Evaluation of Fracture Toughness of Monolithic and Multilayered Zirconia for Prosthodontic Restorations: An In-Vitro Study

Abstract

The purpose of this in-vitro study was to compare the fracture toughness of monolithic zirconia and multilayered zirconia, two commonly used materials in prosthodontic restorations. Fracture toughness is a key mechanical property that determines a material’s resistance to crack propagation under stress, which is crucial for the longevity and performance of dental restorations. A total of 20 zirconia discs (10 monolithic and 10 multilayered) were fabricated using Computer-Aided Design and Computer-Aided Manufacturing (CAD/CAM) technology. The discs were subjected to loading and fracture toughness was measured using the indentation method with a Vickers micro-hardness tester. The fracture toughness values for monolithic zirconia (Group 1) were significantly higher than those for multilayered zirconia (Group 2), with mean values of 5.394 ± 0.378 MPa·m1/2and 4.358 ± 0.394 MPa·m1/2, respectively (p < 0.0001). These findings suggest that monolithic zirconia offers superior mechanical performance, making it a more suitable material for high-stress applications, while multilayered zirconia may be preferred for anterior restorations, where esthetics are prioritized. The study highlights the trade-off between mechanical strength and esthetic appeal in the selection of zirconia materials for dental restorations and provides valuable insights for optimizing material choice in clinical prosthodontics

ان الهدف من هذه الدراسة المخبرية المقارنة هو تقييم صلابة الكسر لكل من الزيركونيا الأحادية الطبقة والزيركونيا متعددة الطبقات، وهما مادتان مستخدمتان بشكل شائع في ترميمات الأسنان. تُعتبر صلابة الكسر خاصية ميكانيكية رئيسية تحدد مقاومة المادة لتكاثر الشقوق تحت الضغط، وهو ما يعتبر أمرًا ضروريًا لضمان طول عمر وكفاءة الترميمات السنية. تم تصنيع 20 قرصًا من الزيركونيا (10 أحادية الطبقة و10 متعددة الطبقات) باستخدام تقنية التصميم بمساعدة الكمبيوتر والتصنيع بمساعدة الكمبيوتر . الزيركونيا الأحادية الطبقة والزيركونيا متعددة الطبقات خضعت الأقراص لاختبار صلابة، وتم قياس صلابة الكسر باستخدام طريقة الإدخال مع جهاز اختبار الصلابة الميكروية (Vickers). أظهرت نتائج الدراسة أن قيم صلابة الكسر للزيركونيا الأحادية الطبقة (المجموعة 1) كانت أعلى بشكل ملحوظ من تلك الخاصة بالزيركونيا متعددة الطبقات (المجموعة 2)، حيث كانت القيم المتوسطة 5.394 ± 0.378 MPa•m^1/2و4.358 ± 0.394 MPa•m^1/2على التوالي (p < 0.0001). تشير هذه النتائج إلى أن الزيركونيا الأحادية الطبقة توفر أداءً ميكانيكيًا أفضل، مما يجعلها مادة أكثر ملاءمة للاستخدام في التطبيقات ذات الضغط العالي، بينما قد تكون الزيركونيا متعددة الطبقات مفضلة للترميمات الأمامية حيث تكون الجمالية هي الأولوية. تبرز الدراسة التوازن بين القوة الميكانيكية والجاذبية الجمالية في اختيار مواد الزيركونيا للترميمات السنية، وتقدم رؤى قيمة لتحسين اختيار المواد في مجال طب الأسنان التعويضي