不同實驗方法對牙科陶瓷材料抗壓強度的影響

羅玉玲（綜述），黃 瑋（審校）

（南昌大學附屬口腔醫院VIP診室，南昌 330006）

牙科陶瓷與人天然牙色澤相似，且化學穩定性和生物相容性良好。陶瓷材料具有良好的機械性能，其密度及硬度與釉質接近，透明度及折射率也與釉質相似，是牙科領域重要的冠橋修復材料。但是陶瓷屬于脆性材料，抗彎曲強度和韌性低，在0.1%的應變范圍內就會發生斷裂［1］，因而陶瓷材料的脆性特點限制了其運用和發展。Y.Makoto［2］報道，有7%的金瓷修復體為瓷折裂導致失敗，而且瓷折裂后修補困難，最終導致修復體拆除重做。因此預防和減少金瓷修復體瓷折裂已經成為當前口腔科急需解決的問題。

烤瓷修復材料的抗壓強度是學者們評價其臨床應用前景的重要指標之一。國內外學者對口腔修復用陶瓷材料的抗壓強度進行了大量研究，目前對陶瓷材料的研究方法也多種多樣，不同的測試方法對測量結果的影響不同。本文就實驗方法對牙科陶瓷材料抗壓強度的影響作一綜述。

1 試件制作方法

烤瓷修復材料抗壓強度的測量所需的試件有瓷片法和全冠法2種，為了更好地模擬臨床實踐，一般采用全冠法，全冠法可以分為恢復牙冠解剖形態和不恢復牙冠解剖形態:恢復牙冠解剖形態即制作的全冠牙合面恢復牙尖的正常解剖形態。C.W.Ku等［3］在實驗中采用上頜中切牙樹脂模型進行牙體預備、翻制模型、制作全冠后測量抗折強度。上頜中切牙形態易恢復，出現的誤差小，因此大多數實驗均采用上頜中切牙作為基牙測量陶瓷冠的抗壓強度。但也有學者選擇離體第三磨牙作為標本制作烤瓷全冠，并恢復牙冠的軸面和牙合面的解剖形態［4］。

然而影響全冠抗壓強度的因素很多，有報道認為，瓷層過厚或過薄同樣會造成瓷崩裂［5］。因此為避免瓷層厚度對烤瓷全冠抗壓強度帶來的影響，實驗用烤瓷全冠特別是牙尖多，形態復雜的后牙多不恢復牙合面解剖形態，即將實驗牙軸面按常規進行牙體預備，而牙合面則預備成平面［6］，形成的烤瓷冠牙合面同樣制作成平面，以達到冠蠟型厚度一致。

2 加載方式

修復體在口腔中所處的載荷狀態和受影響的環境因素錯綜復雜，因此烤瓷冠的強度也受諸多因素影響。其中除修復體的材質、種類和幾何形態以外，還包括載荷特性和水域環境等。測量烤瓷冠材料強度的常用方法有3種:靜態載荷、動態載荷及循環載荷。

2.1 靜態載荷

目前口腔修復領域采用的加載方式大多屬于靜態載荷，主要為垂直、水平和斜向載荷3種。李雅娟等［7］將樣本置于萬能材料測試機上以1 mm·min-1的速度緩慢加載于標本牙合面，直至金瓷冠瓷層碎裂崩脫時的壓力值。靜止加載的實驗設備簡單，易操作，但只能模擬一種負重條件下獨立的、呈點狀的受力情況，缺乏整體力學研究，與實際情況有一定的差異。

2.2 動態載荷

口腔內牙科修復體長期承受各種外力的作用，外力作用方式錯綜復雜、多種多樣，不僅有摩擦力，還有壓縮力、剪切力等。為了更好的模擬口腔環境，大量的實驗采用動態加載方式對陶瓷材料的力學性能進行分析。

動態載荷是指恒定加載速率下進行的力學測試。王俊成等［8］以1 Hz的頻率、50 N的力進行循環加載10000次后測量黏結強度，發現3種牙本質黏結劑的微拉伸黏結強度下降。有研究表明:50 N的力循環加載120萬次，相當于臨床使用5年的咬合疲勞次數［9-10］。動態載荷下牙體的受力狀態更接近人類牙的咀嚼運動受力過程。

2.3 循環加載

當下頜牙列以較快的速度、非常短的時間與上下頜牙列接觸時產生的沖擊力較大，長期受這些復雜的作用力可能對金瓷結合強度產生影響。為了更好的模擬實際口腔環境，K.X.Michalakis 等［11］采用循環加載的方式測試烤瓷修復體的抗壓強度，即:用0～200N的載荷以1Hz的頻率，循環加載600000次，模擬臨床使用2.5年,再測量其抗折強度。林葦等［12］還發現隨著加載次數的增加，金瓷結合強度表現為不斷降低。

