Introducción al Titanio y sus Aleaciones en Odontología
Las aleaciones de titanio ofrecen, en comparación con el titanio puro, valores significativamente superiores en dureza, alargamiento de rotura, resistencia a la tracción, límite de dilatación y módulo de elasticidad. La resistencia a la tracción puede incrementarse notablemente, pasando de 280 MPa en el titanio puro a hasta 1.600 MPa en las aleaciones de titanio, siempre que la proporción mínima de titanio sea del 75%.
Si bien es posible mejorar la dureza y la resistencia a la tracción del titanio puro mediante un mayor porcentaje de oxígeno y nitrógeno, la resistencia a la tracción no puede superar los 650 MPa. Este valor es insuficiente para una amplia gama de aplicaciones en odontología, especialmente para puentes de gran envergadura en la zona de los dientes posteriores o para prótesis extraíbles. Asimismo, un aumento en la proporción de oxígeno reduce la extensión y la resistencia al impacto.
Otro inconveniente del titanio puro es su reducida resistencia al desgaste de la capa de pasivización formada en soluciones acuosas, ya que esta capa se destruye ante la aparición de fuerzas de cizallamiento. La incorporación de elementos adicionales en las aleaciones de titanio mejora la fuerza de unión, incrementa la resistencia al desgaste y facilita un mejor pulido en comparación con el titanio puro.
Propiedades y Estructura de las Aleaciones de Titanio
La manipulación técnica de colado de aleaciones de titanio, como TiAl6V4 y TiAl6Nb7, utilizando tecnologías convencionales para titanio puro, ha arrojado resultados insatisfactorios. Sin embargo, el perfeccionamiento de los sistemas de colado de titanio ha permitido alcanzar un estándar de calidad comparable al del titanio puro y otras aleaciones de metales no nobles.
Durante la producción de aleaciones de titanio se aprovechan las diferentes propiedades mecánicas de las formas alfa y beta del titanio. Mediante la adición selectiva de elementos alfa y beta estabilizadores, es posible obtener aleaciones con estructuras hexagonales, cúbicas centradas en el espacio o multifásicas, cada una con propiedades mecánicas específicas.
Aleaciones Alfa Hexagonales
Las aleaciones alfa hexagonales se benefician de la adición de aluminio, estaño u oxígeno. Son moderadamente deformables y poseen una resistencia y deformabilidad plástica reducidas. Su comportamiento frente a la corrosión y oxidación es ventajoso.
Aleaciones Beta
Las aleaciones de titanio beta presentan una buena deformabilidad en frío y resistencia, pero una densidad elevada, un comportamiento de oxidación deficiente y escasa resistencia al calor. El vanadio, el hierro y el cromo actúan como estabilizadores de estas aleaciones con estructura cúbica centrada en el espacio, que son difíciles de soldar.
Aleaciones Alfa y Beta Bifásicas
Las aleaciones alfa y beta bifásicas representan un punto intermedio entre las aleaciones alfa y beta. Aunque no alcanzan la elevada resistencia de las aleaciones beta, ofrecen una proporción sumamente favorable entre resistencia y densidad. Su principal característica es la posibilidad de ajustar selectivamente sus propiedades mecánicas mediante transformación o tratamiento térmico en el rango bifásico.
Aleaciones de Titanio de Uso Común en Odontología
Las aleaciones de titanio más utilizadas en odontología son Ti6Al4V, Ti6Al7Nb y Ti5Al2,5Fe.
- Ti5Al2,5Fe: Posee una elevada biocompatibilidad, pero actualmente presenta un comportamiento de flujo insatisfactorio durante el colado.
- Ti6Al4V: Es la aleación alfa-beta más frecuente y se ha acreditado en implantología por sus buenas propiedades mecánicas. Sin embargo, se discute su posible citotoxicidad debido al vanadio puro, por lo que se está sustituyendo por niobio, que ofrece una mejor biocompatibilidad.
