三點彎曲法評價自制鈷鉻合金的金瓷結(jié)合性能

趙祥宇，戰(zhàn)德松

(1.中國醫(yī)科大學口腔修復學2007級研究生班，遼寧 沈陽 110002;2.中國醫(yī)科大學附屬口腔醫(yī)院材料教研室)

在我國，固定修復已日益被失牙患者所接受，金屬烤瓷冠仍是最主要的修復方法。非貴金屬由于其低廉的價格和優(yōu)良的機械性能仍然占據(jù)主要的市場。但在臨床的長期應用中，人們發(fā)現(xiàn)金屬烤瓷冠修復中存在許多問題，其中以鎳鉻合金為首。鎳離子的釋放會造成修復體周圍組織的不良反應，以炎癥、牙齦黑線、過敏反應最為常見。因此人們開始尋找可以替代鎳鉻合金的金屬材料，鈷鉻烤瓷合金的出現(xiàn)解決了這一問題。鈷鉻合金具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、生物相容性、耐腐蝕性，可大大減少牙齦黑線和過敏反應的發(fā)生。但目前臨床應用的優(yōu)質(zhì)鈷鉻烤瓷合金仍以進口為主，價格亦較高，因此能研制出具有自主知識產(chǎn)權、較高性價比的鈷鉻合金已成為我國口腔修復領域中需要解決的問題。某公司結(jié)合國內(nèi)實際情況，研制出一種鈷鉻烤瓷合金，本實驗應用三點彎曲法對其金瓷結(jié)合性能做初步評價，為臨床應用提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料 實驗組:自制鈷鉻烤瓷合金 (哈爾濱千祿達);對照組:Co-Cr合金 (德國BEGO)。二組主要成分見表1;BK Giulini磷酸鹽包埋材(德國)，VITA VMK 95瓷粉 (德國Vita公司生產(chǎn))。

表1 實驗組和對照組主要成分

1.2 設備 VITA VMK 95瓷 (德國Vita公司生產(chǎn));烤爐 (沈陽節(jié)能電爐廠);游標卡尺、JNAⅡB型熔鑄機 (天津);Easy blast筆式噴砂機(德國);Ivoclav烤瓷爐 (瑞士);Autograph AGI500KN萬能實驗機 (日本島津)等。

1.3 實驗方法

1.3.1 試件標準 參照ISO 9693標準［1］，金屬試件為25 mm×3 mm×0.5 mm，瓷層為8 mm×3 mm×1 mm，金屬厚度和瓷層厚度是為了模仿臨床情況而設計，兩個支點和一個加力點的直徑均為1 mm，兩支點間距為20 mm(圖1)。

圖1 三點彎曲測試試件示意圖試件尺寸:金屬層長 (IM)=25 mm，金屬層厚 (dM)=0.5 mm。瓷層長 (IP)=8 mm，瓷層厚 (dP)=1mm，金屬層和瓷層寬 (w)=3 mm，兩支點間距 (I)=20 mm

1.3.2 試件條件 測試試件要符合以下幾個要求［2－4］:(1)試件受力時金瓷界面所受的力為均勻的剪切力，無應力集中;(2)斷裂發(fā)生在界面;(3)測試結(jié)果不受殘余應力和材料彈性模量的影響;(4)試件易于制備，易于測試;(5)重復性好;(6)盡量模擬臨床情況。

1.3.3 試件制備 兩種金屬分為實驗組和對照組，制作試件規(guī)格為25 mm×3 mm×0.5 mm的實驗樣本12個，每組6個，常規(guī)打磨拋光、噴砂、清洗、除氣、預氧化。對每一試件中間部分用游標卡尺作長8 mm的標記，按照VITA MK 95瓷粉的要求，用技工筆再試條中8 mm×3 mm厚度約0.1 mm分兩次上遮色瓷，入爐燒結(jié)。然后采用8 mm×3 mm×1.0 mm的樹脂夾具在遮色瓷之上堆塑厚度為0.9 mm的牙本質(zhì)瓷，震動并吸取水分，入爐燒結(jié)。具體焙燒情況見表2。

表2 焙燒溫度和所需時間

1.3.4 試件測試 在電腦控制Autograph AGI500KN萬能實驗機用三點彎曲法測金瓷分離時的加載力。將金瓷試件兩端置于支持物上，跨度為20 mm，瓷面向下。用曲面半徑為1.0 mm的壓頭于與瓷相反的金屬面中點處進行加載，加載速度為1.0mm/min，環(huán)境溫度為20℃。觀察并記錄金瓷開裂時的加載值。

1.3.5 金瓷界面肉眼觀察 觀察金瓷分離后金屬表面瓷殘留情況;觀察金瓷分離后瓷表面有無灰黑色膜附著。

1.4 統(tǒng)計學分析 采用SPSS統(tǒng)計分析自制鈷鉻合金與德國BEGO鈷鉻合金的金瓷結(jié)合力有無統(tǒng)計學差異。

2 結(jié)果

2.1 試驗結(jié)果 三點彎曲試驗結(jié)果見表3。本實驗所測得的自制鈷鉻合金的金瓷結(jié)合強度和德國BEGO鈷鉻合金的金瓷結(jié)合強度均大于ISO所要求的基本值25 MPa。經(jīng)統(tǒng)計學分析表明兩種合金的金瓷結(jié)合強度無顯著性差異 (P＞0.05)

