運用線收縮率評價新型鈷鉻烤瓷合金的鑄造性能

呂珊珊，戰德松

(中國醫科大學附屬口腔醫院材料教研室，遼寧 沈陽 110002)

作為牙科金屬材料的代表性材料鈷鉻合金在口腔修復領域應用歷史久遠，被廣泛的用來制作金屬冠橋、支架等修復體［1］。早在1929年應用于牙科醫療方面，最初用于局部義齒修復。鈷鉻合金在全髖關節置換術中也有研究和應用［2］。目前國內使用的鈷鉻烤瓷合金多為進口，如能研制一種鈷鉻烤瓷合金在物理性能及其他性能與歐美等國造鈷鉻烤瓷合金相近，則會降低材料的價格，使其在臨床中的應用更具有競爭力。

金屬從凝固期間某一溫度開始冷卻到室溫發生體積收縮，一般都用鑄件的尺寸的變化來衡量這種固態收縮。產生鑄造收縮的原因是多方面的。解決鑄造收縮問題，提高修復體的適合性是修復臨床面臨的重要問題，也是提高修復水平的一個方面。所以了解鑄造合金的收縮是分析有關鑄造缺陷及控制鑄件尺寸精度的基本依據之一，也是用來改善鑄件的某些方面的質量手段之一。本實驗比較了新型鈷鉻烤瓷合金與臨床應用的鈷鉻烤瓷合金的線收縮率，并對其鑄造性能進行了研究。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實驗樣品的分組 實驗組:新型鈷鉻烤瓷合金 (千祿達醫療器械有限公司);對照組:臨床應用鈷鉻烤瓷合金組(Stellite，上海)。鑄件按合金不同分為2組每組10個標本。金屬材料成分見表1。

表1 金屬材料成分

1.2 儀器與設備 X-20 Chrome磷酸鹽包埋材料(WHIP-MIX Corp，USA)，JN-AⅡ型高頻離心鑄造機 (天津)，G568CX型真空攪拌機 (WHIP-MIX Corp，USA)，噴砂機 (Sablomat，Italy)，SBJX-0-9箱形電阻爐 (沈陽)，E-PK15B數顯游標卡尺(精度為0.01 mm，Nakamura Mfg.Co，Japan)。

1.3 實驗方法

1.3.1 模具的制作 使用環氧樹脂車制模具。要求直徑4 mm、長30 mm的模型表面光滑。將蠟烤軟后壓入模具，將上下結構套疊在一起加壓可獲得直徑、高度和厚度一致的蠟型。

1.3.2 蠟型制作 用石蠟油涂于模具內做分離劑。將蠟片烤軟后置于模具內，將模具上下兩部分加壓至完全對合。降至室溫后將模具上下兩部分分離，用刀片修整蠟型邊緣，取出蠟型，制作蠟型20個，于底面邊緣處以45°角安插直徑為2 mm、長10 mm的蠟線作為分鑄道，分鑄道與直徑5 mm的主鑄道相連。

1.3.3 蠟型包埋 蠟型制作完成1 h內進行包埋。每個鑄圈包埋5個蠟型。安插于鑄座之上在蠟型長度30 mm處做標記。將X-20Chrome磷酸鹽包埋材料按照廠商推薦比例在真空調拌碗內手工調拌10 s，再真空攪拌30 s，使調拌后的包埋材料緩慢注入鑄圈內震蕩以排除氣泡，置于操作臺上干燥，室溫放置24 h后進行鑄造。

1.3.4 焙燒、鑄造 將鑄圈于室溫下放入電阻爐內，先以6℃/min的速度升溫至300℃維持30 min后，以9℃/min升溫至900℃維持15 min后即可鑄造，使用高頻離心鑄造機，將鑄造鈷鉻合金澆注入鑄型腔內進行鑄造。

1.3.5 鑄件的分離 待鑄圈自然冷卻后取出鑄件去除多余包埋材料，使用噴砂機在0.30 MPa壓力下對有鑄件進行噴砂清除鑄件表面剩余包埋材料及氧化層，用金剛砂片切去鑄道，將鑄件編號后放置于標本盒內待測。

