牙科CAD/CAM系统可切削氧化锆的性能研究

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近年来，口腔修复医生和患者对牙齿美学修复的要求越来越高，从而使得以ZrO2为代表的全瓷修复材料得到了更多的认可和临床应用。优秀的仿真美学效果，极佳的生物安全性，高强度的牙科生物陶瓷材料和更先进的计算机辅助设计和制作义齿加工技术逐步应用到口腔修复领域，体现了其强大的生命力和广泛的应用前景。以前应用于临床的玻璃陶瓷基的全瓷修复材料虽然美观性较好，但是其脆性大的缺点极大的阻碍了其应用和发展，而ZrO2陶瓷的出现解决了这些临床应用中的难题。ZrO2以其高强度和高韧性，可以应用于口腔任何区域的修复工作，可以完美的替代金属材料进行修复治疗。但是ZrO2全瓷冠在临床应用过程中也暴露了一些问题，例如崩瓷，内冠折裂、边缘不密合等。与金属烤瓷冠相比，临床崩瓷的发生率较高。文献回顾10年的崩瓷发生率为25％，处于一个相当高的失败水平。ZrO2全瓷冠崩瓷发生的时间点多在戴用后2-3年的使用期内。它的崩瓷的情况与其它几种玻璃基陶瓷冠瓷有较大区别。因此本研究的关注点是在ZrO2陶瓷与表面饰瓷双层瓷界面的粘结性能及其影响因素上。从目前的国内外研究看，相关的因素庞杂，但公认的关键因素是ZrO2内冠表面的表面饰瓷缺少足够的内冠支撑、ZrO2与表面饰瓷之间弹性模量和断裂韧性的不匹配、氧化锆与表面饰瓷热膨胀的失匹配以及表面饰瓷的粘弹性所产生的残余应力有关联。在表面饰瓷层的整体残余应力与外加载荷的叠加可能是表面饰瓷发生崩瓷的重要原因。目前，ZrO2与表面饰瓷的结合机理还是不太清楚，掌握双层瓷的界面结合机理对于新材料的研发和修复体的结构设计成功率会有很大的帮助。
　　低温时效会降低3Y-TZP陶瓷的抗弯强度已经成为国内外研究人员的共识。也有研究发现，在较长时间的低温时效之后，3Y-TZP陶瓷的表面单斜相含量有所升高，但是抗弯强度并没有显著变化。这可以从两个方面解释这一现象:一、相变量太少，仅在材料表层，还没有达到使3Y-TZP陶瓷抗弯强度下降的程度。只有大量四方相转变为单斜相时，3Y-TZP陶瓷的抗弯强度才会显著下降;二、t-m相变产生的体积膨胀会在3Y-TZP陶瓷表面形成压应力层，能够抵消3Y-TZP陶瓷表面的微裂纹等缺陷对抗弯强度的危害，有利于提高其抗弯强度。但还需要更深入地研究低温时效对3Y-TZP陶瓷抗弯强度的影响规律和机制。以3YS-E为实验材料，我们深入研究了低温时效对3Y-TZP陶瓷抗弯强度的影响规律和机制，这对于3Y-TZP陶瓷在口腔应用的远期成功率具有重要意义。所获得的结果比较清晰的回答了ZrO2基底可能发生断裂的时机，对牙科ZrO2陶瓷基底的表面饰瓷表面和粘接面的处理具有重要的指导意义，具体结论如下:
　　(a)表面单斜相含量与相变深度的关系:低温时效时t-m相变从3Y-TZP陶瓷表面向内部进行，当相变深度超过X射线穿透深度时，X射线衍射分析测得的表面单斜相含量保持恒定，而实际上相变仍在向材料内部扩展。
　　(b)低温时效产生的相变层的断裂过程主要是沿晶断裂方式（相变层晶粒清晰，颗粒感强），而未相变部分（未相变的区域比较模糊，几乎看不到规则的晶粒）则以穿晶断裂为主，沿晶断裂吸收能量小于穿晶断裂，因此相变层在弯曲过程中容易产生微裂纹，对3Y-TZP陶瓷的抗弯强度起破坏作用。
　　(c)低温时效对抗弯强度存在两方面的影响:当表面单斜相含量较少时，相变产生的体积膨胀和表面压应力能够使3Y-TZP陶瓷表面的裂纹和孔洞等缺陷缩小甚至弥合，提高3Y-TZP陶瓷的抗弯强度;当时效产生较大量的表面单斜相时，由于相变层内存在大量微观缺陷，晶体疏松，晶界强度低于未时效区域，相变层以沿晶方式断裂，对3Y-TZP陶瓷的抗弯强度起到破坏作用。因此，抗弯强度随表面单斜相含量的增加而呈先升后降的趋势。
　　氧化锆作为基底材料被越来越多的应用于口腔修复临床治疗，因其具有优秀的生物安全性，可与金属媲美的强度，极佳的美学仿真效果而得到广大患者和医师的青睐。但目前的可切削氧化锆材料也存在一些问题，如烧结工艺繁冗，材料的可切削性能不佳等。最突出的是烧结收缩率较大，烧结结晶工艺要求专用高温烧结炉，时间较长，温控程序复杂，并且烧结4个以上单位长桥时极易发生变形，从而导致精度降低，甚至临床失败。本研究通过在亚微米级3Y-TZP颗粒周围均匀包裹纳米级氧化铝和氮化硼颗粒，并对新型复合陶瓷h-BN-α-Al2O3-3Y-TZP进行物相分析和力学性能测试，以期获得具有较高强度和韧性的可切削热压烧结陶瓷坯体的最佳材料配比，避免了结晶烧结收缩及不规则的烧结后形态变化，从而提高修复体精度，简化制作工艺，缩短治疗周期，使其更好地应用于口腔临床修复工作之中。

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作者
黄阳;
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作者单位

解放军总医院;

军医进修学院;

中国人民解放军总医院;

解放军医学院;

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授予单位解放军总医院;军医进修学院;中国人民解放军总医院;解放军医学院;
学科口腔临床医学
授予学位硕士
导师姓名邓斌;
年度 2016
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总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TF124.5;
关键词
口腔材料; 氧化锆陶瓷; 烧结结晶工艺; 低温时效; 切削性能;

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