不同處理方法對瓷表面微觀形貌的影響

臺銀霞　朱憲春　閆森等

[摘要] 目的 研究不同瓷表面處理方法對瓷表面微觀形貌的影響。方法 制備6組金屬烤瓷試樣，分別在瓷表面進行如下處理：A組不作處理（對照組），B組采用質量分數9.6%氫氟酸（HF）酸蝕，C組用金剛砂車針與HF聯合處理，D、E、F組分別用0.75、1.05、1.45 W的Nd： YAG激光與HF聯合處理。處理后的試件用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察，

觀察其表面形貌的變化。結果 經不同處理后瓷表面的微觀形貌不同；E組經1.05 W的Nd： YAG激光與HF聯合處理，瓷表面可見網格形裂紋，裂紋的側壁及底部布滿類圓形小孔，裂紋內壁圓鈍，并且觀察到直徑約為20 μm的圓形彈坑樣結構，其內壁附有直徑為1～5 μm不等的圓形隱窩，形成倒凹結構。結論 能量參數為1.05 W的Nd： YAG激光與9.6%HF聯合處理瓷面后可使瓷面均勻粗化，是一種有效的瓷表面處理方法。

[關鍵詞] 表面處理； 掃描電子顯微鏡； 氫氟酸； Nd： YAG激光

[中圖分類號] R 793 [文獻標志碼] A [doi] 10.7518/hxkq.2013.01.015 牙體、牙列的缺損或缺失是人類的常見病和多發病，不僅嚴重影響咀嚼和發音功能，也影響患者的外觀容貌。陶瓷材料具有良好的美觀性、化學穩定性、生物相容性、抗壓縮性能，且其熱膨脹系數與天然牙相似，因此成為修復牙體或牙列缺失的首選修復材料[1-2]。近年來，成年正畸患者愈來愈多，

其口內多數鑲有瓷修復體，臨床正畸醫生經常會遇到在瓷修復體表面粘接托槽的難題。粘接時處理陶瓷表面的方法主要包括：氫氟酸（hydrofluoric acid，

HF）酸蝕、噴砂、機械打磨、硅烷偶聯劑涂布、激光蝕刻等，但是僅用一種方法很難使托槽在瓷表面獲得足夠的粘接強度。經HF酸蝕后，陶瓷表面形成不規則的多孔結構，復合樹脂黏結劑可以滲入這些孔狀結構的內部，從而增加機械嵌合固位作用[3-4]。此外，HF還可去除瓷表面的污染，降低瓷破裂的發生。另據多項研究[5-7]報道：Nd： YAG激光處理是粗化陶瓷表面的有效手段。本研究采用Nd： YAG激光與HF聯合處理瓷表面，使用掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）觀察聯合處理后瓷表面的形貌，探索兩種處理方式聯合使用能否在瓷表面形成有利于

機械固位的微觀結構，為臨床應用提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 主要材料及儀器設備

鎳鉻烤瓷合金（批號091214，上海常平實業有限公司），瓷粉、釉粉、釉液（批號081020，日本松風公司），HF（北京化工廠）；金剛砂車針（MANI公司，日本），烤瓷爐（Densply公司，美國），KL型Nd： YAG激光治療機（吉林省科英激光技術有限責任公司），S-3400N型SEM（日本Hitachi公司，長春工業大學提供）。

1.2 試樣制作

將鎳鉻烤瓷合金鑄造成0.6 cm×1.5 cm×0.2 cm大小的金屬片，經表面打磨、噴砂、沖洗后，用乙醇和超聲清洗10 min；在金屬片上半部分上瓷，下半部分暴露出0.7 cm長的金屬片，上瓷時的燒結溫度為910 ℃，隨爐冷卻后，打磨，上釉粉釉液后再燒結。瓷層厚度約0.1 cm，其中不透明瓷厚度約0.15 mm，體瓷厚度約0.8 mm，釉瓷厚度約0.1 mm。所有金屬烤瓷試樣的制作均由同一技工完成。試樣制作完成后用10倍放大鏡觀察有無釉面破損和微裂，選擇無破損和微裂者進行后續研究。

1.3 瓷表面處理和分組

將試樣按照不同的表面處理方式分為6組：A組為對照組，瓷表面不作處理；B組采用質量分數為9.6%的HF酸蝕2 min；C組經金剛砂車針打磨至釉面光澤消失后，再用9.6%的HF酸蝕2 min；D組采用能量參數為15 Hz、50 mJ、0.75 W的Nd： YAG激光處理后，再用9.6%的HF酸蝕2 min；E組采用能量參數為15 Hz、70 mJ、1.05 W的Nd： YAG激光處理后，再用9.6%的HF酸蝕2 min；F組采用能量參數為15 Hz、90 mJ、1.45 W的Nd： YAG激光處理后，再用9.6%的HF酸蝕2 min。各組試樣完成表面處理后均用高壓氣槍沖洗瓷面20 s，再用氣槍吹干20 s。

1.4 試樣的表面形貌觀察

6組試樣表面噴金后，置于SEM下進行表面形貌觀察。

2 結果

各組試樣的表面形貌見圖1～6。A組瓷表面細膩平滑，形態均勻一致，無凸起或凹陷等形態，未見可形成機械固位的粗糙結構（圖1）。

放大100倍時，B組瓷表面形成較為密集、大小不一的類圓形的小孔狀結構，小孔呈不規則分布；放大500倍時，測量出這些小孔狀結構的直徑為1～

5 μm（圖2）。

放大100倍時，C組瓷表面存在面積較大且較淺的長條形、直線形凹陷，這些凹陷中間伴有較為密集的類圓形小孔狀結構；放大500倍時，可見類圓形小孔狀結構同時存在于條形凹陷結構的表面及凹陷結構之間（圖3）。