- Ti6Al7Nb: Sus propiedades mecánicas son equivalentes a las de la aleación Ti6Al4V y superiores a las del titanio puro. Además, su baja citotoxicidad y elevada resistencia a la corrosión la convierten en una aleación muy prometedora. Actualmente, el Ti6Al7Nb se utiliza en un amplio abanico de aplicaciones, como en endoprótesis como material de osteosíntesis (Protasul™-100).
La aleación estandarizada (DIN ISO 5832-11) se recomienda en implantología, prótesis implantosoportada y para la confección de estructuras de prótesis ancladas mediante ganchos sometidas a cargas mecánicas elevadas.
Manipulación de las Aleaciones de Titanio
Empleando sistemas modernos de colado de titanio mediante arco eléctrico y materiales de revestimiento inertes a base de óxido de magnesio/dióxido de zirconio, es posible colar aleaciones de titanio como Ti6Al4V y Ti6Al7Nb para obtener elementos de restauración finos y detallados, tal como demuestra el ensayo de flujo según Meyer. Adicionalmente, se pueden emplear tecnologías CAD/CAM o electroerosión para la confección de medios de tratamiento.
Cerámica para Titanio y el Coeficiente de Expansión Térmica (CET)
Al recubrir estructuras de titanio con materiales cerámicos, es fundamental considerar el coeficiente de expansión térmica (CET) del titanio, que es bajo en comparación con las aleaciones de metales nobles y no nobles. El CET del titanio es de aproximadamente 9,6 x 10⁻⁶ K⁻¹, y en la aleación de titanio Ti6Al7Nb es de 10,1 x 10⁻⁶ K⁻¹. En contraste, las aleaciones con y sin metales nobles poseen un CET de 13,7 x 10⁻⁶ K⁻¹.
El CET de una cerámica de recubrimiento debe adaptarse al del metal de la estructura, o ser ligeramente menor, para generar una tensión de compresión sobre el recubrimiento cerámico.
Desafíos en el Recubrimiento Cerámico del Titanio
Otra particularidad del recubrimiento cerámico del titanio es la transformación de fase a 882,5 °C, acompañada de un incremento del volumen de hasta el 0,3%. Debido a la transformación de la estructura cristalina de la fase alfa hexagonal a la fase beta cúbica centrada en el espacio, la cocción libre de tensiones de materiales cerámicos convencionales es imposible. Estos materiales, con temperaturas de sinterización de 950 °C y un CET sensiblemente mayor, no están indicados para el recubrimiento cerámico del titanio, ya que provocarían desconchamientos de gran superficie de las capas cerámicas.
La capa alfa formada durante el colado también dificulta la consecución de una suficiente resistencia de la unión entre el metal y la cerámica. Por ello, fue necesario desarrollar materiales cerámicos adaptados al titanio, con una temperatura de sinterización rebajada en unos 150 °C y un CET reducido en un 30%. Solo las cerámicas con un CET < 8,5 x 10⁻⁶ K⁻¹ son adecuadas para el recubrimiento del titanio. Estos materiales también requieren propiedades reductoras para contrarrestar la elevada afinidad del titanio.
Durante el proceso de cocción se forman capas de óxido termodinámicamente estables, que provocan pérdidas de resistencia adhesiva en la unión entre el titanio y la cerámica. El incremento exponencial de la tasa de oxidación del titanio con el aumento de la temperatura es un factor determinante. En este proceso, la cerámica actúa como proveedor de oxígeno. Tras la cocción cerámica, estas capas experimentan una absorción adicional de oxígeno, lo que conduce al fallo de la unión entre el titanio y la cerámica. Se ha demostrado que estas capas de óxido presentan una retícula cristalina sensiblemente perturbada, con porosidades y tensiones internas, lo que resulta en una adhesión insuficiente y convierte esta zona en el punto más débil del sistema de unión titanio-cerámica.
Mejora de la Resistencia de la Unión Titanio-Cerámica
Para mejorar la resistencia del sistema titanio-cerámica, se han desarrollado sistemas de adhesivo especiales que disuelven o envuelven los óxidos presentes en la superficie del titanio, creando un sellado contra la oxidación gracias a sus propiedades vítreas.
