義齒用Ｔｉ－６Ａｌ－７Ｎｂ合金鑄件撓度的研究

[摘要]目的：通過對相同長度、寬度、不同厚度的Ti－6Al－7Nb合金鑄件撓度的測量，觀察鑄件厚度與撓度的關系，為確定Ti－6Al－7Nb合金鑄造義齒基托的適合厚度提供實驗依據。方法：參照ISO關于義齒基托材料撓度的標準，測量不同厚度Ti－6Al－7Nb合金鑄件的撓度，并與純鈦、Ti－6Al－4v合金及co－cr合金對比。結果：Ti－6Al－7Nb合金、純鈦及Ti－6Al－4v合金鑄件的厚度在0.65mm時可以達到義齒基托撓度的標準；co－cr合金在0.57mm時可達到標準要求。結論：在臨床制作Ti－6Al－7Nb合金義齒基托時，厚度應不低于0.65mm。

[關鍵詞]Ti－6Al－7Nb合金；撓度；厚度；義齒基托

[中圖分類號]R783 [文獻標識碼]A [文章編號]1008－6455(2007)06－0817－03

在口腔修復或正畸矯治中，希望對義齒施加中度或較輕度作用力能使修復材料產生極大的形變，而且在反復回折后，材料不致產生斷裂。撓度(Transverse Deflection)是物體承受其比例極限(材料在不偏離應力與應變正比關系條件下所能承受的最大應力)內的應力所發生的彎曲應變。它反映了義齒基托材料在口腔內經長期反復咀嚼受力后產生的疲勞性彎曲形變。撓度越好的材料抗斷裂能力就越強。國際標準化組織(InternationalOrgani zation for Standardization，ISO)及我國標準已將撓度列為義齒基托材料的性能評價項目之一。

Ti－6Al－7Nh合金是符合ISO標準化的醫用鈦合金，研究表明該合金具有優良的生物相容性、耐腐蝕性和機械性能。本實驗參照ISO關于義齒基托撓度的標準，對鑄造后Ti-6A-7Nb合金的撓度進行研究，并與臨床使用的純鈦、Ti-6Al－4V合金及Co－Cr合金材料對比，為臨床確定Ti－6Al－7Nb合金義齒基托厚度提供實驗依據。

1 材料和方法

1．1 材料與設備：純鈦、Ti－6Al－4V合金、Ti－6Al－7Nb合金(寶雞有色金屬加工廠提供)；Co－Cr合金(上海齒科材料廠生產)；LZ－Ⅱ型牙科專用鑄鈦機(第四軍醫大學口腔醫學院與洛陽澗西四方機械廠聯合制造)；高頻離心鑄造機(天津精工醫療設備公司生產)；撓度測試儀(北京醫科大學口腔材料質量檢測中心提供)；Multi－vest磷酸鹽系包埋料(Dentsply，美國)；鋯英石內包埋料(本課題組自行研發)。

1．2 方法

1．2．1 蠟型的制作：參照ISO標準，制作長65mm，寬10mm，厚度分別為d1(0.35mm)、d2(0.5mm)、d3(0.75mm)的長條狀蠟片，每個鑄型座分別安插3個厚度的蠟片各1片。

1．2．2 包埋鑄造：純鈦、Ti－6Al－4V合金及Ti－6Al－7Nb合金包埋鑄造采用內層為鋯英石、外層為磷酸鹽的無圈包埋，鑄模溫度為300℃，Lz－Ⅱ型牙科鑄鈦機鑄造。Co－Cr合金的包埋鑄造采用磷酸鹽包埋料一次、無圈包埋，室溫冷卻后高頻離心鑄造機鑄造。

1．2．3 鑄件檢測：每種測試材料選擇完整無缺陷的鑄件各6個。將試件從鑄道上切取，噴砂、打磨、拋光，使表面及邊緣平整光滑。最后對試件進行厚度測量，每片的厚度為任意3點測量的平均值，測量結果見表1。

1．2．4 撓度測試：將試件放在撓度儀的上、下壓頭之間，放下壓頭，記錄15N載荷時的偏轉度(A)；在以后的每分鐘后30s內增加載荷5－35N時記下偏轉度數(B)；再加載至50N時記下偏轉度數(C)。按下式計算撓度：35N時的撓度＝B－A，50N時的撓度=C－A。

1．2．5 評價方法：參照ISO標準(見表2)，鑄件的撓度值符合表中標準的，其厚度屬于臨床可接受的厚度。

2 結果

Ti－6Al－7Nb合金、純鈦、Ti－6Al－4V合金及Co－Cr合金3種厚度的撓度值見表3。從表3可知：d2厚度的4種材料都能夠滿足標準要求；d1厚度的3種鈦鑄件均有試件在測試過程中折斷或嚴重變形，無法繼續讀數，但Co－Cr合金沒有出現此情況；d3厚度的4種材料鑄件的撓度值都低于標準值。

