中國(guó)粉體網(wǎng)訊 隨著口腔修復(fù)技術(shù)的不斷發(fā)展,,口腔修復(fù)材料的種類也逐漸增多,。陶瓷由于具有良好的機(jī)械性能、生物相容性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,,已被廣泛應(yīng)用于牙科修復(fù)材料的各個(gè)領(lǐng)域,。根據(jù)陶瓷種類的不同,齒科全瓷材料有熱壓鑄瓷,、玻璃陶瓷和氧化鋯陶瓷等[1],。熱壓鑄瓷和玻璃陶瓷的強(qiáng)度比較低。與之對(duì)比,,氧化鋯陶瓷由于單斜相和四方相的相變?cè)鲰g而具有更高的力學(xué)性能,,更適合用作齒科材料。另外,,氧化鋯還具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,,在口腔環(huán)境中不發(fā)生反應(yīng),具有良好的生物相容性,,透光性比較高,。所以,超過95%的全瓷冠和連橋結(jié)構(gòu)都是由氧化鋯陶瓷制成的[2,3],。
2氧化鋯陶瓷的性能概述[1]
2.1氧化鋯陶瓷的基本性質(zhì)
高純度的氧化鋯粉體呈白色,,氧化鋯陶瓷呈白堊色。相對(duì)分子質(zhì)量123.223g/mol,,密度5.85g/cm3,,熔點(diǎn)2715℃。氧化鋯有三種晶體結(jié)構(gòu),,單斜相,、四方相、立方相,。這三種晶體結(jié)構(gòu)在不同的熔點(diǎn)有不同形態(tài),,并且在一定溫度條件下會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)換。單斜相和四方相相互轉(zhuǎn)變的溫度在1150℃左右,,四方相和立方相相互轉(zhuǎn)變的溫度在2370℃左右,。在四方相氧化鋯向單斜相氧化鋯轉(zhuǎn)變的過程中發(fā)生馬氏體相變,,并且伴隨著體積膨脹[4]。
2.2氧化鋯陶瓷的增韌[5]
與金屬相比,,陶瓷材料的斷裂韌性通常低1~2數(shù)量級(jí),。氧化鋯陶瓷可以通過不同的增韌方式來提高其斷裂韌性,主要增韌機(jī)理有:應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g,、微裂紋增韌,、微裂紋的彎曲、分叉與橋接增韌,、晶須增韌,、彌散增韌、細(xì)晶強(qiáng)化,、纖維增韌等,,在實(shí)際應(yīng)用中氧化鋯陶瓷材料韌性的提高往往是多種增韌機(jī)制共同作用的結(jié)果。目前實(shí)驗(yàn)室測(cè)量氧化鋯陶瓷斷裂韌性應(yīng)用最多的方法有:?jiǎn)芜吳锌诹悍ê蛪汉鄯ā?/p>
氧化鋯陶瓷韌性的研究早在20世紀(jì)50年代就已經(jīng)開始,,1975年之后隨著相變現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn),,一些研究者[6]認(rèn)為應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g是氧化鋯陶瓷因外應(yīng)力作用而產(chǎn)生裂紋,裂紋尖端的應(yīng)力能夠誘發(fā)t→m馬氏體相變(如圖1所示為應(yīng)力作用下發(fā)生的t→m相變過程),,相變晶粒產(chǎn)生的體積膨脹會(huì)抑制裂紋擴(kuò)展,,從而提高材料的韌性。但是,,在相變初始階段,,裂紋尖端120°夾角內(nèi)存在的膨脹變形會(huì)引起氧化鋯韌性降低,如圖2所示,,之后體積膨脹會(huì)抑制裂紋擴(kuò)展,,使韌性迅速提高,當(dāng)裂紋擴(kuò)展至5~10h時(shí),,斷裂韌性增長(zhǎng)緩慢[7],。
圖1應(yīng)力誘導(dǎo)t→m相變過程
圖2相變區(qū)中裂紋擴(kuò)展伴隨韌性提高的示意圖
2.3氧化鋯陶瓷的低溫氧化[8]
在低溫潮濕環(huán)境下,氧化鋯發(fā)生t-m相變老化的本質(zhì)是馬氏體相變:是非熱力學(xué),、無擴(kuò)散的晶體結(jié)構(gòu)變化,。低溫老化首先在材料表面發(fā)生t-m相變,相變伴隨著體積膨脹使材料表面產(chǎn)生凸起及微裂紋,、美學(xué)性能退化,;隨后水分子沿微裂紋滲透到基體內(nèi)部,引起材料內(nèi)部的氧化鋯發(fā)生t-m相變,,導(dǎo)致宏觀裂紋產(chǎn)生(圖3)[9],,最終力學(xué)性能下降,甚至引起突發(fā)失效經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究,,低溫老化過程的特征主要包括4點(diǎn):1)低溫老化是不導(dǎo)熱的自催化過程,,t-m相變老化是通過m相的形核-長(zhǎng)大(N-G)機(jī)制進(jìn)行的[10];2)老化條件(溫度,、時(shí)間,、水或水蒸氣)改變會(huì)加速氧化鋯老化行為;3)老化會(huì)導(dǎo)致材料m相含量增加,、韌性下降,、美學(xué)性能退化[9];4)穩(wěn)定劑含量和晶粒尺寸直接影響氧化鋯抗低溫老化性能,。
圖3氧化鋯老化前后的形貌對(duì)比
3齒科氧化鋯陶瓷的制備工藝[11]