Mecanismos de Unión entre Titanio y Cerámica
En las restauraciones metalocerámicas, las cargas fisiológicas son absorbidas principalmente por la estructura metálica, por lo que la resistencia de un medio de tratamiento metalocerámico depende de la calidad de la unión entre ambos materiales. Básicamente, se parte de la premisa de que los mecanismos adhesivos coinciden con los de la unión entre metal noble y cerámica. Se discuten tres mecanismos adhesivos:
- Unión mecánica mediante la rugosidad superficial de la estructura metálica.
- Adhesión mediante fuerzas dipolares y de van der Waals.
- Unión química mediante óxidos adhesivos.
Sin embargo, una capa de óxido adhesivo demasiado gruesa puede ser perjudicial. Existe consenso en que el tratamiento consecuente de la superficie, eliminando la capa alfa en piezas de trabajo coladas, incrementa la resistencia adhesiva. Las recomendaciones para llevar a cabo este tratamiento varían:
- Acondicionamiento superficial del titanio mediante chorreado con corindón precioso de tamaño de grano medio (125 μm o 250 μm).
- Uso de corindón de tamaño de grano medio 125 μm en combinación con Rocatec™ (3M Espe), un material de chorreado especial para la silicatización de la superficie metálica.
- Otra posibilidad es la preparación de la superficie mediante implantación de iones.
La influencia de las masas adhesivas también ha sido objeto de estudio. Se discute la mejora de la resistencia adhesiva mediante la reducción de la capa de óxido en la zona de unión y la función de compensación del adhesivo en relación con las distintas expansiones térmicas. La adición de bario a la masa adhesiva ha mostrado una adhesión mejorada entre titanio y cerámica, aunque otros estudios no han podido confirmar esta mejora.
Estudio de la Resistencia Adhesiva al Cizallamiento de Cerámicas para Titanio
El principal objetivo de este estudio es determinar la resistencia adhesiva al cizallamiento de cuatro cerámicas para titanio actuales sobre la aleación Ti6Al7Nb, así como analizar la tolerancia de los sistemas de unión titanio-cerámica ante variaciones en parámetros de manipulación importantes (tratamiento previo de la superficie de la aleación, aplicación de adhesivo, temperatura de cocción). Se utilizará titanio puro de grado 2 para la comparación.
La resistencia de la unión se determinará mediante ensayo de compresión y cizallamiento. Posteriormente, las piezas fracturadas se analizarán mediante exámenes macroscópicos y microscopio electrónico de barrido para identificar la zona responsable del fallo de la unión.
Material y Método
Elaboración de los Cuerpos de Ensayo
Como cuerpo básico para recubrir con cerámica, se utilizaron plaquitas de titanio producidas industrialmente (20 x 10 x 2 mm) de Girotan®L (Ti6Al7Nb) y Girotan®R (titanio de grado 2) de la empresa Amann Girrbach. Las propiedades del material se detallan en la Tabla 1.
Materiales Cerámicos para Titanio
Se emplearon los siguientes materiales cerámicos para titanio:
- Creation Ti® (Creation Willi Geller, Baar, Suiza)
- Triceram® (Esprident, Ispringen, Alemania)
- Vita®-Titankeramik (Vita Zahnfabrik, Bad Säckingen, Alemania)
- Tizian® (Schütz Dental, Rosbach, Alemania)
Se utilizaron los siguientes componentes de Creation Ti® y Triceram®:
- Líquido adhesivo
- Polvo adhesivo
- Líquido de opáquer
- Polvo de opáquer (color A3)
Los CETs son:
- Creation Ti®: 8,6 x 10⁻⁶ K⁻¹ para adhesivo y opáquer.
- Triceram®: 9,2 x 10⁻⁶ K⁻¹ para adhesivo y 8,8 x 10⁻⁶ K⁻¹ para opáquer.
