三種全瓷材料在口腔修復(fù)學中的應(yīng)用研究

侯玉澤

(佳木斯大學附屬口腔醫(yī)院,黑龍江佳木斯 154002)

氧化鋯陶瓷是一種新的性能改進了全瓷口腔修復(fù)材料,用其制作的修復(fù)體有與牙釉質(zhì)接近的透明度和折射率,具有良好的生物相容性、耐腐蝕性和耐磨性。全瓷因兼有金屬全冠的硬度和烤瓷全冠的美觀,其顏色、外觀、質(zhì)感逼真,色澤穩(wěn)定,耐磨性強及全瓷材料顯微硬度接近牙牙釉質(zhì)等特點,目前正廣泛用于牙體缺損、牙列缺損的修復(fù)。但是在臨床上遇到一些問題,崩瓷甚至冠碎裂。是陶瓷工藝制作過程中硬度改變導(dǎo)致修復(fù)體斷裂還是不同Weibull模量的抗彎強度不同造成斷裂?本文采用不同表面處理方式及熱處理通過四點彎曲試驗測定了系統(tǒng)組份的抗彎強度和斷裂數(shù)據(jù),并將氧化鋯陶瓷與氧化鋁陶瓷、鑄造玻璃陶瓷的抗彎強度進行比較。為臨床工作中全瓷冠的設(shè)計和牙體預(yù)備提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與方法

實驗1

測試材料氧化鋯陶瓷、氧化鋁陶瓷、鑄造玻璃陶瓷分為3組,每組制成20個樣本。A、B、C組樣本。按要求上底瓷及燒結(jié):取適量瓷粉用專用液體調(diào)和,以振動法使瓷粉顆粒相互緊密排列,吸去多余水分,放入烤瓷盤中,在爐口等候 3～5min干燥,放入600℃爐內(nèi)升溫至960℃,抽真空10.1kPa,然后立刻取出,在室溫下冷卻。遮色瓷2層涂布完成后,在爐口干燥熱4min,在水分充分蒸發(fā)后,720～740mmHg的真空條件下燒結(jié)。涂牙體部瓷成型,去除多余瓷粉,輕輕的吸掉多余水分,在燒結(jié)爐前干燥等候5～7min,然后在600～940℃,真空環(huán)境下以每分鐘升50℃的速度升溫條件下燒結(jié)。抽真空達76cmHG,然后逐漸冷卻。最后再均勻地涂布一薄層釉瓷漿,干燥后再放在烘烤盤上送入680℃烤瓷爐內(nèi),再空氣中升溫至900℃,維持5min,然后緩慢冷卻至室溫。樣本使壓刀與冠長軸成30度加力,壓刀以每秒增加1kg的速度加力至瓷折裂,記錄壓力的大小及瓷折裂的情況。所有樣本用萬能測試機四點彎曲試驗測試和計算其抗彎強度。測試載荷速率為0.508mm/min(0.02mm/min)。試件變形及瓷分離以應(yīng)力—應(yīng)變曲線記錄。金屬表面最大應(yīng)力視為破壞全瓷強度的應(yīng)力。以結(jié)合強度比(最大表面應(yīng)力與彈性模量之比)計算結(jié)果,從而減小不同彈性模量斷折裂強度的影響。

計算公式σ=3pl/4wh2

σ為抗彎強度,p為載荷,h為試件高度,w為試件寬度,l為外跨度

實驗2

氧化鋯試件30個,分未打磨組、打磨組、打磨組熱處理三組,每組試件10個樣本。未打磨組不做任何處理,打磨組做酸蝕、噴砂處理、熱處理組經(jīng)酸蝕噴砂后經(jīng)1000℃退火15min樣本使壓刀與冠長軸成30度加力,壓刀以每秒增加1kg的速度加力至瓷折裂,記錄壓力的大小及瓷折裂的情況。

1.2 統(tǒng)計學處理

所有資料采用SPSS10.0統(tǒng)計軟件處理,數(shù)據(jù)以均數(shù)標準差表示,各組間比較用t檢驗。以 P＜0.01為差異有顯著性。

2 結(jié)果

實驗1結(jié)果證明受力角度為30度抗折強度無差異性。最初燒結(jié)的鑄造玻璃陶瓷基質(zhì)相對弱,氧化鋯瓷核抗彎強度幾乎為鑄造玻璃瓷核的2倍。氧化鋯陶瓷抗彎強度及Weibull模量高于其他兩組有顯著性意義。二氧化鋯陶瓷,與氧化鋁陶瓷、鑄造玻璃陶瓷之間抗彎強度有顯著性差異(P＜0.01)。

實驗2結(jié)果證明未打磨組、打磨組、熱處理打磨組有顯著性差異(P＜0.01)氧化鋯由于磨去表層缺陷層經(jīng)機械處理后采用熱處理使表面相變逆轉(zhuǎn),而大大增加了強度。氧化鋯陶瓷作為修復(fù)材料除了具有上述突出的優(yōu)點外,還有如低導(dǎo)熱率和良好的成型性等。由于陶瓷材料的脆性,除氧化鋯外的玻璃陶瓷和氧化鋁陶瓷均不能夠完全滿足臨床要求。

