飾瓷厚度和冷卻速度對磨牙鋯瓷冠殘余應(yīng)力的影響

張 良，馮 露，陳增力，徐洪權(quán)，趙文峰

(1.北京軍區(qū)總醫(yī)院口腔科，北京 100700;2.北京東直門醫(yī)院口腔科，北京 100007)

隨著人們對牙齒修復(fù)體的美觀要求越來越高以及全瓷冠基底冠強(qiáng)度的提高，全瓷冠已被逐漸應(yīng)用于后牙修復(fù)［1］，但是氧化鋯修復(fù)體的飾瓷崩落率明顯高于烤瓷冠和其他類型的全瓷冠［2］。Molin等報(bào)道，氧化鋯固定修復(fù)體5年內(nèi)的崩瓷率為35%［3］，而Larsson等則報(bào)道，其1年內(nèi)的崩瓷率竟然高達(dá)54%［4］;另有研究發(fā)現(xiàn)，以玻璃滲透陶瓷作為基底冠的全瓷冠5年內(nèi)并未發(fā)現(xiàn)崩瓷［5］。以上結(jié)果表明，崩瓷已成為鋯瓷修復(fù)體的致命缺點(diǎn)，使其用于修復(fù)后牙時(shí)受到了很大限制，故近年來許多學(xué)者均致力于研究其崩瓷原因并探索改進(jìn)措施。

Taskonak等［6］通過力學(xué)破壞實(shí)驗(yàn)(雙軸彎曲強(qiáng)度測試)證實(shí)，在氧化鋯全瓷冠制作過程中無論是采用快速還是慢速冷卻法制作的氧化鋯全瓷冠都存在殘余應(yīng)力;同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，采用快速、慢速冷卻法時(shí)瓷表面的殘余壓力分別可高達(dá)21 MPa、19 MPa，說明不同回火方法產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是不同的，且可通過改進(jìn)冷卻方法使之改變。除冷卻速度外，熱膨脹系數(shù)(CTE)不匹配、飾瓷厚度也是影響全瓷冠抗斷裂強(qiáng)的重要因素，這些因素決定了飾瓷中殘余應(yīng)力的大?。?］。本研究旨在觀察飾瓷厚度和冷卻速度對磨牙鋯瓷冠殘余應(yīng)力的影響，為其制作過程中如何能降低崩瓷率提供參考。

1 材料和方法

1.1 主要材料和儀器

環(huán)氧樹脂(上海爭銳化工有限公司);藍(lán)色成型蠟(S-U-Gnatho-Wax Blue，Schuler Dental，德國);噴砂粉(Bego Dental，德國);IPS e.max Ceram瓷粉、IPS e.max長石質(zhì)瓷、EP500壓力機(jī)、Programat P500烤瓷爐(Ivoclar Vivadent);高速車針、梨形車針(Komet Diamonds);牙科模具(日清牙科305，日本);Procera掃描儀 (Nobel，瑞典);Austromat D4烤瓷爐(Dekema Dental，德國);超聲振動器(Ceramosonic II Condenser，日本);維氏硬度計(jì)(Shimadzu Corp，日本);光學(xué)顯微鏡(Nikon，日本);數(shù)碼相機(jī)(A640，Canon，日本)。

1.2 方法

1.2.1 不同飾瓷厚度蠟型的制備

用牙科模具將環(huán)氧樹脂做成下頜第一磨牙的解剖形態(tài)，并按照鋯瓷全冠的預(yù)備要求進(jìn)行基牙預(yù)備(牙合面 2 mm，軸面 1.5 mm，肩臺 1.2 mm，高4 mm，寬8 mm)。然后在其表面涂厚約2 μm的分離劑作為粘結(jié)間隙，用Procera掃描儀進(jìn)行掃描并制作6個(gè)0.7 mm厚的Procera氧化鋯基底冠。將基底冠放回樹脂代型上，用藍(lán)色成型蠟在基底冠上堆成牙冠解剖外形，并將牙尖部位的蠟厚度分別制成1、2、3 mm(各2 個(gè))。