El kit Vita® incluye un adhesivo en pasta, así como opáquer en polvo y líquido, con un CET de 9,1 - 9,4 x 10⁻⁶ K⁻¹ para adhesivo y opáquer. El sistema Tizian® sin adhesivo consta de líquido y polvo de opáquer, con un CET de 8,5 x 10⁻⁶ K⁻¹.
Acondicionamiento de las Superficies Metálicas
Se preparó el microrrelieve de las plaquitas de titanio y aleación de titanio pulidas mediante el Rocatector (3M Espe), chorreando abrasivamente con corindón precioso (Bego, Bremen, Alemania) de 110 μm a 2,5 bar. En algunos cuerpos de ensayo se realizó un acondicionamiento con Rocatec™ Plus (corindón modificado con ácido silícico, 110 μm). Mediante una presión de chorreado de 2,5 bar, se implantó SiO₂ hasta una profundidad de 15 μm, logrando la silicatización del cuerpo metálico. Tras un periodo de pasivización (5 min), todas las plaquitas de titanio se limpiaron con chorro de vapor.
Aplicación de las Masas Cerámicas
Se siguieron las recomendaciones de los fabricantes. Para Creation Ti® y Triceram®, se aplicó el sistema clásico de polvo y líquido de adhesivo y opáquer. Para Vita®, se utilizó el adhesivo en pasta listo para usar. Tizian®, sin adhesivo, utilizó opáquer en polvo y líquido. Los cuerpos de ensayo se sinterizaron en el horno de cerámica Gemini® 2 (Amann Girrbach) según las tablas de cocción.
Comprobación de la Resistencia de la Unión (Resistencia Adhesiva al Cizallamiento)
Para el ensayo de compresión y cizallamiento de 6 cuerpos de unión según la norma DIN EN ISO 10477, se modeló un cilindro de composite Tetric® (Ivoclar Vivadent) sobre la cerámica para recubrimiento de titanio, asegurando una unión fiable. Sobre este cilindro actuó el punzón de la máquina universal de ensayos Zwick 1435® (Zwick, Ulm, Alemania) a una velocidad de avance de 1 mm/min.
El ensayo de la resistencia de unión de Girotan®L con otras cerámicas para titanio se llevó a cabo tras un periodo de remojo en agua de 24 h (37 °C). Durante la comprobación de la resistencia de unión de Girotan®L/Creation Ti® con temperaturas de cocción modificadas, estas se incrementaron y redujeron en pasos de 10 °C para las cocciones de adhesivo y opáquer, seleccionando una temperatura máxima de 855 °C y una mínima de 795 °C. El resto de parámetros de cocción se mantuvieron constantes.
Durante la comprobación de la resistencia de unión de Girotan®L/Creation Ti® tras modificaciones de la superficie, se realizaron las siguientes variaciones en la superficie del Girotan®L: no chorreado sin adhesivo, no chorreado con adhesivo, chorreado con corindón (110 μm, 3 bar) sin adhesivo, y acondicionamiento de la superf...
Breve Historia de la Cerámica Dental
La cerámica es uno de los primeros materiales producidos artificialmente por el hombre, con una historia que se remonta a 3000 años. Su introducción en usos dentales data de finales del siglo XVIII. Los primeros dientes de porcelana presentaban defectos significativos, como la contracción durante la sinterización.
En 1808, G. Fonzi publicó el primer método para producir dientes unitarios con un sistema de retención mediante pernos metálicos. En 1958, Vines y colaboradores desarrollaron un sistema de procesado al vacío que redujo la inclusión de burbujas de aire y aumentó la translucidez de la cerámica. La aportación más destacada llegó en 1965, cuando McLean y Hugues introdujeron una técnica para reforzar la porcelana dental con alúmina (óxido de aluminio), que sigue en uso.
Un hito importante se produjo en 1983 con el sistema Cerestore, un sistema cerámico de alta resistencia y libre de contracción, que amplió las indicaciones para coronas de alta resistencia en sectores posteriores. Tras otros intentos, en 1993 se dio un paso significativo con el concepto Procera/AllCeram, que, junto con sistemas como In Ceram, permitió ampliar las indicaciones para puentes de hasta tres unidades de porcelana libre de metal.
