粘结瓷粘结机制和对微弧氧化后钛瓷结合影响的研究

摘要

目前钛以其优良的性能在口腔临床得到日益广泛的应用。但由于钛瓷结合强度无法达到传统烤瓷合金的金瓷结合水平，从而限制了钛作为烤瓷合金在临床的广泛应用。研究表明，造成钛瓷结合强度较低的主要原因有钛的高温氧化性和钛瓷间热膨胀系数的不匹配。为此各大瓷粉厂商纷纷推出了低熔点，低热膨胀系数的纯钛专用瓷粉，期望解决钛瓷结合强度较低的问题。与传统瓷粉系统相比，钛专用瓷粉系统首次引入了粘结瓷。在钛瓷系统中，粘结瓷与钛基底直接接触，成为影响钛瓷结合的重要因素。但粘结瓷的作用尚存在一定争议。微弧氧化技术可在钛表面形成陶瓷性氧化膜，该膜与基底呈冶金结合，结合强度高。其内层致密，可阻止烤瓷过程中钛基底继续氧化；外层多孔，可增加与瓷的接触面积；同时可通过调整电解液改变膜的性质和成分，增强与瓷粉的化学结合，是一种理想的中间层。以往研究表明微弧氧化处理可有效提高钛瓷结合强度。以往的研究多集中于微弧氧化参数的调节，而钛瓷结合的过程是钛与钛专用瓷粉之间相互作用的结果。目前市场上的钛专用瓷粉之间有着较大的差异，因此选择适合微弧氧化使用的钛瓷粉有着重要的意义。
　　本论文在对粘结瓷的粘结机制进行研究的基础上，研究适合微弧氧化技术的钛瓷系统。通过不同品牌粘结瓷作用的对比，探讨不同粘结瓷对钛瓷结合的影响及其作用机制；观察粘结瓷对微弧氧化后金瓷结合的影响，分析粘结瓷在微弧氧化后的作用，筛选适合于微弧氧化技术的瓷粉。
　　方法：本实验选用Super porcelain Ti22（Noritake日本），Duceratin Kiss（Dentsply美国），Titankeramik（Vita德国）三种纯钛专用瓷粉。这三种瓷粉均为当前主要瓷粉厂商的主要产品，因此具有良好的代表性。通过SEM/EDS分析三种粘结瓷的微观形貌和主要化学成分与含量，评价瓷粉基本理化性能。将纯钛试件喷砂处理后分别涂布上述三种瓷粉，每种瓷粉又分为涂布粘结瓷组和未涂布粘结瓷组。根据ISO9693标准，利用三点弯曲测试钛瓷结合强度，作为主要评价指标；利用SEM/EDS观察分析钛瓷结合界面﹑钛瓷分离面和氧元素侵入钛基底的范围。结合瓷粉的化学成分，分析粘结瓷对钛瓷结合的影响及其作用机制。
　　对钛试件进行微弧氧化处理，电解液由去离子水和Na2SiO320g/l﹑NaOH2g/l配置而成。利用SEM/EDS分析钛瓷结合界面和氧元素侵入范围；分析三种粘结瓷对微弧氧化后钛瓷结合的影响，筛选适合于微弧氧化的瓷粉。
　　结果：SEM观察三种粘结瓷微观形貌发现，三种粘结瓷粉粒度分布不均。瓷粉中既有十几甚至几十微米的大颗粒，也有几个微米的小颗粒存在。EDS分析瓷粉的化学成分发现，三种粘结瓷均是以SiO2为基质再混合以其他金属氧化物熔制而成。但三种粘结瓷所含金属氧化物的种类和相同种类氧化物的含量均存在较大差异，说明三种粘结瓷的性能存在差异。
　　喷砂后三种瓷粉涂布和未涂布粘结瓷组三点弯曲测试结果显示，SuperTi22和DuceratinKiss两种粘结瓷能够显著提高钛瓷结合强度，Titankeramik涂布粘结瓷组结合强度略高于其未涂布组，但无统计学差异。说明三种粘结瓷均能不同程度的提高钛瓷结合强度。钛瓷结合界面的SEM/EDS结果显示，SuperTi22和DuceratinKiss涂布粘结瓷组钛瓷结合紧密，无明显孔隙，线扫描氧元素曲线在通过钛瓷界面后迅速下降。说明这两种粘结瓷具有良好的润湿性，熔融时能形成完整的不透气的保护膜，阻止氧元素向钛基底的扩散。而Titankeramik涂布粘结瓷组钛瓷界面有较多孔隙出现，氧元素曲线在通过钛瓷界面后下降缓慢，提示氧元素在钛基底有较大范围的扩散，形成过厚的氧化膜。同时，三种粘结瓷化学成分的差异提示钛瓷间的化学结合存在较大差异。
　　钛试件微弧氧化处理后与三种瓷粉的三点弯曲测试结果显示，SuperTi22和DuceratinKiss两种粘结瓷依然能够显著提高钛瓷结合强度，Titankeramik涂布粘结瓷组钛瓷结合强度略高于其未涂布组，但无统计学差异，说明粘结瓷在微弧氧化后依然能不同程度的发挥作用。其中，SuperTi22微弧氧化后涂布粘结瓷组显示出良好的结合性能，较适合于微弧氧化技术。钛瓷结合界面SEM/EDS结果显示，钛瓷结合界面得到明显改善，仅Titankeramik涂布和未涂布组可见少量孔隙。元素线扫描显示，微弧氧化后涂布粘结瓷组对氧元素的扩散有良好的控制作用。
　　结论：三种粘结瓷化学成分存在较大差异，提示粘结瓷性能有较大差异。三种粘结瓷均可不同程度的提高钛瓷结合强度。对钛瓷结合改善的程度，与粘结瓷的润湿性和与钛基底不同的化学结合有关。粘结瓷在微弧氧化后依然能发挥增强钛瓷结合的作用。而SuperTi22钛瓷粉在钛试件微弧氧化后与钛基底结合强度较高，较适合于微弧氧化技术。

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缩略语表

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前言

文献回顾

1 钛瓷结合的研究进展

2 粘结瓷的研究进展

3 微弧氧化技术

正文

实验一 三种粘结瓷的理化性能观察

1 材料和方法

2 结果

3 讨论

实验二 三种粘结瓷对钛瓷结合强度的影响

1 材料和方法

2 结果

3 讨论

实验 三 粘结瓷对微弧氧化后钛瓷结合的影响

1. 材料和方法

2结果

3 讨论

小结

参考文献

附 录

个人简历和研究成果

致谢