et même des couronnes et des bridges sans armature métallique. Les céramiques actuelles possèdent un large champ d’indications qui vont de la restauration partielle de la dent, dès que l’esthétique et surtout le délabrement contre indiquent les résines composites, au remplacement de dents absentes avec les bridges sans armature métallique en passant par des piliers pour prothèse sur implants. I QUELQUES ÉLÉMENTS HISTORIQUES ● La poterie en Europe jusqu’au XVIIIième siècle L’obtention de poteries réellement utilisables a été le résultat d’efforts importants et de nombreux essais par les premiers potiers en Europe. Le matériau de base pour la poterie est l’argile. Ce matériau fut source de 2 deux problèmes essentiels : - le premier problème rencontré par les potiers primitifs fut d’obtenir de l’argile présentant une consistance optimale pour sa manipulation et sa cuisson. L’argile mélangée uniquement avec de l’eau est habituellement trop collante pour être manipulable. Ce problème fut surmonté par l’addition de sable et de coquilles de coquillages broyées. - le second problème la rétraction de l’argile lorsque elle sèche ou durcit. Si la rétraction n’est pas uniforme, en vitesse ou en quantité, les pots craquent avant même la cuisson. L’addition de charges de granulométrie élevée a permis de surmonter partiellement cet obstacle. La cuisson des pots posa un problème plus sérieux encore. Les gaz présents dans la pâte, bulles d’air ou gaz formés pendant le chauffage (vapeur d’eau ou CO2), créaient des vides dans l’argile pouvant même entraîner des fractures des pots. C’est pourquoi les premiers - Support de Cours (Version PDF) - potiers pétrissaient l’argile avant le modelage afin d’éliminer l’air inclus dans le matériau. De plus l’élévation de température très progressive au moment de la cuisson permettait à la vapeur ou aux gaz de diffuser lentement hors de l’argile plutôt que d’exploser brutalement en créant des fissures dans le pot. Le principal problème dans le développement de la poterie fut néanmoins celui du choix de la température de cuisson des pots. La transformation de l’argile, d’une masse de particules individuelles liées entre elles par de l’eau, en un solide cohérent repose sur un processus appelé frittage. Au cours de ce processus, lorsque la température atteint un niveau suffisamment élevé, les points de contact entre les particules individuelles fusionnent. Ce processus repose sur un mécanisme de diffusion, très accéléré par l’élévation de la température. Les traditionnels feux ouverts ne permettant pas d’atteindre des températures suffisamment élevées, il fallut inventer des fours. Les plus anciens de ces foursutilisaient de l’air pulsé au travers des flammes pour atteindre une température plus élevée et plus uniforme. Les pots étaient disposés au dessus des flammes dans le flux d’air chaud. Ces fours pouvaient atteindre une température de 900°C et les poteries cuites à cette température étaient et sont encore appelées : terres cuites. Ces terres cuites étaient poreuses car le frittage n’est pas complet. Elles pouvaient donc être utilisées pour stocker de la nourriture solide, mais ne pouvaient pas contenir des liquides. Finalement ce problème fut résolu par la cuisson d’une fine couche de matériau vitreux à la surface du pot. Cette technologie fut utilisée dès 5500 avant JC dans de nombreux sites. Petit à petit des températures plus élevées purent être obtenues dans les fours, conduisant à une fusion partielle de l’argile plus importante. La phase liquide solidifiant sous forme vitreuse permit d’obtenir des pots imperméables généralement connues sous le nom de grés. ● La porcelaine chinoise Les pots en grés ont été produits en Chine dés le 1er siècle avant JC et la technologie de la céramique a été développée dés le dixième siècle à un stade tel que les Chinois étaient capables de produire : “ une céramique blanche comme la neige, si résistante que la vaisselle pouvait avoir une