当前位置:首页 > 粉体资讯 > 粉体应用技术 > 正文
更好的氧化锆全瓷牙的制备关键:增强半透性
2021年06月09日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:219
0

目前,全瓷牙已经成为牙科修复材料的首选材料,除具备优异的力学性能外,还具备极佳的生物相容性,不会造成牙龈发言,对X光线也任何阻挡,其种类可以简单分为三种,即氧化锆全瓷牙、铸瓷牙和氧化铝全瓷牙。

在这三种材质中,氧化锆是最为坚固的一种,其断裂韧性比是氧化铝的两三倍,不易出现碎裂的情况;其次氧化锆与其他材质相比更加美观,还可通过上色、饰瓷等手段做到“以假乱真”,因此成为了最受欢迎的全瓷牙材质。

精益求精

不过人总得往高处走,牙科修复界也在追求性能更出众的修复材料。尽管氧化锆的性能已基本能满足人们的日常需求,但它依旧有一些不太理想的地方。比如说氧化锆虽然跟其他修复材料相比较为美观,但用作冠桥修复的材料时依旧会由于透光性能差而美学效果欠佳,因此临床应用中一般会在表面添加饰瓷加以掩盖。不过饰瓷的强度与氧化锆差距较大,导致崩瓷成为了氧化锆冠修复体失败的最常见原因之一。

全锆冠桥

俗话说靠人不如靠己,如果氧化锆陶瓷本身能够更帅气一些,那是不是就不需要借助外力了?因此随着材料技术的进一步发展,业界开始研究如何做出更透明的超透氧化锆材料。

影响氧化锆半透性的因素

顾名思义,超透氧化锆就是一种兼有陶瓷材料固有的耐腐蚀、耐高温及绝缘性的特性,又有着近似玻璃陶瓷般的光学性能的新型材料。它与普通氧化锆陶瓷的区别,主要集中在以下几点:

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380~780 nm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。

有研究发现,对于晶粒尺寸82 nm、厚度1.3 mm的氧化锆陶瓷,其半透性良好;而随着厚度增加到1.5和2.0 mm时,为了使材料保持同样半透性,晶粒尺寸需分别降至77和70 nm。当晶粒尺寸减小到亚微米或纳米级时,不透明的多晶陶瓷可以制成半透明。不过要注意,晶粒尺寸的增减都会影响氧化锆陶瓷的强度。

2.添加相的种类与量

添加相可以改变氧化锆陶瓷的相对密度和粒径,增加陶瓷微结构的组成,改变氧化锆陶瓷的光学均匀性,影响陶瓷的半透性。以氧化钇作为稳定剂的3Y-四方氧化锆多晶体有良好的强度和韧性,以及优异的稳定性和耐磨性。典型的3Y-TZP由5.18%钇(3mol%)和>90%四方氧化锆组成。随着钇含量增加,氧化锆的立方相和半透性增加。

来源:ceramagix

美国3M公司在2014年介绍了一种含7.10wt%钇的半透明氧化锆粉末,平均晶粒尺寸为150 nm,含75%四方氧化锆和25%的立方氧化锆。增加立方相的数量,减小晶粒尺寸可使实验材料更加透明。日本Tosoh公司也采用了同样方式制备半透明氧化锆-Zpex Smile。然而,由于相变增韧程度的降低,其弯曲强度和断裂韧性相对于部分稳定四方氧化锆下降了1/2~2/3。现今,已有含8mol%钇的氧化锆成品应用于临床。

3.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。这是由于氧化锆四方相因其双折射性质,折射率在不同的晶体方向上是各向异性的;光在晶界处发生反射和折射现象,透光率降低,使得四方相透光性较差。而各向同性的立方氧化锆减少了来自晶界的光散射。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。

4.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。氧化锆晶体具有2.20折射率而空气只有1.00的折射率,光线在穿过氧化锆材料时遇到气孔发生散射气孔将成为散射的中心。

有研究证明,如果气孔的存在率从0.85%降低到0.25%时,透光率将增加33%。优化热处理过程是减少气孔的有效方法,美国3M公司LAVA氧化锆全陶瓷材料就采用热等静压烧结法,致密其内部结构,减少了气孔的数量,降低了光的散射,从而获得更高的半透性。HARIANAWALA等认为,超透氧化锆的孔隙需控制在纳米级别。

5.烧结温度

气孔越少,陶瓷透明度就越高,而较高的烧结温度可以减少气孔数量,因此随着温度的升高,陶瓷逐渐致密化,晶粒直径增大,陶瓷的透光率也会随之增加。

然而,烧结温度仍需控制在合理范围内,因为在烧结接近完成时若继续升高温度,晶界可能产生二次再结晶,把气孔等杂质包入晶体内部,致密度不再提高,小气孔容易并入低压的大气孔内,使大气孔越来越大,烧结体出现膨胀现象。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。

超透氧化锆的应用

不过超透氧化锆优良的半透性是以削弱强度为代价的,这是由于立方相是一种各向同性但较为脆弱的相位,随着立方相含量的增加,相变增韧能力减少,强度和韧性下降。而牙科陶瓷用于制造≥4个单元的修复体所需的最小断裂韧性为5MPam1/2,而平均断裂韧性为4.82MPam1/25Y-PSZ超透氧化锆只能用于≤3个单元的修复体。因此,超透氧化锆不被推荐用于≥3个单位的后牙修复,其更适合作为前牙微创修复的手段,例如其可以将贴面厚度降至0.1~0.3 mm并保持良好的机械性能,相比于玻璃陶瓷修复体可以保留更多牙体组织。

超透氧化锆(来源:ceramagix)

不过超透氧化锆对低温老化的抗性较高,这是因为氧化钇可与氧化锆形成稳定的固溶体,从而防止氧化锆冷却过程中的晶体转变。同时立方相是一种稳定相,在5Y-TZP超透氧化锆中,较高的钇含量(>5mol%)引入了约50%氧化锆立方相,使得5Y-TZP陶瓷在具有高透光性的同时还有良好的抗老化性

应用上,中透氧化锆可用作替代牙本质,但不建议用于替代牙釉质,而超透氧化锆可以替代牙釉质,且不需要增加修复体体积,适于部分冠、贴面等超薄修复体。此外,超透氧化锆瓷盘的颜色范围更大,也减少了对表面染色的需求。另外,如果想得到更自然、更逼真的外观,也可以结合精细的多部抛光及金刚石抛光膏的应用,以提高极佳的表面光泽度。

资料来源:

超透氧化锆修复体的临床应用现状,田正宇,王剑

粉体圈整理


相关内容:
0
 

粉体求购:

设备求购:

寻求帮助:

合作投稿:

粉体技术:

关注粉体圈

了解粉体资讯