陶瓷作為口腔修復材料已有200多年的歷史,陶瓷材料具有美觀性好、機械強度(硬度、耐磨度、壓縮強度、撓曲強度)高、穩定性高、通透性強等特點,在目前的口腔修復中使用較為普遍。
全瓷口腔修復材料的分類
● 根據材料微觀構成中玻璃相與晶相含量的不同,將全瓷材料分為三類:
① 長石質瓷。主要為玻璃相,由天然的長石、石英、高嶺土三組分經高溫燒結而成。長石質瓷是最早應用于牙科的陶瓷材料,其光學性能非常接近于牙釉質和牙本質。但由于它的機械性能較差,撓曲強度通常只在60~70MPa,因此常用作瓷熔附金屬修復體、熔附陶瓷修復體。
② 玻璃陶瓷。同時含有玻璃相和晶相,又稱微晶玻璃,是經過高溫融化、成型、熱處理而制成的一類晶相與玻璃相結合的復合材料。與非晶玻璃相比,晶體填料在玻璃相中的添加或生長使玻璃基陶瓷在機械性能和光學性能上有很大的改變,如增加了熱膨脹系數和韌性,改變了材料的顏色、乳光性和透明度。
③ 多晶陶瓷。是一種由晶體直接燒結成的,不含玻璃相、氣相的致密陶瓷材料,擁有很高的強度和硬度,運用CAD/CAM設備進行加工。這類材料因為缺乏玻璃相,通常透明度很低,需要飾以飾面瓷。玻璃相為主的玻璃陶瓷具有良好的美學性能,隨著晶體數量的增加,其強度越來越高,但透明性變差。
該種分類方法暗示了陶瓷成分與適應癥的關系。然而,隨著當前多晶陶瓷微結構的發展,更多的更多的半透明氧化鋯和更堅固透明性下降的玻璃陶瓷的問世對該概念提出了挑戰。工業中陶瓷技術的根本發展:這些材料的制造過程已經從天然成分(即長石)轉變為合成陶瓷。
● 按照全瓷材料的化學組成和微觀結構的不同進行分類,將全瓷材料分為以下三大類:玻璃基陶瓷、多晶陶瓷以及樹脂基陶瓷材料。樹脂基陶瓷材料與傳統的陶瓷材料相比,由于含有有機物支架而具有特殊的性能,它有以下優勢:與牙本質的彈性模量更接近;降低了材料的脆性和硬度,更易切削;更便于使用樹脂修補;調改后不影響強度,臨床操作簡便;對天然牙的磨耗遠小于玻璃陶瓷;不需要熱加工處理,其設計和制作可在椅旁完成。
伴隨著對氧化鋯材料結構以及加工方式研究的進展,氧化鋯的性能逐漸提升,臨床應用也更加廣泛,如用作人工髖關節,以及我們更加熟知的口腔修復體。
氧化鋯的結構和特點
氧化鋯是一種存在單斜晶型(m)、四方晶型(t)和立方晶型(c)3種形式的多晶材料,在一定溫度條件下會相互發生轉換。當燒結氧化鋯冷卻至室溫時,由于晶體結構發生轉變(由四方相轉變為單斜相),而單斜晶型的晶胞體積比四方晶型多約4%,氧化鋯內部會產生裂紋,降低氧化鋯的機械強度。加入穩定氧化物如CaO、MgO、CeO2、Y2O3可穩定此過程,加入氧化釔的氧化鋯陶瓷具有特有的應力誘導相變增韌效應,使其具有極佳的機械性能,抗彎強度可達900~1200Mpa。另一種在室溫下穩定四方相氧化鋯的方法是減小晶粒尺寸(平均臨界晶粒尺寸<0.3μm)。<>
在實際應用當中為獲得所需要的晶形和使用性能,通常加入不同類型的穩定劑制成不同類型的氧化鋯陶瓷,氧化鋯陶瓷根據其微觀結構可以分為三種類型:完全穩定的氧化鋯(FSZ)、部分穩定的氧化鋯(PSZ)、四方氧化鋯多晶體(TZP)。如當穩定劑為CaO、MgO、Y2O3時,分別表示為Ca-PSZ、Mg-PSZ、Y-PSZ等。用于牙科材料的氧化鋯為氧化釔穩定的四方多晶氧化鋯(Y-TZP)
氧化鋯陶瓷材料具有良好的美學性能、很好的生物相容性以及優異的韌性、強度和抗疲勞性,此外還具有優異的耐磨性。而氧化鋯最主要的缺點是粘固過程中涂層材料的磨損,影響著陶瓷的強度和界面結合的緊密性。氧化鋯的化學惰性也會影響粘接效果,進而影響修復體的功能。全輪廓氧化鋯修復體有著不透明、在體內發生低溫降解。氧化鋯的表面處理