表1 三種陶瓷材料抗彎強度及Weibull模量(± s,n=20)

表1 三種陶瓷材料抗彎強度及Weibull模量(± s,n=20)

(P＜0.01)

鑄造陶瓷_______二氧化鋯陶瓷 氧化鋁陶瓷Weibull模量(GPa) 5.3 9.8* 7.0抗彎強度(MPa)_______76.53±5.23___336.15±1.94*_________________________107.28±8.45

表2 不同熱處理方式斷裂數(shù)據(jù)(± s,n=10)

表2 不同熱處理方式斷裂數(shù)據(jù)(± s,n=10)

*(P＜0.01)

溫度(度)_熱處理時間(min)___K1c(MPam)未打磨組 0 0 4.5±0.12打磨組 0 0 6.4±0.13_熱處理組___________1000__________________________________________15_8.2±2.23*

4 討論

單純對陶瓷材料強度的測試不能正確評估材料的可靠性。Weibull應(yīng)力分布函數(shù)是一種被廣泛采用的用于分析材料和結(jié)構(gòu)的失敗概率的方法[1,2]。模量越高,該材料的材料的強度值越高。反之模量越低,材料斷裂概率增大。不同處理方法與測試方法的不同K1c斷裂數(shù)據(jù)也不同。二氧化鋯陶瓷,與氧化鋁陶瓷、鑄造玻璃陶瓷之間抗彎強度有顯著性差異(P＜0.01)由于陶瓷材料的脆性,除氧化鋯外的玻璃陶瓷和氧化鋁陶瓷均不能夠完全滿足臨床要求。氧化鋯陶瓷材料的高強度和韌性主要依靠其應(yīng)力誘導(dǎo)的相變增韌機制。全瓷基底冠制作工藝需要打磨、拋光、噴砂等操作。這些操作會對材料表面性狀產(chǎn)生影響。影響到表面裂紋的數(shù)量和狀態(tài):酸蝕采用5%～10%的氫氟酸,可有效的清理破損面中的有機污染物。可以提高粘結(jié)強度,但增加了混合破壞的比例。打磨使相變層厚度增加,拋光使相變深度略有減少。經(jīng)1000度退火15分鐘燒結(jié)熱處理可以使相變得到逆轉(zhuǎn)。熱處理組有顯著性差異(P＜0.01)未經(jīng)處理試件其韌性最低,打磨組試件韌性有所提高,經(jīng)打磨熱處理組明顯高于未處理組,有效地改善韌性。氧化鋯陶瓷由于磨去表層缺陷層經(jīng)機械處理后采用熱處理使表面相變逆轉(zhuǎn)而大大增加了強度。全瓷冠的底層應(yīng)該選用強度和斷裂韌性高的材料全瓷橋體及橋體的齦端則盡可能不燒結(jié)飾面瓷。三種陶瓷材料硬度高于牙釉質(zhì)硬度,不存在硬度不足問題[3,4]。全瓷冠牙體預(yù)備的要求包含了兩方面的內(nèi)容:一是口腔修復(fù)學的要求。二是材料學的要求:良好的生物相容性:氧化鋯陶瓷是生物惰性材料,不具有生物活性,不釋放有害雜質(zhì),不降解,不與組織和口腔分泌物反應(yīng),在口腔內(nèi)能穩(wěn)定存在。Covaci[5]等證明了高純度的氧化鋯陶瓷不引起細胞轉(zhuǎn)化。C.Piconi[6]等也認為氧化鋯陶瓷無誘變和致癌效應(yīng)。同時,齒科用氧化鋯陶瓷表面光滑,便于清潔,不利于菌斑附著。在口腔應(yīng)用氧化鋯增韌陶瓷方面也進行了大量的研究工作,如用氧化鋯增韌氧化鋁納米復(fù)合陶瓷,得到添加力學性能最佳,彎曲強度更強。還有一些學者對低溫液相燒結(jié)牙科納米氧化鋯增韌全瓷材料、氧化鋯增韌的納米復(fù)合滲透陶瓷及純氧化鋯玻璃滲透陶瓷作了一定的應(yīng)用研究工作。

氧化鋯陶瓷因其具有優(yōu)異的機械性能:高性能的氧化鋯陶瓷以其卓越的機械性能在齒科修復(fù)方面有著無可比擬的優(yōu)勢,尤其是氧化鎂(M gO)部分穩(wěn)定的氧化鋯陶瓷(Mg-PSZ),因為能發(fā)生相變增韌而使材料有極好的強韌性。氧化鋯瓷核抗彎強度幾乎為鑄造玻璃陶瓷的2倍,為傳統(tǒng)長石陶瓷的3倍多。納米滲透使陶瓷的熱膨脹系數(shù)不一致所致的壓應(yīng)力增加也能增強抗彎強度。因此,氧化鋯陶瓷各種優(yōu)異的性能大大增加了臨床的應(yīng)用。氧化鋯陶瓷同其它三種陶瓷相比較物理性能更優(yōu)越,抗彎強度及抗碎裂能力更強。不隨時間及使用而發(fā)生改變。為使修復(fù)體長久保留,盡量多保留牙體組織,增加抗力形與固位形也是非常必要的。

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