El desarrollo de sistemas cerámicos fue vertiginoso. Al Cerestore le siguió el Hi-Ceram, que simplificó el proceso de fabricación, haciendo el resultado final más predecible. Sin embargo, su resistencia para grupos posteriores no era satisfactoria y fue sustituido por el sistema In-Ceram en 1996.
Casos Prácticos de Aplicación de Cerámica Inyectada
Se presenta un modelo de arcada superior con diferentes preparaciones para ilustrar la aplicación de soluciones protésicas de cerámica inyectada.
Materiales Utilizados
Las cerámicas inyectadas empleadas son de la casa "Ivoclar Vivadent":
1. E.Max Press
Es una pastilla de cerámica de vidrio de disilicato de litio para la técnica de inyección. Produce pastillas homogéneas con diferentes grados de translucidez y una resistencia de 400 MPa. Destaca por su alta resistencia y extraordinaria precisión de ajuste. Requiere hornos de inyección específicos de "Ivoclar Vivadent". Las restauraciones, de color natural y alta estética, pueden maquillarse o estratificarse con la cerámica de recubrimiento "IPS E.Max Ceram".
2. E.Max ZirPress
Es una pastilla de cerámica de vidrio de fluorapatita para la técnica de inyección sobre óxido de zirconio. Los cristales de fluorapatita controlan la interacción de translucidez, opalescencia y luminosidad, logrando un blindaje estético de estructuras poco translúcidas de óxido de zirconio. Combina las ventajas de la técnica de inyección (precisión de ajuste) y del proceso CAD/CAM (fresado del óxido de zirconio). Se puede inyectar sobre cofias de "IPS E.Max ZirCAD" o estructuras de puentes. Las estructuras muestran hombros de cerámica con precisa resistencia térmica, permitiendo caracterización o recubrimiento con "IPS E.Max Ceram".
- Indicaciones: Cofias individuales, estructuras de puentes, estructuras de puentes retenidas con Inlay, superestructuras de implantes, carillas, pilares de implantes, realizadas de óxido de zirconio sinterizado y HIP (CET de 10.5-11.0 x 10⁻⁶ K⁻¹ (100-500°C)).
- Contraindicaciones: Inyección sobre estructuras de óxido de zirconio fuera de los márgenes especificados, estructuras no sinterizadas, preparaciones subgingivales muy profundas, pacientes con dentición residual muy reducida y pacientes con bruxismo.
El sistema permite el uso de colores A-D y Bleach BL. Las pastillas están disponibles en 3 niveles de translucidez. También existe "IPS E.Max ZirPress Gingiva" para áreas gingivales en superestructuras de implantes.
3. In Line Pom
Pastilla de inyección compuesta por cerámica de leucita, optimizada con cerámicas de vidrio translúcidas y opalescentes para satisfacer exigentes demandas estéticas. El color se completa con pigmentos cromáticos. El material base, procesado bajo vacío, da lugar a pastillas monolíticas homogéneas y libres de poros. Los materiales "Touch Up" son cerámicas de vidrio con leucita, pigmentadas según el concepto de color de pastilla.
- Indicaciones: Cerámica de inyección de restauraciones completamente anatómicas sobre estructuras metálicas para la zona posterior, tras aplicación de opáquer. Rango de CET de la aleación: 13.8-14.5 x 10⁻⁶ K⁻¹ (25-500 °C) / < 10% plata.
- Contraindicaciones: Inyección sobre estructuras de metal fuera del rango de CET y composición, aleaciones con más del 10% de plata, preparaciones subgingivales muy profundas, pacientes con dentición residual muy reducida y bruxismo.