另外加載頭的設計多種多樣，有鈍性、曲率半徑不同的球體和平面加載等，各種設計方法不同所測結果亦有很大的差異［13］。 李明哲等［14］研究發現，平面加載頭對氧化鋁玻璃陶瓷底冠的破裂強度明顯大于圓弧形加載頭，張駿等［15］發現大直徑壓頭加載時，冠的抗折載荷值大于小壓頭加載，小直徑壓頭加載時的折裂模式與臨床全瓷冠的失效模式相似。

3 加載環境

口腔中牙科修復體除要承受咀嚼磨耗外還會受到不同酸堿唾液的化學腐蝕和不同溫度的影響。為了更好的模擬口腔環境，A.Shirakura等［16］將黏固好的試件放在5℃和55℃水槽中各浸泡5 s，轉移時間各為30 s，一個循環周期為70 s，共循環1000次后，再測量烤瓷冠的抗壓強度，F.Lehmann 等［4］用同樣方法處理試件后發現，玻璃離子黏固劑黏結的修復材料的抗折強度明顯下降，而采用樹脂黏結劑黏結的修復材料則無明顯影響。

覃小鳳等［17］研究發現:干燥環境下對氧化鋯/飾面瓷疊層瓷結構經過10000次循環疲勞實驗后，表面裂紋主要為赫茲錐狀裂紋，破碎模式主要為完全斷裂。在唾液環境下，表面裂紋除了赫茲錐狀裂紋外還有環狀裂紋，破碎模式主要為飾瓷脫瓷，而且在干燥環境下的樣品抗彎強度比在濕潤環境下平均要高70%。另外還發現在酸性環境下氧化鋯/飾面瓷疊層瓷抗彎強度比堿性環境下要高30%左右。氧化鋯/飾面瓷疊層瓷經過循環載荷后彎曲強度不僅與測試環境的濕度有關，而且還和環境的酸堿度有關。

4 是否模擬牙周膜

天然牙牙根周圍有一層厚度為0.15～0.38 mm的牙周膜，天然牙在受力時有一定的緩沖作用。在實驗中直接將牙根包埋于自凝塑料底座內，牙冠受力時，力量直接由牙根向自凝塑料底座傳遞，底座就起到“領圈”的作用，保護了牙根，防止其抗折。M.Rosentritt［18］等研究發現，基牙表面使用彈性材料模擬牙周膜后，修復體亞臨界裂紋或者初始裂紋會因額外的彎曲和扭轉力而進一步增長，導致陶瓷修復體的抗折強度降低40%～50%。因此，為求得與天然牙相似的受力情況，在自凝塑料底座與牙根之間填入一定厚度的材料，以模擬牙周膜。目前用于模擬牙周膜的材料有硅橡膠、蠟、金屬箔及軟襯材料等［19］。在模擬牙周膜時，直接將牙根表面涂布一層硅橡膠，但是會導致硅橡膠厚度不夠均勻。李萍［20］先在牙根表面包裹一層膠布，膠布厚度為0.24～0.26 mm，然后用自凝塑料包埋，待自凝塑料初凝后，取出離體牙，去除其牙根表面的膠布，將硅橡膠注入所形成的“牙槽窩”中，再次插入離體牙，形成比較均勻的硅橡膠厚度。

5 支持組織性質

冠修復體的抗壓強度受多種因素的影響，支持模型的彈性模量同樣影響修復體的抗壓強度。支持模型的性質有很多種:離體牙、樹脂代型、金屬代型、鉛代型等。采用離體牙作為實驗材料［21］盡可能的模擬了臨床修復體與牙齒之間的關系，但離體牙形態變異較大、發育程度不同、髓腔的大小高低不同，以及實驗加載位置的也不同，將對實驗結果造成較大影響［22］。因此，越來越多的學者采用代型替代離體牙，其優點是保證了每組預備體與冠修復體大小及形態的一致，提高了實驗的一致性和可信性［23］。但是不同的代型材料彈性模量不同，對烤瓷冠的抗壓強度的影響不同。S.K.Lee等［24］的研究表明:冠的抗折強度隨著代型的彈性模量的增加而提高，金屬代型材料的彈性模量約為100 GPa，復合樹脂材料的彈性模量為5.4～25.3 GPa，而牙本質的彈性模量為12～18.6 GPa，因而樹脂代型比金屬代型更接近臨床實際，因此在實驗中采用樹脂模型代替天然牙，可達到理想的實驗效果。

綜上所述，牙科陶瓷材料抗壓強度的測試方法多種多樣，根據實驗要求可以選擇不同的實驗方法。前牙區烤瓷冠強度的研究可恢復牙冠的解剖形態，以便更好地模擬口腔臨床環境，而后牙區為了避免實驗誤差的影響可選擇不恢復牙合面的解剖形態，而將牙合面制成平面。靜態載荷只能模擬一種負重條件下獨立的呈點狀的受力情況，與實際情況有一定差異，動態載荷及循環載荷的出現，一定程度上解決了靜態載荷的不足，因此條件允許的情況下盡量使用動態或者循環載荷。另外，隨著實驗技術的發展及輔助設備的更新，模擬口腔濕性和酸堿環境、熱循環加載及模擬牙周膜等新方法逐步運用于牙科陶瓷抗壓強度的研究中，使得實驗結果能更好的指導臨床實踐。因此，口腔醫學領域研究只有不斷跟進新的實驗方法，才能加速本研究領域的研究過程。

［1］周玉.陶瓷材料學［M］.哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社，1995:102-103.

