中國粉體網訊 氧化鋯陶瓷,由于具有較高的強度和韌性,被譽為“陶瓷鋼”,既可滿足修復體所需的機械性能,又一定程度上滿足了修復美學要求,臨床上可用于氧化鋯飾面瓷全冠的基底冠制作,也可直接作為氧化鋯全冠應用于口腔修復。
與此同時,如何使這擁有優(yōu)異機械性能的牙科材料再具備完美的美學效果,是部分學者和醫(yī)師追求的目標。當修復體的顏色與形態(tài)可比擬天然牙后,同時擁有較一致的半透明性才能使修復體栩栩如生。
那么如何提高義齒用氧化鋯陶瓷的半透性呢?我們先從其影響因素說起。
影響氧化鋯半透性的因素
1、晶粒的直徑
晶粒的大小影響透射率。當晶粒的直徑更接近可見光波長在380~780nm時,會產生最大的光吸收,導致透光率低;當晶粒尺寸小于入射光波長時,透光率高。直徑小而均勻的顆?梢詫崿F(xiàn)致密排列,從而增加材料密度,減少氣孔數(shù)和減小孔徑,這對材料半透性的改善具有決定性影響。
(齒科用氧化鋯陶瓷粉,來源:山東國瓷)
2、添加穩(wěn)定劑種類
透射率受添加相的直接影響小,而是改變氧化鋯陶瓷的相對密度、晶粒直徑來調節(jié)陶瓷的半透明性。添加相的存在也可能使氧化鋯陶瓷的光學均勻性發(fā)生改變,即增加了陶瓷微觀結構的成分。
3、添加著色劑種類
天然牙有一定的顏色,因此燒結后的氧化鋯塊也需要呈現(xiàn)出與天然牙相匹配的顏色。鐠離子使氧化鋯呈黃色,鐵離子使氧化鋯呈褐色等。
4、立方氧化鋯的占比
市面上的氧化鋯產品,大致可依據立方氧化鋯的占比分為傳統(tǒng)氧化鋯、半透氧化鋯、高透氧化鋯及超透氧化鋯。氧化鋯的立方相占比越高,產品越透明。通過添加更高比例的氧化釔來穩(wěn)定氧化鋯成分可實現(xiàn)更高的立方相占比。
不同類型氧化鋯透光性能對比
5、氣孔
半透明陶瓷應在燒結過程中盡量減少氣孔。由固相燒結法得到的一般氧化物陶瓷,即使密度較高,通常也并不透明,這是由于晶粒在燒結的最終階段快速生長,形成了散在的封閉氣孔。應采用真空燒結、微波燒結等同樣是優(yōu)化熱處理,減少氣孔。
6、燒結制度
上面提到了氣孔對透光性的不利影響,較高的燒結溫度可以減少氣孔數(shù)量。隨著溫度的升高,陶瓷逐漸致密化,晶粒直徑增大,陶瓷的透光率增加。然而,燒結溫度仍需控制在合理范圍內。除了燒結的溫度,也需要控制加熱速率,以確保整個材料均勻受熱,控制晶體的生長速率和尺寸,達到減少氣孔的目的。最終燒結溫度和保溫時間直接影響燒結密度,并影響材料的透光率。
提高氧化鋯陶瓷半透明性的方法
1、采用納米陶瓷粉末
近幾年出現(xiàn)了納米級氧化鋯粉體,如日本TOSOH公司推出的氧化鋯粉體直徑為40nm、90nm。由于粉體粒度小,粒度差別小,粉粒擴散路徑均勻,燒結時氣孔擴散的路程被縮短,易排除氣孔使3Y-TZP陶瓷結構均勻。因為納米級氧化鋯粉的應用,使得改善3Y-TZP陶瓷的半透明性有了新的研究進展。另外在氧化鋯構筑的微孔隙支架上滲入其他復合材料如熔融玻璃,能顯著提高半透明性。
2、升溫速率
王宇華就升溫速率對氧化鋯陶瓷半透明性的影響做了研究,發(fā)現(xiàn)使用波長為380-720nm的可見光照射下,升溫速率為100℃/h組陶瓷的透射率較高,為7.904%,全光透射率也較高,為26.66%。隨著升溫速率的提高,試件的全光透射率呈下降表現(xiàn)。電鏡結果顯示,升溫速率在100℃/h時,粒徑范圍在250-350nm居多,且大小較均勻。實驗還發(fā)現(xiàn)隨著升溫速率的提高,晶粒的大小呈現(xiàn)兩極分化狀態(tài)。升溫越快,越容易出現(xiàn)較大和較小的顆粒共存的情況。
3、添加氧化物穩(wěn)定劑
部分穩(wěn)定的氧化鋯四方相晶體(t-ZrO2)目前在口腔修復學領域廣泛應用,t-ZrO2在1173℃-2370℃時穩(wěn)定存在,若加入氧化物穩(wěn)定劑如Y2O3時,四方相晶體可以在常溫下穩(wěn)定存在。穩(wěn)定的t相晶體具有出色的力學性能。
4、真空環(huán)境
氧化鋯在真空的環(huán)境下燒結時,氣泡易從熔融狀態(tài)的瓷體中排出,提高了氧化鋯的致密度,從而增加了氧化鋯的半透明性。
5、利用熱等靜壓技術
熱等靜壓技術(HIP)是一種使陶瓷粉末在燒結過程中不斷致密化的技術。HIP主要用于消除燒結體中的剩余氣孔從而提高材料性能。在HIP作用下,晶界開始擴散移動,隨之氣孔被動的不斷的沿著晶界做擴散運動,并相互融合、消失;氣孔在表面張力的作用下球化而成球形,并不斷地減小直至消失。宏觀表現(xiàn)為燒結試樣的致密度不斷增大,幾乎達到理論密度。
6、微波燒結
微波燒結是一種整體加熱,材料把吸收的微波能轉化為材料內部分子的動能和勢能,使材料所有分子能同時運動、均勻的加熱。在整個加熱的過程中,材料內部的溫度梯度無或較小,所以材料內部的應力能減少到最小,這樣即便升溫速率很高也較少導致材料的開裂。
參考來源:
[1]田正宇,王劍.超透氧化鋯修復體的臨床應用現(xiàn)狀
[2]史也,吳效民.氧化鋯全瓷修復體顏色再現(xiàn)的影響因素
[3]林冰等.牙科氧化鋯陶瓷半透明性的影響因素及提高方法的研究進展
(中國粉體網編輯整理/山川)
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