- Importante: En combinación con aleaciones con CET por debajo de 13.8 o por encima de 14.5, no se deben aplicar hombros cerámicos. Para el diseño de hombros cerámicos o si no existen zonas soportadas por metal, las condiciones de enfriamiento y tensión son críticas. Si se aplican hombros de cerámica, se deben utilizar aleaciones en el rango de CET de 14-14.3 (x 10⁻⁶ K⁻¹ a 25-500°C). Para restauraciones individuales con hombros de cerámica, se debe usar exclusivamente el cilindro de revestimiento de 200 g/300 para asegurar óptimos valores de expansión, enfriamiento y tensión.
Método de Trabajo
Es necesario realizar previamente el modelado en cera de todas las piezas a inyectar, respetando longitud, diámetro e inclinación para asegurar una inyección exitosa.
Incisivo Central. Técnica de Zirconio (“Zir-Press”)
Peculiaridades:
- Al sacar del cilindro y arenarlo, tener en cuenta el tamaño del cilindro de inyección para salvar el pistón.
- Cortar el bebedero.
- Realizar una cocción de dentina con diferentes colores y masa de mamelones, permitiendo rectificaciones antes de colocar los efectos incisales.
Conclusiones: La adhesión de la cerámica inyectada por compresión al zirconio no se produce por unión química. Otra ventaja es la obtención del cuello sin necesidad de cocciones de cerámica de hombros. Al ser estratificadas, son estéticamente muy aceptables debido a su naturalidad.
Incisivo Lateral. Técnica Total Cerámica (Técnica “Cut Back”)
Peculiaridades:
- Repasado solo en el tercio superior (borde incisal) para aplicar la masa de incisal.
- Al maquillar, oscurecer la cara distal para dar la sensación de continuidad del color, intensificando el tono en forma de triángulo.
Conclusiones: La estética es la principal cualidad de la cerámica total, permitiendo utilizar el color natural del muñón o disimularlo con cerámicas opacas. A pesar de ser menos resistente que otras cerámicas, tiene gran aceptación en grupos anteriores.
Canino Superior. Técnica “Carilla Total Cerámica Estratificada”
Peculiaridades:
- El grupo posterior, de referencia a una edad mayor, requiere un cambio de envejecimiento de mesial a distal al maquillar, remarcando el triángulo de transición en la zona de contacto.
Conclusiones: Estas carillas son más resistentes que las de cerámica de adición y permiten un acabado deseado en el modelado.
Canino Superior. Técnica “Inyección sobre Metal Estratificada”
Peculiaridades:
- Confección de la cofia metálica: tener en cuenta la compensación y el espesor mínimo de la cofia.
Conclusiones: Las coronas de metal-cerámica combinan la flexibilidad del metal con la estética deseada de la cerámica inyectada.
Premolares. Técnica “Inyección para Maquillar sobre Estructura Metálica”
Conclusiones: El metal-cerámica en puentes aporta flexibilidad ante grandes fuerzas biomecánicas, lo que reduce el riesgo de fractura y permite puentes de más de dos piezas, manteniendo la estética deseada.
Premolares. Técnica “Inyección sin Metal y Maquillado”
Peculiaridades:
- El modelado en cera debe ser el resultado final deseado.
Conclusiones: Los puentes total cerámica son aceptados por su buena adaptación cervical y su fácil y rápida confección.
Molar. “Técnica sin Metal, Incrustación Maquillada”
Conclusiones: El beneficio de esta estructura de incrustación de cerámica inyectada es su naturalidad e integración en la arcada, así como la adaptación precisa a la pieza. Son muy aceptadas por dar sensación de naturalidad y mantener puntos de oclusión funcionales, a diferencia de los empastes.
Molar. Técnica “Inyección en Metal Maquillada con Cuello de Cerámica”
Conclusiones: Esta corona metal-cerámica se caracteriza por su cuello totalmente cerámico, logrado gracias a la cualidad de la cerámica inyectada.
Conclusión General
El presente trabajo ha tenido como objetivo principal presentar los nuevos materiales cerámicos disponibles para la confección de piezas con cerámica inyectada, describiendo sus características y propiedades más relevantes. Se ha demostrado que, a pesar de la amplia variedad de usos de la cerámica inyectada, es posible obtener resultados diversos y de alta calidad.