épaisseur de 2 à 3 mm permettant le passage de la lumière. Sa structure était si homogène et dense qu’elle résonnait comme une cloche lorsqu’elle était légèrement frappée.” L’accroissement du commerce avec l’extrême orient permit l’arrivée en Europe de ce matériau tellement supérieur au grés. Cette arrivée conduisit à une demande plus importante de vaisselle de qualité, qui ne pouvait être satisfaite uniquement par les - Support de Cours (Version PDF) - importations en provenance de Chine. C’est pourquoi des travaux importants furent entrepris pour “copier” les matériaux Chinois. L’utilisation d’oxyde d’étain pour glacer les surfaces permit d’obtenir un aspect blanc, mais pas la translucidité des porcelaines Chinoises. Les fours utilisés permettaient d’obtenir de hautes températures, mais les fours Chinois étaient meilleurs pour obtenir des températures homogènes. Le problème essentiel fut le choix du matériau et du processus d’élaboration. Pour obtenir de la porcelaine, il faut un matériau qui reste ou qui devienne blanc au moment de la cuisson et qui soit suffisamment résistant pour permettre des épaisseurs inférieures à 3 mm. Le secret de la porcelaine chinoise fut révélé en 1717 par un Jésuite ayant séjourné sur place qui permit de connaître ses composants : kaolin, silice et feldspath. Le kaolin est un aluminosilicate hydraté. La silice, sous forme de quartz, reste à l’état de particules finement dispersées même après la cuisson. Le feldspath est un mélange d’aluminosilicates de sodium et de potassium. Ces composants étaient mélangés à raison de 25-30% de feldspath, 20-25% de Quartz et 50% de Kaolin. Il est un peu surprenant que le secret de la fabrication de la porcelaine chinoise ait mis si longtemps à être révélé, alors qu’aucune chimie complexe n’est mise en oeuvre et que les composants sont plutôt communs. Les applications dentaires de la porcelaine datent de 1774, lorsqu’un apothicaire Français Alexis Duchateau inventa les premières prothèses totales entièrement en porcelaine. Compte tenu de la rétraction du matériau au cours du frittage, l’obtention d’une bonne adaptation de la prothèse en bouche devait être délicate à obtenir. Aujourd’hui, la plupart des matériaux appelés parfois porcelaine, sont en fait des céramiques très différentes des porcelaines décrites ici. II DÉFINITIONS Un verre est un composé minéral fabriqué, à base de silice, qui possède une structure vitreuse, c’est à dire désordonnée. Il est mis en forme à partir d’une poudre agglomérée et consolidé par frittage. Les verres possèdent une grande stabilité chimique, du fait des liaisons de type covalents ou ioniques qui unissent les atomes. Cette propriété leur confère une très bonne biocompatibilité. C’est la présence de cations alcalins de grande taille (figure 1) qui empêche la formation d’un réseau cristallin et qui est responsable de la structure non ordonnée du verre. Les - Support de Cours (Version PDF) - verres sont des matériaux fragiles, c’est-à-dire qu’ils n’ont pas ou très peu de possibilité de déformation plastique. Figure 1 : Structure schématique d'un verre Les céramiquessont aussi des matériaux inorganiques, composés d’oxydes, de carbures, de nitrures et de borures. Les céramiques présentent des liaisons chimiques fortes de nature ionique ou covalente. Elles sont mises en forme à partir d’une poudre de granulométrie adaptée qui est agglomérée. Dans une deuxième étape la densification et la consolidation de cet agglomérat sont obtenues par un traitement thermique appelé frittage. A la différence des verres les céramiques, en tous cas dans les matériaux les plus anciens, sont constituée de 2 phases distinctes : une phase vitreuse, la matrice (désordonnée) et une phase cristalline dispersée (ordonnée). Figure 2 : Microphotographie en MEB d’une céramique L’incorporation de cette phase cristalline dans la matrice vitreuse a permis une amélioration significative de la dureté et de uploads/s3/ les-ceramiques.pdf