［2］Makoto Y.Metal-ceramics［M］.Chicago:Quintessence Publishing Co，1985:15-45.

［3］Ku C W，Park S W，Yang H S.Comparison of the fracture strengths of metal-ceramic crowns and three ceromer crowns［J］.J Prosthet Dent，2002，88（2）:170-175.

［4］Lehmann F，Eickemeyer G，Rammelsberg P.Fracture resistance of metal-free composite crowns-effects of fiber reinforcement，thermal cycling，and cementation technique［J］.J Prosthet Dent，2004，92（3）:258-264.

［5］Tsai Y L，Petsche P E，Anusavice K J，et al.Influence of glass-ceramic thickness on Hertzian and bulk fracture mechanisms［J］.Int J Prosthodont，1998，11（1）:27-32.

［6］盧大衛，張建寅，李妍菁，等.金瓷全冠不同瓷層厚度的抗壓強度分析［J］.天津醫科大學學報，2004，10（1）:37-38.

［7］李雅娟，孟令強，于利潔,等.金屬烤瓷全冠外形高點位置對修復體強度的影響［J］.現代口腔醫學雜志,2006,20（4）:408-410.

［8］王俊成，何惠明，趙信義，等.循環加載對三種牙本質粘結劑微拉伸粘結強度的影響［J］.臨床口腔醫學雜志，2006，22（11）:643-645.

［9］Behr M，Rosentritt M，Dümmler F，et al.The influence of electron beam irradiation on fibre-reinforced composite specimens［J］.J Oral Rehabil，2006，33（6）:447-451.

［10］Reill M I，Rosentritt M，Naumann M，et al.Influence of core material on fracture resistance and marginal adaptation of restored root filled teeth［J］.Int Endod J，2008，41（5）:424-430.

［11］Michalakis K X，Stratos A，Hirayama H，et al.Fracture resistance ofmetalceramic restorations with two different margin designs after exposure to masticatory simul－ation［J］.J Prosthet Dent，2009，102（3）:172-178.

［12］林葦，朱智敏，廖運茂，等.循環載荷對鈷鉻合金烤瓷金瓷結合強度的影響［J］.安徽醫藥，2009，13（11）:1367-1368.

［13］Kelly J R.Clinically relevant approach to failure testing of all-ceramic restorations［J］.J Prosthet Dent，1999，81（6）:652-661.

［14］李明哲，王威，范新平.氧化鋁玻璃滲透陶瓷底層冠強度的研究［J］.臨床口腔醫學 雜志，2003，19（9）:518-519.

［15］張駿，趙克，王勤琴，等.不同直徑壓頭對磨牙e.max全瓷冠失效模式的影響［J］.中華口腔醫學研究雜志，2008，2（4）:21-23.

［16］Shirakura A，Lee H，Geminiani A,et al.The influence of veneering porcelain thickness of all-ceramic and metal ceramic crowns on failure resistance after cyclic loading［J］.J Prosthet Dent，2009，101（2）:119-127.

［17］覃小鳳，蘇曉暉，歐俊，等.干濕環境下循環載荷對氧化鋯-飾面瓷疊層瓷結構抗彎強度的影響［J］.口腔頜面修復學雜志,2010,11（6）:324-328.

［18］Rosentritt M，Behr M，Scharnagl P，et al.Influence of resilient support of abutment teeth on fracture resistance of all-ceramic fixed partial dentures:an in vitro study［J］.Int J Prosthodont，2011，24（5）:465-468.

［19］Mitehell C A，Orr J F，Kennedy J G.A semi empirical model for prediction of how Post retained crowns will fail under compressive loading［J］.J Dent Res，1992，71（9）:1613-1618.

［20］李萍.循環加載對不同樁核修復后牙體抗折強度影響的對比研究［D］.成都:四川大學口腔醫學院，2007.

［21］Burke F J，Fleming G J，Abbas G，et al.Effectiveness of a self-adhesive resin luting system on fracture resistance of teeth restored with dentin-bonded crowns［J］.Eur J Prosthodont Restor Dent，2006，14（4）:185-188.

［22］de Freitas C R，Miranda M I，de Andrade M F，et al.Resistance to maxillary premolar fractures after restoration of class II preparations with resin composite or ceromer［J］.Quintessence Int，2002，33（8）:589-594.

［23］Bindl A，Lüthy H，Mormann W H.Strength and fracture pattern of monolithic CAD/CAM-generated posterior crowns［J］.Dent Mater，2006，22（1）:29-36.

［24］Lee S K，Wilson P R.Fracture strength of all-ceramic crowns with varying core elastic moduli［J］.Aust Dent J，2000，45（2):103-107.