D組經15 Hz、50 mJ、0.75 W的Nd： YAG激光與9.6%HF聯合處理后，其表面形貌與單獨采用9.6%HF處理后的形貌類似（圖4）。

E組經15 Hz、70 mJ、1.05 W的Nd： YAG激光與9.6%HF聯合處理后，其表面形貌見圖5：放大100倍時，瓷表面形成許多規則的菱形、網格形裂紋和散

在的圓形彈坑結構，這些結構之間伴有許多類圓形的小孔；放大500倍時，這些裂紋側壁及底部布滿類圓形的小孔，裂紋內壁圓鈍并帶有無數倒凹結構；放大5 000倍時，可以觀察到直徑約為20 μm的圓形彈坑樣結構，其內壁附有直徑為1～5 μm不等的圓形隱窩，在圓形彈坑側壁上形成倒凹結構。

F組經15 Hz、90 mJ、1.45 W激光與9.6%HF聯合處理后，其表面形貌見圖6：放大100倍時，可見菱形、網格形裂紋，與E組相似但更為清晰；放大500倍時，可見菱形、網格形裂紋更深更寬，似溝渠狀；放大5 000倍時，可見圓形彈坑狀結構的側壁較薄弱且已斷裂，未見直徑較小的凹陷或隱窩。

3 討論

Nd： YAG激光器的主要工作物質為摻釹釔鋁石榴石棒。激光棒吸收氙燈發出的0.4～0.9 μm波長的光后被激發發出光子，在諧振腔內實現光放大，最后發射出1.06 μm的YAG激光。這種激光是一種不可見光，穿透性較好，可以通過光纖傳導，在治療腔內或狹小部位疾病時獨具優勢。

有學者報道[7-8]：單獨應用Nd： YAG激光處理瓷表面時，適當能量參數的Nd： YAG激光能夠代替其他處理方法以提高瓷面與復合樹脂間的粘接強度，但激光能量參數低于0.6 W時抗剪切強度無明顯提高。在此基礎上，本研究選擇能量參數分別為0.75、1.05、1.45 W的Nd： YAG激光與9.6%HF聯合進行瓷面處理。

采用9.6%HF酸蝕2 min后，SEM觀察可見瓷表面形成較為密集的、大小不一的類圓形的小孔狀結構。這一結果與Della Bona等[9]的研究結果相似。這種不規則類圓形孔狀結構的產生是由于HF選擇性地溶解瓷材料中長石的硅酸鹽結構，經水沖洗后這些化合物可在瓷表面形成類似蜂窩狀結構[3，10]。

經金剛砂車針與HF聯合處理瓷表面以后，可見瓷表面存在面積較大且較淺的長條形、直線形凹陷，這些凹陷的產生可能是金剛砂車針打磨釉面后留下的刮痕。于淑湘等[11]的研究發現：單獨應用金剛砂車針處理瓷面以后，打磨去釉的瓷面可以出現一些不規則的較大的裂隙，這與本研究結果不同，可能是由于應用HF聯合處理后，酸蝕作用可以轉化瓷表面

的裂隙，使裂隙底部變圓鈍所致。

應用能量參數為15 Hz、50 mJ、0.75 W的Nd： YAG激光與9.6%HF聯合處理后，瓷表面形貌與單獨應用9.6%HF處理者相似，可能是由于激光的能量參數較低，對瓷面影響較小之故。李若蘭等[7]研究發現：采

用0.9 W的激光處理陶瓷表面，SEM下可觀察到瓷表面粗糙不平，有許多大小不等的淺凹坑，這與本研究結果一致。

用能量參數為15 Hz、70 mJ、1.05 W的Nd： YAG激光與9.6%HF聯合處理瓷表面后，可見瓷表面形成許多散在的圓形彈坑結構。這與Fuhrmann等[8]的報

道一致，即適當能量參數的激光照射瓷面后形成大小不等的淺凹坑，呈火山口狀。在放大5 000倍時，可觀察到直徑約為20 μm的圓形彈坑內壁附有直徑1～5 μm不等的圓形隱窩，形成倒凹結構。這一結構的形成可能是在激光照射后形成的“火山口狀”結構的基礎上，HF進一步蝕刻該結構的內壁而形成。

用能量參數為15 Hz、90 mJ、1.45 W的Nd： YAG激光與9.6%HF聯合處理瓷表面后，可見與E組相似的菱形、網格形裂紋，但更為清晰。這表明此能量參數的激光處理瓷表面可對其形貌產生影響。放大500倍時，菱形、網格形的裂紋更深更寬，似溝渠狀；放大5 000倍時，可見圓形彈坑狀結構的側壁薄弱，呈斷裂狀態，未見直徑較小的凹陷或隱窩。造成這種改變的原因可能是因為激光能量過高而造成了較大的瓷面損傷，使瓷面發生脫屑樣改變，在HF的酸蝕溶解作用下，脫落的瓷面被沖洗去除，從而形成了薄弱或斷裂的側壁。

由本研究結果可見：能量參數為15 Hz、70 mJ、1.05 W的Nd： YAG激光與9.6%HF聯合處理瓷面后可使瓷面均勻粗化，是一種較為有效的瓷表面處理方法。

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（本文編輯 吳愛華）