纯钛烤瓷的基础研究

【摘要】： 金属烤瓷修复基底冠普遍使用的镍铬合金对人体有潜在毒性,抗腐蚀能力较低。金合金基底冠虽好,但价格高昂,难以普及。钛金属生物相容性优异,价格适中,钛烤瓷修复既美观又安全。虽然国际上已有几个品牌的钛瓷产品,但其结合强度尚不理想,且价格昂贵,难以推广应用。本研究在课题组已成功开发钛粘结瓷和钛遮色瓷的基础上,进行了配套的低熔点低热膨胀系数的钛体瓷的研制,同时对钛瓷结合机理进行了探讨,为进一步加强钛瓷结合强度奠定基础,为我国钛瓷修复体的广泛应用创造条件。具体研究结果如下: 1.以硅酸盐玻璃系为基料,通过添加碱金属氧化物使硅氧网络发生断裂,出现非桥氧,硅氧四面体失去原有的完整性和对称性,使玻璃熔点降低;通过调整SiO2的含量、混合碱效应以及Al2O3和B2O3的补网作用来对抗加入碱金属后玻璃力学性能的下降以及热膨胀系数的升高,保证了玻璃获得足够的强度以及与自研钛遮色瓷相匹配的低热膨胀系数。通过电镜观察和X射线衍射分析可以确定GGL钛体瓷为不含晶体的均质玻璃体,这与实验中选做参照的两种国外同类产品相似;自研钛粘结瓷和遮色瓷的平均热膨胀系数分别为8.29×10-6/℃和8.9×10-6/℃,本实研制的GGL体瓷的平均热膨胀系数为8.1×10-6/℃,与上述的内部瓷层相匹配,冷却过程中引起的残余应力在可接受范围内;所获得的自研钛瓷粉三点弯曲钛瓷结合强度为36.42±1.05 MPa,与选做参照的Super porcelain TI-22相似。 2.通过观察在不同烧结气氛、烧结温度和烧结时间中GGL钛体瓷的力学性能和烧结性能的变化,对其烧结工艺进行了优化,初步确定其烧结工艺为真空环境下760℃烧结3min。在此条件下GGL钛体瓷的的抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别为85.24±1.82 MPa、1.03±0.04 MPa/m1/2和412.80±13.83 kgf/mm2,这些瓷粉基本性能已经达到或超过国外同类产品水平。 3.实验还观察了自研系列钛瓷粉与钛的结合强度在pH2.7、pH7.0/ F-100 ppm和pH2.7/ F-100 ppm的人工唾液中,37℃条件下浸泡1小时、1天、7天和30天的变化,初步观察了口腔应用氟制剂对钛瓷修复体的影响。实验结果显示在pH2.7/ F-100 ppm条件下,自研钛瓷粉与钛的结合强度在7天时有所降低(24.68±2.05 MPa),但同样条件下在1天之内钛瓷结合强度并未发生降低。口腔使用含氟制剂后24h唾液中的氟离子浓度基本降低至0,因此初步说明戴用钛瓷修复体的患者可以放心使用氟制剂牙膏。 4.在以上研究的基础上,为进一步加强自研系列钛瓷粉钛瓷结合强度以及探讨钛瓷结合机理,对自研钛粘结瓷中Sn元素的含量进行了调整,通过钛瓷结合强度测定、界面形貌观察以及界面元素分析的实验结果,证明粘结瓷中SnO2含量的改变,可影响钛瓷结合强度以及钛瓷界面的元素分布,当粘结瓷中SnO2含量为15%时钛瓷结合强度最高,可达39.46±1.20 MPa,钛瓷界面出现高Sn含量的小球,认为Sn元素可能在钛瓷结合中起到一定的作用。 5.为进一步观察Sn元素在钛瓷界面间的作用,应用溶胶-凝胶技术在钛瓷界面间引入Sn2+离子。通过差热失重分析、X射线衍射分析以及红外光谱分析,对引入钛表面的SnO凝胶膜在不同热处理温度下的性质进行了分析,表明热处理高于500℃后,SnO凝胶膜化学组成不再发生变化,全部转化为SnO2;热处理温度为300℃时SnO凝胶中的已经形成,由四方相SnO和四方相SnO2组成,认为300℃是SnO凝胶膜最适热处理温度。钛瓷三点弯曲结合强度结果显示SnO凝胶热处理温度为300℃时,钛瓷结合强度最高(38.36±1.48 MPa),结合凝胶膜性质分析,其原因是SnO降低了钛表面过度氧化;同时根据对钛瓷界面的元素扫描结果的分析,推测Sn参与了钛瓷间的反应,并且对钛瓷结合强度产生了一定的影响。