表3 三點彎曲試驗結(jié)果

2.2 金瓷分離界面肉眼觀察 自制和BEGO鈷鉻合金樣本加力后，隨著力量的增加瓷層開裂并完全脫落，表面成灰黑色氧化膜，無明顯瓷殘余。

3 討論

在我國口腔修復領域中，隨著口腔材料學的快速發(fā)展，對鎳的致敏性和致癌性已經(jīng)有了比較趨于一致的認識［5－6］。鎳可引起過敏反應，降低細胞增值率，使白細胞所分泌的炎癥因子的量發(fā)生改變，改變中性粒細胞的趨化功能［7］。人群中對鎳產(chǎn)生過敏反應的比例較高，其中以女性居多，孫平等［8］研究表明鎳鉻烤瓷合金明顯抑制細胞增殖。由鎳產(chǎn)生的超敏反應可能更易發(fā)生于沒有金屬接觸史或鮮有金屬接觸史的患者，其機制可能是鎳鉻合金在口腔多種因素作用放下釋放鎳離子作用于牙周軟組織、腺體及免疫系統(tǒng)而引起。以鎳含量為77%～78%、鉻含量11%～22%的鎳鉻合金烤瓷冠所進行的研究表明，合金內(nèi)冠邊緣貼近基牙，深入到齦溝之內(nèi)，可以造成對患牙牙周組織的影響［9］，其中以牙齦黑線、牙齦炎癥水腫、牙齦退縮等多見。研究顯示［10］，鎳鉻合金修復體可引起牙齦組織內(nèi)吞噬細胞凋亡而導致免疫系統(tǒng)的破壞和自由基代謝失衡，從而導致牙齦變色。鎳的毒性和致癌性可能與細胞水平的攝入、傳輸、分配、保持有關［11］。由于，鎳離子對人體產(chǎn)生過多的危害，因此人們開始尋找其他可替代鎳鉻合金的非貴金屬烤瓷合金。含鈦烤瓷合金材料中，雖然含有4%～6%的鈦元素，但鎳元素含量卻高達66%。鈷鉻合金是針對鎳的毒性而開發(fā)的，與鎳鉻合金相比，鈷鉻合金具有較好的生物相容性，較強的耐腐蝕性能及優(yōu)良的穩(wěn)定性。由于鈷鉻合金中不含有鎳元素，并且含有較高比例的鉻元素，而鉻元素的增加可明顯減少合金腐蝕導致的鈷離子析出［12－13］。因此，由金屬離子的析出所產(chǎn)生的超敏反應和牙齦黑線的發(fā)生率顯著降低。此外，鈷鉻合金還具有較高的彈性模量和彈性系數(shù)，能與瓷粉產(chǎn)生較高的金瓷結(jié)合力，使其逐漸成為臨床應用的主流。

臨床上，金屬烤瓷修復體成功的關鍵之一是金屬與瓷粉之間形成良好的結(jié)合力，使其在行使口腔功能時不至發(fā)生瓷脫落。測定金瓷結(jié)合強度的方法有多種多樣，最主要的有拉出和推出剪切測試、扭轉(zhuǎn)測試、雙軸彎曲測試、三點彎曲測試等。1966年Lavine［14］設計了三點彎曲方法用于測試金－瓷結(jié)合強度。1995年Lenz等［15］對三點彎曲方法進行改進。瓷層厚1 mm，金屬厚0.5 mm模擬臨床情況。金－瓷試件兩端置于直徑均為1 mm的支持物上，兩支點的間距為20 mm，瓷面向下，用半徑為10 mm的壓頭在試件上面的金屬面中點處施加與金瓷界面垂直的力直至試件瓷層末端金－瓷界面分離，加載速度為1.0 mm/min記錄金－瓷開裂時的加載值，用公式rb=k·F(k:金屬材料彈性模量與試件形狀大小有關的恒定值，可在ISO 9693標準中查出)計算出金－瓷結(jié)合強度。用有限元分析法對三點彎曲測試時金－瓷界面受力情況進行分析［16］。雖然存在應力集中現(xiàn)象，也不能排除殘余應力的影響，故國內(nèi)仍有學者持反對意見。但由于三點彎曲測試排除了彈性模量對測試結(jié)果的影響，試件易于制作，測試方法簡單，結(jié)果重復性好，金－瓷厚度比模擬臨床情況，可適用于所有金屬與瓷的結(jié)合強度測試，是目前較為理想的金瓷界面結(jié)合強度的測試方法。

本實驗采用三點彎曲的方法，自制鈷鉻合金在金瓷結(jié)合強度上與現(xiàn)在臨床常用的BEGO合金差異無顯著性。因此，自制鈷鉻合金的金瓷結(jié)合性能完全滿足臨床要求，有臨床應用價值。

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