目前氧化鋯牙科陶瓷的制備工藝主要分為2大類:一類是通過從塊體中去除多余材料實(shí)現(xiàn)異形成形,;另一類是通過添加材料直接實(shí)現(xiàn)異形成形。
3.1CAD/CAM磨削技術(shù)
隨著電腦輔助設(shè)計(jì)/加工(CAD/CAM)技術(shù)的興起,,牙齒修復(fù)體的成形更加方便快捷,,大大滿足了市場(chǎng)需求[12]。具體過程如下:首先需要對(duì)病人損傷部位進(jìn)行傳統(tǒng)的壓模,、制模處理,,隨后將模型進(jìn)行掃描之后利用CAD/CAM技術(shù)對(duì)塊體進(jìn)行磨削、拋光加工處理,,最終得到所需形狀的修復(fù)體,。根據(jù)機(jī)加工前塊體材料的致密化程度,可分為硬加工和軟加工2種,。硬加工出現(xiàn)的時(shí)間較早,,需將陶瓷材料完全燒結(jié),使其致密度達(dá)到99%,,然后將得到的塊體進(jìn)行機(jī)加工成型,。軟加工通常是先將氧化鋯粉末冷等靜壓成塊體,然后進(jìn)行預(yù)燒結(jié),。隨后機(jī)加工成型,,再燒結(jié)得到最終的修復(fù)體。
3.2 3D打印技術(shù)
在牙科方面,,3D打印技術(shù)也已被用來制作牙齒模型,,用以滿足病人個(gè)性化的需求,提高了生產(chǎn)效率,。3D打印技術(shù)已發(fā)展出多種加工形式,,包括噴墨打印技術(shù)、選擇性激光燒結(jié),、立體平板印刷,、擠壓自由成型等。3D打印技術(shù)更適合于制作牙冠,、牙橋,、種植體,、贗復(fù)體等具有復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)的修復(fù)體。目前3D打印生物陶瓷材料仍處于初級(jí)階段,,相關(guān)研究多停留在體外實(shí)驗(yàn),,尚未有臨床試驗(yàn)的報(bào)道。同時(shí)全瓷修復(fù)體及支架的密度,、尺寸,、孔隙結(jié)構(gòu)、表面強(qiáng)度等技術(shù)問題尚未完全解決[13],。
4氧化鋯陶瓷在牙科種植領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)[14]
氧化鋯由于其極高的耐腐蝕性和優(yōu)良的力學(xué)性能,,被認(rèn)為是一種適合應(yīng)用于牙科修復(fù)的陶瓷材料。與其他種植體相比,,氧化鋯種植體的顯著優(yōu)勢(shì)在于:
(1)衛(wèi)生:研究表明,,氧化鋯種植體由于其較差的表面潤(rùn)濕性能會(huì)減少細(xì)菌的黏附和生物膜積累,與鈦種植體相比,,表面保留的牙菌斑更少,,周圍組織發(fā)生炎癥反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)更低,這將促使種植體周圍的牙齦更加健康衛(wèi)生,;
(2)美觀:氧化鋯的優(yōu)點(diǎn)在于它本身的顏色明亮潔白,,與天然牙齒的顏色接近,作為牙根的替換基材,,比金屬種植體看起來更加自然,,也消除了因金屬植入物造成的牙齦線變暗的可能,符合人們對(duì)審美的要求,;
(3)強(qiáng)度:氧化鋯種植體的力學(xué)強(qiáng)度與鈦種植體相當(dāng),,同時(shí)具有極強(qiáng)的斷裂韌性和耐磨性,符合牙科種植體的強(qiáng)度要求,;
(4)生物相容性:氧化鋯屬于生物惰性材料,,具有優(yōu)良的生物相容性,對(duì)機(jī)體不產(chǎn)生毒性,,不會(huì)引起過敏和炎癥反應(yīng),;
(5)骨整合性能:研究表明,氧化鋯種植體與鈦種植體具有非常相似的骨性接觸,,骨結(jié)合水平與鈦合金相當(dāng),,這些發(fā)現(xiàn)表明,氧化鋯種植體可以達(dá)到穩(wěn)固的骨質(zhì)穩(wěn)定性,;
(6)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定:氧化鋯具有穩(wěn)定的化學(xué)性能,,抗腐蝕能力極強(qiáng),能長(zhǎng)期存在于口腔環(huán)境中不發(fā)生任何反應(yīng),。
5結(jié)語
近年來,,氧化鋯憑借其優(yōu)良的美學(xué)性能,、機(jī)械性能等特點(diǎn)成為牙齒修復(fù)體的研究熱點(diǎn),說明氧化鋯陶瓷在牙科修復(fù)領(lǐng)域潛力巨大,。當(dāng)前,,人口老齡化日趨嚴(yán)重,人們對(duì)美好生活的向往更加強(qiáng)烈,。隨著齒科氧化鋯陶瓷抗老化性能的提高,以及健康功能化的未來需求,,氧化鋯在生物醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛,。
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(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/青黎)
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