純鈦烤瓷牙化學成分分析與崩磁現象的探究

吳怡含 吳亞麗* 史曉宇 董鑫 焦歡 王志平 烏日娜

（集寧師范學院化學與化工學院，內蒙 古烏蘭察布 012000）

純鈦烤瓷牙是近幾年新興起的烤瓷牙，密度小，熱導率低，線收縮率小，無磁性[1]，有著極強的抗酸蝕性能，但是因其不易加工，金屬彈性大易崩瓷，對醫生技術要求高。本文通過表征對不同廠家市售純鈦烤瓷牙化學成分進行研究，初步了解純鈦瓷烤瓷牙崩瓷現象的原因。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器及樣品

數控超聲波清洗機，YLINST 金屬激光切割機，蔡氏Sigma300 掃 描 電 鏡 ，X 射 線 能 譜 分 析 儀ThermoFisher/ESCALAB Xi，納米壓痕儀Bruker /Ti980（SLAB- SPM-0004），拉曼光譜儀，不同廠家純鈦烤瓷牙樣品( 德冠烤瓷牙，德冠某有限公司；瓷倍健烤瓷牙，康乃馨某有限公司)。

1.2 樣品的預處理

不同純鈦烤瓷牙利用切割機，進行切割長寬10mm×10mm 以內，采用高壓氣槍清理測試面后，放入超聲波清洗機里清洗，再用預磨機將橫斷面打磨，但盡量做到不留下明顯的劃痕[2]。將處理好的樣品，再選取合適位置對四層（鈦層、烤瓷層a 層、b 層和釉層）進行SEM 形貌表征、XPS 測試和EDS 線掃描，如圖1 和圖2 所示。

圖1 德冠烤瓷牙樣品表征位置圖

圖2 瓷倍健烤瓷牙樣品表征位置圖

1.3 純鈦烤瓷牙化學成分的測試

1.3.1 SEM表征。通過掃描電鏡對不同廠家烤瓷牙中的鈦層、烤瓷層a 層、b 層和最外層鍍釉層，進行形貌分析，SEM圖如圖3 和圖4 所示。

圖3 德冠烤瓷牙樣品SEM 圖

圖4 瓷倍健烤瓷牙樣品SEM 圖

通過SEM圖3 和圖4 可知，德冠純鈦烤瓷牙與瓷倍健純鈦烤瓷牙的內部結構不同，其中鈦層與瓷層間均有氣泡或孔隙存在。

1.3.2 不同純鈦烤瓷牙XPS 和EDS 表征。X 射線光電子能譜測試分別從鈦層、a 層、b 層進行了點掃，為了全面了解不同廠家純鈦烤瓷牙的化學成分含量的高低：分別取了4 個點，最外層鍍釉層即取了2 個點（釉層EDS 點掃），共計取了28 個點，在金屬與烤瓷界間掃的EDS 線，不同部位各元素及含量數據列于表1、表2、表3 和表4。

表1 鈦層不同取點元素及含量數據

表2 德冠純鈦烤瓷牙烤瓷層中a 層、b 層和釉層不同取點元素及含量數據

表4 不同烤瓷牙界面線掃元素及含量數據

由表1 可知，不同廠家烤瓷牙的鈦層（鈦層1- 鈦層4）均含有Ti，C 和O，靠近烤瓷層均含有少量硅，德冠烤瓷牙中還含有Wt%為0.55%的鈉。

通過表2 和表3 可知，a 層和b 層中均含有C，O，Na，Al，Si，且含量順序：C>O>Si。但在a 層5 測試中有W 元素出現，a 層6 測試有Ba 元素出現。a 層7 和a 層8 只有C 和O，說明存在膠粘劑。b 層中德冠烤瓷牙靠近a 層取樣分析，成分與a 層相似，但b 層11 和b 層12 中只含有Ti，其Wt%為100%，故可推測內層用純鈦框架進行支撐，而b 層中瓷倍健烤瓷牙含量高低順序：C>O>Si，而Na，Al，Ti 的含量較少，但b 層9 中還含有K，b 層10 中還含有Ba 和微量的W。最外面的瓷層(即釉層)均含有C，O，Na，Si，Zr，且德冠烤瓷牙中含量高低的順序為：C>O>Si>Z>Na，最外釉層14 測試中有微量的K 成分Wt%為0.16，而瓷倍健烤瓷牙中含量高低的順序為：C>O>Si>Zr>K。

表3 瓷倍健純鈦烤瓷牙烤瓷層中a 層、b 層和釉層不同取點元素及含量數據

通過表4 可知，鈦層與烤瓷界面線掃為鈦層線，烤瓷b層與釉層界面為b 線，位于線的位置成分復雜，故此處化學成分含量的高低用原子量分數（At%）來表示，b 線中化學成分及含量順序：O>Ti>Ba，而鈦層線中化學成分及含量順序：Ti>C>O>Si。說明鈦層與烤瓷層以及釉層和烤瓷層之間相連均靠膠粘劑結合。

1.3.3 拉曼表征。將不同烤瓷牙的切割表面進行拉曼測試，拉曼圖如圖5 和圖6 所示。

圖5 德冠表面拉曼圖

圖6 瓷倍健表面拉曼圖

通過拉曼圖5 和圖6 可知，所出現的特征峰位置幾乎一樣，雖然特征峰的強度略有不同，但可以說明瓷層的化學成分幾乎一樣，只是含量不同而已。

1.4 納米壓痕測試

1.4.1 納米壓痕檢測方法。GB/T22458-2008 儀器化納米壓入試驗方法通則：采用準靜態打點模式[3]。

1.4.2 納米壓痕表征圖及測試數據。將不同廠家的純鈦烤瓷牙分別進行納米壓痕測試，兩個樣品納米壓痕可以平行對比載荷與樣品表面崩瓷的關系，測試的時候出現壓碎表層后，很難再壓入，應該和鈦層結構有關。本文中保留了瓷倍健烤瓷牙壓裂的壓痕形貌如圖7，其硬度及折合模量數據列于表5 中。

圖7 瓷倍健烤瓷牙壓裂的壓痕形貌圖

表5 硬度H/折合模量Er 結果表

通過表5 可知，瓷倍健的烤瓷牙測試曲線具有很強的規律性，硬度與折合模量較均勻，而德冠的烤瓷牙規律性較差，硬度與折合模量的變化也較大，內部結構使純鈦不均勻，但承受力都很大，如果人們正常使用時都不會出現崩瓷現象。

2 結果

從化學的角度分析純鈦烤瓷牙的成分，由實驗結果可知，瓷倍健烤瓷牙質地較均勻，切面光滑，SEM形貌比較難聚焦，不同純鈦烤瓷牙的內部結構不同，其中鈦層與瓷層間均有少量的氣泡或孔隙存在。所測樣品鈦層中均含有Ti，C 和O，烤瓷層和最外層釉層所含化學的元素基本相同，由拉曼圖可以得以證實，樣品所出現的特征峰位置幾乎一樣，雖然特征峰的強度略有不同，但可以說明瓷層的主要化學成分幾乎一樣，只是含量不同而已，但瓷倍健的烤瓷層中有微量的W。崩瓷現象的探究由納米壓痕進行測試，瓷倍健烤瓷牙測試曲線很有規律性，其硬度與折合模量較均勻，而德冠的烤瓷牙硬度與折合模量的變化較大，內部結構不同使純鈦鑲嵌不均勻，但承受力都很大，人們正常使用時都不會出現崩瓷現象。