提高齿科用氧化锆陶瓷的半透性,这几点需要注意!


来源:中国粉体网   山川

[导读]  氧化锆陶瓷在临床上可用于氧化锆饰面瓷全冠的基底冠制作,也可直接作为氧化锆全冠应用于口腔修复。拥有较一致的半透明性才能使修复体栩栩如生,那么如何提高义齿用氧化锆陶瓷的半透性呢?

中国粉体网讯  氧化锆陶瓷,由于具有较高的强度和韧性,被誉为“陶瓷钢”,既可满足修复体所需的机械性能,又一定程度上满足了修复美学要求,临床上可用于氧化锆饰面瓷全冠的基底冠制作,也可直接作为氧化锆全冠应用于口腔修复。


与此同时,如何使这拥有优异机械性能的牙科材料再具备完美的美学效果,是部分学者和医师追求的目标。当修复体的颜色与形态可比拟天然牙后,同时拥有较一致的半透明性才能使修复体栩栩如生。


那么如何提高义齿用氧化锆陶瓷的半透性呢?我们先从其影响因素说起。


影响氧化锆半透性的因素


1、晶粒的直径


晶粒的大小影响透射率。当晶粒的直径更接近可见光波长在380~780nm时,会产生最大的光吸收,导致透光率低;当晶粒尺寸小于入射光波长时,透光率高。直径小而均匀的颗粒可以实现致密排列,从而增加材料密度,减少气孔数和减小孔径,这对材料半透性的改善具有决定性影响。


(齿科用氧化锆陶瓷粉,来源:山东国瓷)


2、添加稳定剂种类


透射率受添加相的直接影响小,而是改变氧化锆陶瓷的相对密度、晶粒直径来调节陶瓷的半透明性。添加相的存在也可能使氧化锆陶瓷的光学均匀性发生改变,即增加了陶瓷微观结构的成分。


3、添加着色剂种类


天然牙有一定的颜色,因此烧结后的氧化锆块也需要呈现出与天然牙相匹配的颜色。镨离子使氧化锆呈黄色,铁离子使氧化锆呈褐色等。


4、立方氧化锆的占比


市面上的氧化锆产品,大致可依据立方氧化锆的占比分为传统氧化锆、半透氧化锆、高透氧化锆及超透氧化锆。氧化锆的立方相占比越高,产品越透明。通过添加更高比例的氧化钇来稳定氧化锆成分可实现更高的立方相占比。


不同类型氧化锆透光性能对比


5、气孔


半透明陶瓷应在烧结过程中尽量减少气孔。由固相烧结法得到的一般氧化物陶瓷,即使密度较高,通常也并不透明,这是由于晶粒在烧结的最终阶段快速生长,形成了散在的封闭气孔。应采用真空烧结、微波烧结等同样是优化热处理,减少气孔。


6、烧结制度


上面提到了气孔对透光性的不利影响,较高的烧结温度可以减少气孔数量。随着温度的升高,陶瓷逐渐致密化,晶粒直径增大,陶瓷的透光率增加。然而,烧结温度仍需控制在合理范围内。除了烧结的温度,也需要控制加热速率,以确保整个材料均匀受热,控制晶体的生长速率和尺寸,达到减少气孔的目的。最终烧结温度和保温时间直接影响烧结密度,并影响材料的透光率。


提高氧化锆陶瓷半透明性的方法


1、采用纳米陶瓷粉末


近几年出现了纳米级氧化锆粉体,如日本TOSOH公司推出的氧化锆粉体直径为40nm、90nm。由于粉体粒度小,粒度差别小,粉粒扩散路径均匀,烧结时气孔扩散的路程被缩短,易排除气孔使3Y-TZP陶瓷结构均匀。因为纳米级氧化锆粉的应用,使得改善3Y-TZP陶瓷的半透明性有了新的研究进展。另外在氧化锆构筑的微孔隙支架上渗入其他复合材料如熔融玻璃,能显著提高半透明性。


2、升温速率


王宇华就升温速率对氧化锆陶瓷半透明性的影响做了研究,发现使用波长为380-720nm的可见光照射下,升温速率为100℃/h组陶瓷的透射率较高,为7.904%,全光透射率也较高,为26.66%。随着升温速率的提高,试件的全光透射率呈下降表现。电镜结果显示,升温速率在100℃/h时,粒径范围在250-350nm居多,且大小较均匀。实验还发现随着升温速率的提高,晶粒的大小呈现两极分化状态。升温越快,越容易出现较大和较小的颗粒共存的情况。


3、添加氧化物稳定剂


部分稳定的氧化锆四方相晶体(t-ZrO2)目前在口腔修复学领域广泛应用,t-ZrO2在1173℃-2370℃时稳定存在,若加入氧化物稳定剂如Y2O3时,四方相晶体可以在常温下稳定存在。稳定的t相晶体具有出色的力学性能。


4、真空环境


氧化锆在真空的环境下烧结时,气泡易从熔融状态的瓷体中排出,提高了氧化锆的致密度,从而增加了氧化锆的半透明性。


5、利用热等静压技术


热等静压技术(HIP)是一种使陶瓷粉末在烧结过程中不断致密化的技术。HIP主要用于消除烧结体中的剩余气孔从而提高材料性能。在HIP作用下,晶界开始扩散移动,随之气孔被动的不断的沿着晶界做扩散运动,并相互融合、消失;气孔在表面张力的作用下球化而成球形,并不断地减小直至消失。宏观表现为烧结试样的致密度不断增大,几乎达到理论密度。


6、微波烧结


微波烧结是一种整体加热,材料把吸收的微波能转化为材料内部分子的动能和势能,使材料所有分子能同时运动、均匀的加热。在整个加热的过程中,材料内部的温度梯度无或较小,所以材料内部的应力能减少到最小,这样即便升温速率很高也较少导致材料的开裂。


参考来源:

[1]田正宇,王剑.超透氧化锆修复体的临床应用现状

[2]史也,吴效民.氧化锆全瓷修复体颜色再现的影响因素

[3]林冰等.牙科氧化锆陶瓷半透明性的影响因素及提高方法的研究进展


(中国粉体网编辑整理/山川)

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