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稀土元素在牙科氧化锆陶瓷着色中的应用及影响
2018月05月15日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:56
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钇稳定氧化锆是我们在日常生活中很常见的一种陶瓷材料,具有极佳的室温力学性能,同时还具有生物安全性和低热导率,因此成为了理想的牙科修复陶瓷材料。但它若不经着色处理,呈现出的是白垩色,没办法满足临床上对牙齿配色的要求。

 

为了达到天然牙的呈色效果,临床上使用时会对材料进行着色处理。稀土元素具有独特的光学性能,发色性好、呈色稳定,在陶瓷领域已有广泛的运用,但在运用于牙科材料着色时,需考虑到符合天然牙的色度范围,加之部分元素本身性能的限制,目前应用于牙科着色的稀土元素并不多,主要为CePrErNd等。

上图中作为基底材料的氧化锆为淡黄色,与饰面材料组合呈现出自然牙效果

 

一、稀土着色剂的上色方式

 

1.浸泡着色法

为了使临床所使用的修复体达到仿天然牙的呈色效果,临床上多采用预烧体浸泡法对其进行外染着色,即对预烧结后的氧化锆坯体进行外着色。采用染色液染色方法操作简单,但容易着色不均匀,受操作影响较大。


目前市面上很多染色液产品其主要着色成分都为稀土元素,如国内爱尔创公司申请的染色液专利,其中制备着色溶液的着色剂就选自PrCeErNd中的两种或两种以上稀土金属离子的化合物。

染色液浸泡后的氧化锆义齿剖面图(图源:爱尔创官网)


2.粉体混合法

粉体混合法(预成着色法)是在氧化锆高温烧结前将着色剂与初始粉体混合进行着色,高温下着色离子以固溶形式进入ZrO2晶格而呈色,包括机械化学法、非均匀沉淀法等。


此法避免了浸泡着色时因预烧体厚度、显微结构及临床着色工艺等各因素不一而导致的着色不均,且对材料的明度影响较小。但因着色剂掺杂时对氧化锆粉体的改性,从而影响烧结后材料的性能。

不同上色方式对比(B2C2D2色的色差逐渐增大)

 

二、稀土元素着色对材料的性能影响研究

临床上对牙科陶瓷具有两项重要要求,一是力学性能;二是生物安全性。氧化锆陶瓷在这两方面的表现都较为优秀,但是掺杂着色剂后,对其材料晶相及密度等性质均有一定影响,因此在使用稀土着色剂对其进行美化的同时,需最大程度地减少对材料性能的影响。

 

1.对材料力学性能的改变

研究表明,人类后牙区的最大咬合力可达到700 N或更高,因此临床修复体应用的陶瓷材料其弯曲强度应在800 MPa以上为佳。根据目前的研究结果看来,添加的微量成分会对氧化锆的机械性能产生一定的影响,但只要合理控制着色氧化物的含量,不会影响其临床效果,有时部分着色剂还会增加其机械性能。

 

举例:Shah等以1wt.%5wt.%10wt.%的乙酸铈和氯化铈两种铈盐溶液为染色液对氧化锆试件进行外染,着色后材料平均密度与未着色组相当,晶格常数及晶粒尺寸略微增大,弯曲强度随溶液浓度增大而降低

 

2.着色后材料细胞毒性的研究

医学生物材料在临床应用之前,需要经过科学的生物安全性检测,细胞毒性是生物安全性的重要指标之一。用于牙科全瓷材料着色的稀土元素主要为轻稀土族,尽管轻稀土可能存在某种毒性,但低浓度的轻稀土具有显著的抑癌、抗诱变作用,且其作为着色剂的添加是极其微量的。

 

举例:黄慧等采用四氮唑盐比色法(MTT),测试了3种稀土氧化物着色剂CeO2Pr6O11Er2O3着色后氧化锆陶瓷瓷块浸提液的细胞毒性,发现各实验组的毒性评级为0-I级,达到临床应用的生物安全要求,可见微量着色剂的添加并未影响材料的生物安全性。

 

资料来源:

1. 稀土元素在牙科全瓷材料着色中的应用与研究现状,吴南,石连水,王臻石著。

2. 牙科用氧化锆陶瓷材料着色的研究进展,杨晓芳,母瑞红著。

 

粉体圈小榆整理


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