1.3.6 數據測量 采用游標卡尺測量合金鑄件的長度，計算線收縮率。

式中:L0為澆注前試樣有效長度 (直徑);L為澆注后試樣有效長度 (直徑);εL為收縮率。

1.4 統計學分析 用SPSS 11.0統計軟件，采用t檢驗比較兩組之間差異性。

2 結果

采用游標卡尺分別測量新型鈷鉻烤瓷合金與現臨床應用鈷鉻烤瓷合金鑄造前后長度按照公式進行計算并進行t檢驗。雖然鑄造前后兩組合金表現出了不同程度的收縮，但是t檢驗結果顯示P＞0.05，組間比較差異無顯著性。說明線收縮率在兩組之間沒有明顯差別 (表2)。

表2 線收縮率結果

3 討論

金屬烤瓷合金根據貴金屬含量 (如含金量)的多少可分為:高金合金、低金合金、非貴金屬合金。非貴金屬合金包括鈷鉻合金、鎳鉻合金等合金。由于鎳鉻合金中鎳離子是一種致敏源，不僅表現在口腔，甚至手、腳或者整個身體［3］。也有學者研究發現［4］，鎳鉻合金腐蝕釋放的金屬離子鎳、鈹可引起牙齦成纖維細胞形態、生存能力及增殖能力的改變，因此在臨床中已經很少應用。

相對于鎳鉻合金而言，鈷鉻合金鈷含量較鎳基合金高、金-瓷結合良好，腐蝕性較鎳基合金好，其抗腐蝕能力主要是依靠其表面形成鉻氧化膜［5］。鈷鉻合金的優點包括低密度和高彈性模量、高硬度和強度。硬度對于天然牙和修復材料的過度磨損特別相關［6］。有研究表明，鈷鉻合金鑄造卡環在5年的臨床使用中可提供足夠的固位力［7］。國內外學者都對鈷鉻合金進行了研究，De Vasconcellos等［8］研究發現，提高不透明層瓷的燒結溫度，能夠提高瓷層與鈷鉻合金之間的抗彎曲強度。李艷琳等［9］比較不含鎳、鈹元素的Bego鈷鉻合金及VB鎳鉻合金鑄造3單位橋在模擬咬合過程中的裂紋萌生及擴展情況，發現Bego鈷鉻合金在抗疲勞性能上優于VB鎳鉻合金。

對于牙科鑄造合金的收縮率的評價方法尚無統一標準。而鑄造合金的收縮將造成鑄件內部縮孔、鑄件產生應力裂縫以及鑄件尺寸的改變，這些都將影響鑄件的質量。對于牙科鑄造合金鑄件尺寸的變化將影響義齒的精度，基底合金由于鑄造收縮較大影響修復體的適合性造成修復體在口腔內就位困難需花費大量臨床時間進行調改而且會影響修復效果。產生鑄造收縮的原因是多方面的，國外有很多學者對線收縮進行了研究。Hollenback［10］研究了金及其合金的線收縮。Pucka等［11］研究了 Mikromed 1-04，Wironit，Remanium and Magnum等齒科合金的線收縮。張玉梅等［12］通過研究Ti-Zr合金鑄造收縮率，認為為保證臨床義齒鑄造精度，鑄造Ti-Zr合金時鑄模溫度應在300℃以上。本實驗參考了Carter等［13］的方法和GB/T 14235.4-93《熔模鑄造模料線收縮率測定方法》，對新型鈷鉻烤瓷合金與臨床用的鈷鉻烤瓷合金的線收縮做了比較。對兩者的鑄造性能進行了評價。雖然實驗結果顯示出了不同程度的收縮率。但實驗結果顯示兩者之間P＞0.05。說明新型鈷鉻烤瓷合金與臨床應用的鈷鉻烤瓷合金在線收縮上沒有差別。

在口腔應用的合金中，貴金屬由于較好的生物相容性在臨床中可以很好的應用，但是價格高，物理性能的不足也限定了一定范圍的使用。非貴金屬的某些性質存在一定缺陷，如生物相容性差等，但也存在一定的優點，如硬度高、抗沖擊等較好性能。每種合金都有各自的特點，制造一種在物理機械性能、化學性能、生物學性能都符合臨床要求的合金，目前來看還是有一定難度的。本實驗對新型鈷鉻烤瓷合金的鑄造收縮性進行了初步的評價，其他機械物理、化學以及生物性能有待進一步的研究。

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