牙齿的损坏和缺失，这不仅影响人们正常的咀嚼功能，而且影响容貌美观。随着现代科技的进步和人民生活水平的提高，齿科修复材料的发展经历了金属材料、高分子材料和生物陶瓷材料三个主要阶段。

金属烤瓷和全瓷材料是目前最主要的两种齿科修复陶瓷。但金属烤瓷有诸多缺点：

①金属与陶瓷存在热膨胀系数不匹配造成金瓷结合性能不好，易出现烤瓷剥落现象；

②金属属于不透明物质，使修复体半透明度较低，影响修复冠的美观；

③金属烤瓷义齿会影响头颅核磁共振和X射线检查等。

全瓷修复材料的优势：

①不存在金属内冠，陶瓷属于惰性材料，具有良好的生物相容性；

②全瓷修复体由于陶瓷内冠和瓷粉结合属于瓷瓷结合从而结合性能较好，很少出现崩瓷现象；

③由于陶瓷内冠色泽接近基牙，因此修复体半透明度较好，得到的修复体美观逼真。

图1 金属烤瓷牙和氧化锆全瓷牙

根据使用基材的不同，齿科全瓷材料可以分为氧化铝陶瓷、氧化硅陶瓷、氧化锆陶瓷等。在诸多全瓷修复材料中，氧化锆陶瓷由于存在特殊的应力诱导相变增韧效应，使其力学性能远高于其他全瓷修复材料，同时其还具有较低的导热系数、良好的抗腐蚀、较高的透光度和极佳的生物相容性等优势，成为目前制作全瓷牙冠和桥的主流材料。

1. 医用氧化锆陶瓷的稳定

氧化锆陶瓷中常用的稳定剂为稀土及碱金属氧化物，如：氧化钇、氧化钙、氧化镁、氧化铈等。稳定剂在氧化锆陶瓷中的稳定机理研究并不明朗，通常认为是稳定剂中阳离子与Zr⁴⁺两者离子半径相差不超过40%时形成置换固溶体。形成的置换固溶体能够阻碍四方相氧化锆自发向单斜相转变，使四方相氧化锆能够稳定存在于室温下。加入不同摩尔分数的稳定剂，可获得不同稳定类型的氧化锆陶瓷。若使部分四方相氧化锆稳定于室温，则为部分稳定氧化锆（PSZ）；若使四方相氧化锆陶瓷全部稳定于室温，则为四方氧化锆陶瓷多晶体（TZP）；若使立方相氧化锆全部稳定于室温，则为全稳氧化锆陶瓷（FSZ）。其中部分稳定氧化锆和四方相氧化锆多晶体含有可发生马氏体相变的四方相，因而具有增韧效果。

2. 医用氧化锆陶瓷的成型

氧化锆陶瓷成型就是将氧化锆陶瓷粉体通过模具成型变成一定几何形状的成型体。氧化锆陶瓷粉体成型目前有两种方法，分别是干法成型和湿法成型。

干法成型工艺的代表为“等静压成型”和“模压成型”。

干法成型工艺优点：工艺较简单，适合工业化大批量生产；缺点：成型后的氧化锆透光率较低，性能不稳定。

湿法成型工艺的代表为“注浆成型”。

湿法成型工艺优点：生产出来的氧化锆瓷块烧结后透光性好，整体力学性能较高；缺点：整个生产工艺复杂，不适合工业化大批量生产。

（1）模压成型

模压成型是将氧化锆粉体倒入精密钢模中，依靠外部压力实现成型。

图2 模压成型示意图

这种方法操作简单，生产效率高，适合大规模工业化生产。但模压成型生产尺寸较厚的坯体有较差，模具磨损大，成本高。由于径、轴方向的压力分布不均匀，成型后的坯体常出现分层、裂纹等缺陷。