目前臨床上常用的陶瓷粘接劑主要可分為4類:樹脂類粘接劑、玻璃離子類粘接劑、樹脂加玻璃離子類粘接劑、磷酸鹽類粘接劑。其中樹脂類粘接劑主要依靠化學粘附及機械嵌合,玻璃離子類粘接劑為物理機械性粘接,磷酸鹽類粘接劑則以機械嵌合固位為主。其中樹脂類粘接劑占主導地位。
陶瓷表面處理可提高與樹脂之間的粘接力,常見的陶瓷表面處理主要分為機械方法及化學方法。總體來看,噴砂、蝕刻技術和硅烷偶聯劑是最常見的方法,但由于氧化鋯陶瓷為多晶陶瓷,不含玻璃基質,酸蝕作用有限,學者們通過改變氧化鋯表面粗糙度、成分等來改善其機械鎖合及化學粘接性能。
● 噴砂:研磨或噴砂會使表面發生由四方向單斜的轉變,從而使單斜氧化鋯晶體含量急劇增加。高速運動的氧化鋁顆粒對氧化鋯表面強烈沖擊的過程,目的是形成粗糙、濕潤的粘接面。多項實驗證明,使用50μm的氧化鋁顆粒,在小于0.25MPa的壓力下進行噴砂,是最為適合的選擇,可以提升氧化鋯全瓷與樹脂粘接劑之間粘接的強度和耐久性。
● 偶聯劑:通過共價鍵來實現各個界面之間的牢固結合,目前主要有含10-甲基丙烯酰氧癸基磷酸酯(10-MDP)成分的底漆和硅烷底漆兩大類。
● 激光刻蝕:改善氧化鋯全瓷表面的微觀力學性能,利于在氧化鋯表面與樹脂之間形成微觀機械連接,提高氧化鋯全瓷的粘接效果。
氧化鋯的臨床應用
① 氧化鋯底冠加飾面瓷
研究發現,植入1年后氧化鋯修復體的生存率為95.3%,2年后為80.2%,是已知材料中較好的結果。臨床上造成氧化鋯修復失敗的主要原因是飾瓷的崩裂。雖然飾瓷具有較好的美學效果,但氧化鋯基瓷貼面修復體的瓷崩裂概率較高(三年后為6%-25%),高于玻璃全瓷修復體或者金屬烤瓷修復體。斷裂韌性、彎曲強度、熱膨脹系數和彈性模量等的不匹配會影響飾瓷與氧化鋯的結合。
隨著材料的發展,新型的高透性全鋯修復體不斷出現,改進了氧化鋯材料的透明度。如2014年推出PRETTAUANTERIOR(Zirkonzahn),具有與二硅酸鋰玻璃陶瓷同樣的透光性,且強度遠高于玻璃陶瓷(>670MPa),可很大程度地取代玻璃陶瓷作為前牙的美學修復。
全鋯修復體與傳統的氧化鋯底冠加飾面瓷相比,備牙量更小,保留了更多的牙體組織,同時避免了崩瓷造成的修復失敗,進一步提高修復成功率。
② 氧化鋯樁核冠
氧化鋯陶瓷材料具有較好的生物兼容性和不透射性,彈性和硬度也比較好。金屬材質穩定性和機械強度較好,但容易斷裂、受到腐蝕,且臨床核磁共振有偽影。采用氧化鋯樁核進行修復,牙體完整程度、顏色等方面的遠期效果比較好,且修復后的樁核冠損傷少。
纖維樁核呈現半透明性,耐腐蝕性較好,與自體牙齒相似度極高,近年來常應用于前牙修復。出現大面積牙體缺損時,咬合力度要求高使得二氧化鋯樁核特有的金屬機械性優勢體現出來。有研究發現,在修復大面積牙體缺損方面,二氧化鋯樁核冠優于纖維樁樹脂核,對于咬合力度不大的小面積缺損如上頜前牙的修復材料,可選取纖維樁樹脂核。
③ 氧化鋯基臺
氧化鋯基臺與金屬相比具有較低的表面自由能和表面潤濕性,因此減弱了細菌的附著力,降低植入物周圍疾病的風險。氧化鋯基臺更符合患者的美觀要求,生物相容性較好。鈦和金屬基臺可能會透過種植體周圍軟組織顯露,導致邊緣組織變灰,美學效果較差。
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