3 討論

3．1 鈦及鈦合金義齒基托材料的性能特點：目前臨床常用的義齒基托材料主要有樹脂(塑料)和金屬兩種。樹脂基托材料主要是加熱固化型的；金屬基托材料主要有Co－Cr合金、純鈦和Ti-6Al-4V合金等。金屬基托的機械強度明顯優于樹脂基托，所制義齒的厚度可以做的更薄，患者戴用更為舒適，且長期使用不易發生變形及斷裂。Co－Cr合金基托雖然強度好，但其含有的Co、Cr等元素可能會引起過敏反應，因而限制了其在臨床的應用。純鈦、Ti－6Al－4V合金與Co－Cr合金相比具有明顯的優勢。主要表現在以下幾點：良好的生物相容性和耐腐蝕性；密度低，質量輕，利于義齒固位和口腔硬軟組織的保健，戴用舒適；對X線呈半阻射，有利于檢查基托內部缺陷；無磁性，戴有鈦修復體的患者接受CT掃描或核磁共振檢查時不會干擾圖像，不會影響疾病的診斷；膨脹系數低，鑄造后的基托適合性好。但也存在一些不足：Ti－6Al－4V合金中所含的V元素具有一定的毒性；純鈦強度略顯不足，制作義齒支架的細小部件如卡環、支托等容易折斷。因此，為開展鈦義齒而研究新的鈦合金材料是必然趨勢。

3．2 Ti－6Al－7Nb合金鑄造后撓度的評價：Ti－6Al－7Nb合金是ISO標準化的醫用鈦合金，該合金用生物安全性好的Nb元素代替有毒性作用的V元素，解決了Ti－6Al－4V合金的不足。其強度是純鈦的兩倍，能提高義齒卡環、支托的強度。但目前尚無關于Ti－6Al－7Nb合金制作義齒基托時的適合厚度的報道。孫風等對50例牙列缺損和缺失患者戴用的63件純鈦支架可摘義齒進行了1年的隨訪，發現純鈦卡環除了同常規的鑄造卡環一樣要求外型良好、厚薄粗細協調一致外，對其厚度也有一定的要求，既不能過薄(卡環容易折斷)，又不能過厚(雖然卡環的強度增加，但其彈性下降達不到應有的固位力)。建議前牙、前磨牙卡環的厚度應達到0.8mm，磨牙卡環厚度應達到1.0mm。Yamauchi等用純鈦制作義齒基托，提出基托厚度在0.7mm時才能達到臨床要求。奧野對純鈦、Ti－6Al－4V合金、金合金與Co－Cr合金進行了比較，結果認為在寬度相同，加載相同的彎曲應力時，純鈦及Ti－6Al－4V合金需比Co－Cr合金增加26％的厚度，才能達到與Co－Cr合金相同的彎曲變形量。而Mahmoud等對Ti－6Al－7Nb合金、Co－Cr合金及金合金的卡環疲勞強度的測試，結果表明在厚度及長度相同的情況下Ti－6Al－7Nb合金更不易發生永久變形。Aridome等對Kennedy Ⅱ類的Ti－6Al－7Nb合金支架連接體部位進行各種形式的加強(增加寬度、增加厚度、加厚部位在中間、加厚部位在前或后和普通設計)，然后與Co－Cr合金比較，結果認為加強設計后的Ti－6Al－7Nb合金支架可以達到同Co－Cr合金相近的強度。Iijima等用減重率的方法對純鈦及Ti－6Al－7Nb合金的耐磨性能進行研究，結果表明Ti－6Al－7Nb合金的減重率明顯低于純鈦，提示Ti－6Al－7Nb合金的耐磨性優于純鈦。

由于撓度能夠反映出基托在何種厚度時能夠滿足臨床義齒機械性能的需要，本實驗還通過對鑄造后Ti－6Al－7Nb合金撓度的研究對該合金在制作義齒基托時的適合厚度進行了探討。實驗結果顯示，Ti－6Al－7Nb合金與純鈦及Ti－6Al－4V合金在厚度為0.65mm時都能達到義齒基托撓度的標準(加載載荷為15～35N，變形量1.0～2.5mm；加載載荷為15～50N，變形量2.0～5.0mm)。這并不表明3種材料的強度相同，而是由于3種材料的彈性模量比較接近的緣故，但Ti－6Al－7Nb合金的疲勞強度、耐磨性能要優于純鈦，具有強度方面的優勢。Co－Cr合金在0.57mm時就能夠達到標準要求，且在厚度為0.42mm、加載載荷為35N時的撓度值同樣符合標準，加載載荷至50N時的撓度值(5.14mm)稍大于標準值(5.0mm)。由于本實驗的試件厚度未做過細的選擇，但由以上結果可推論Co－Cr合金的厚度在0.45～0.5mm時即可達到標準。因此本實驗結果與奧野所提出的結論基本一致。Ti－6Al－7Nb合金制作基托的厚度值(0.65mm)雖高于Co－Cr合金(0.57mm)，但該合金具有生物相容性、彈性模量、耐腐蝕性能等方面的優勢，有望成為臨床新的義齒基托材料。建議在臨床應用Ti－6Al－7Nb合金制作義齒基托時，厚度應選擇在0.65mm以上。