（2）等静压成型

等静压成型是通过液体介质施加压力得到成型体。

图3 等静压成型示意图

由于液体具有各向同性的优点，因此等静压成型后的氧化锆成型体密度均匀，致密度高，外观良好。等静压成型体表面光滑，不会出现掉角或裂纹等缺陷，但是等静压成型是在高压容器中进行，能耗大，设备维护费用高。由于上述特点，等静压成型仍是目前工业生产中最主要的一种成型方法。

（3）注浆成型

注浆成型为将具有一定流动性的氧化锆料浆注入多孔石膏模具中，通过石膏模具将料浆中的水分排出，石膏模具内表面的形状即为成型体的形状。

图4 注浆成型示意图

石膏模具的气孔大小非常关键，气孔太大排水过快，成型体容易开裂，气孔太小排水过慢，容易造成成型体的强度过低，因此要选择具有适中气孔的石膏模具。

3. 医用氧化锆陶瓷的烧结

全瓷氧化锆牙冠的普遍制备方法是由氧化锆粉末通过模压成型和预烧结等过程获得氧化锆瓷块，然后进行二次烧结来提高其致密度和力学强度。烧结过程中伴随发生成型体内所含有机溶剂、粘合剂等成分的挥发和分解，陶瓷颗粒中的原子获得足够的能量进行迁移，陶瓷中的粉体颗粒能够相互黏结形成烧结颈，从而使得晶粒长大，晶界缩小，孔隙率降低，体积缩小而致密度提高，最后形成致密、坚硬的全瓷氧化锆陶瓷牙冠。

（1）烧结初期阶段

在此阶段氧化锆陶瓷颗粒开始发生粘结，颗粒间的接触点通过形核和晶粒长大等过程逐渐形成烧结颈，但颗粒的外形和内部晶粒并未发生明显的变化。此时陶瓷的线收缩率一般为2～3%左右，并无明显的致密化过程。

（2）烧结中期阶段

当粉末颗粒处于烧结中期时，随着烧结颈的逐渐长大，其内部的原子加速向颗粒间的结合面发生迁移，使得颗粒间的距离不断缩小，最终形成连续的孔隙网络。在整个过程中，晶粒的尺寸不断增加，颗粒的密度和强度都得到提高，整个成型体的线收缩率超过10%。

（3）烧结后期阶段

当烧结行为到达后期时，颗粒间的孔隙不断球化和缩小，大部分孔隙被分隔形成闭气孔，晶界上的物质继续向气孔处迁移，促使晶粒继续长大。在此阶段孔隙减少，收缩率进一步降低，陶瓷致密度非常高。

4. 医用氧化锆陶瓷的齿科陶瓷切削技术

计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM）即CAD/CAM技术是融合了数学、物理学、计算机图像识别和自动控制等多学科的先进制造技术。

图5 齿科CAD/CAM系统制作过程及真机

氧化锆内冠采用齿科CAD/CAM系统制作，具体的制作流程如下：

（1）采用数字激光扫描仪对口腔牙体或体外牙模进行扫描，直接获得牙冠数据；

（2）根据获得的牙冠三维数据采用专业设计软件在基牙上设计出良好形态的牙冠；

（3）根据预烧结氧化锆烧结体的二次烧结收缩率，将设计好的牙冠导入到相应规格尺寸的预烧结氧化锆烧结体中进行排版；

（3）将排版后的数据转化为刀具加工路径信息导入四轴联动数控机床，进行切削加工，制成全瓷义齿内冠；

（4）将制作好的氧化锆内冠放入高温结晶炉中进行烧结，达到所需要的强度和半透明度；

（5）最后将瓷粉用毛笔涂覆到氧化锆内冠上，放入烤瓷炉中进行上釉操作，使氧化锆牙冠美观逼真。

L-things 整理

参考文献：

[1] 熊峰. 医用氧化锆陶瓷成型体的制备、烧结及力学性能研究[D]. 南华大学, 2016.

[2] 戴宁. 口腔修复体造型关键技术研究及其应用[D]. 南京航空航天大学, 2006.

[3] 李伟,蒋丽,廖运茂. 牙科氧化锆全瓷材料[J]. 中国实用口腔科杂志. 2010,(8):455-457.

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