1.2.2 堆飾瓷、上釉

取上述制備的6個(gè)不同牙尖厚度的蠟型，分別用EP500壓力機(jī)按廠家推薦的方法將IPS e.max長石質(zhì)瓷熱壓鑄于各蠟型的基底冠上。待其冷卻至室溫時(shí)，用50 μm粒度的噴砂粉，在2個(gè)大氣壓下進(jìn)行表面噴砂處理;分別用氫氟酸液超聲清5 min、流水沖洗2 min后，氣槍吹干，噴水冷卻下磨除鑄道，并用梨形車針回切飾瓷表層0.5 mm;然后將 IPS e.max Ceram瓷粉堆于回切掉的表面上，吸水紙摁壓、超聲振動器振動(盡可能的減少表面氣孔)后，每組取1個(gè)分別采用快速冷卻法，另1個(gè)慢速冷卻法燒結(jié)上釉?？焖倮鋮s法使用Programat P500烤瓷爐，慢速冷卻法使用Austromat D4烤瓷爐;所有操作均嚴(yán)格按照產(chǎn)品說明書給出的相關(guān)數(shù)據(jù)(表 1)。

表1 快速、慢速冷卻法具體步驟

1.2.3 維氏壓痕測試及殘余應(yīng)力換算

取不同冷卻速度制備的不同瓷厚度鋯瓷冠試件，用維氏硬度計(jì)(金剛石頭部136°)分別對每個(gè)牙冠的4個(gè)牙尖(近頰尖、遠(yuǎn)頰尖、近舌尖、遠(yuǎn)舌尖)進(jìn)行壓痕測試。測試時(shí)，金剛石頭部垂直于牙尖的斜面以10 N載荷持續(xù)加載15 s;然后立即在光學(xué)顯微鏡下用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行拍照，并用Adobe Photoshop CS3測量壓痕形成的裂縫長度。每個(gè)牙尖各測5個(gè)點(diǎn)，取均值;為減少每次壓痕所產(chǎn)生裂縫的干擾，各測試點(diǎn)的距離至少應(yīng)為上一壓痕裂縫長度的兩倍。

壓痕測試結(jié)果與殘余應(yīng)力間的換算采用Marshall和Lawn于1977年報(bào)道的方法，因?qū)τ谀骋环N材料來說壓力強(qiáng)度值Kic是常量，故預(yù)先用慢速冷卻法制備直徑10 mm，高2.5 mm的 IPS e.max Ceram瓷片，并通過維氏硬度計(jì)測試后由以下公式算出其Kic，以方便下一步計(jì)算殘余應(yīng)力值。

式中E是材料的彈性模量;P是載荷;H是硬度;C是壓痕測試的斷裂半徑;κ是常量。經(jīng)計(jì)算IPS e.max Ceram 的 Kic 為 0.61 MPa m3/2。

殘余應(yīng)力的計(jì)算公式為:

式中Y=1.985;σ是殘余應(yīng)力強(qiáng)度，σ的正負(fù)取決于殘余應(yīng)力是張力還是壓力。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

快速冷卻法表面的殘余應(yīng)力主要是壓力，慢速冷卻法表面的殘余應(yīng)力主要是張力;快速冷卻法制備的試件中不同瓷厚度組間兩兩相比，1 mm組的殘余應(yīng)力明顯高于2 mm和3 mm組(P＜0.05)，而2 mm組與3 mm組的殘余應(yīng)力相比無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05);慢速冷卻法制備的試件中不同瓷厚度組間兩兩相比，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué) (P＞0.05);快速冷卻法與慢速冷卻法相比，不同瓷厚度各組間均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)(表2)。

表2 各組試件殘余應(yīng)力強(qiáng)度比較(MPa，)

表2 各組試件殘余應(yīng)力強(qiáng)度比較(MPa，)

正值為張力，負(fù)值為壓力;同組內(nèi)不同瓷厚度相比不同字母P＜0.05，相同字母P＞0.05;*為快速、慢速冷卻法相比 P＜0.05

牙尖飾瓷厚度 慢速冷卻法試件 快速冷卻法試件1 mm 4.27 ±1.75a -13.07 ±4.37a*2 mm 5.63 ±2.24a -9.46 ±3.25b*3 mm 4.19 ±2.07a -9.23 ±3.04b*

3 討論

全瓷修復(fù)體因與天然牙色澤相近，且具有良好的生物相容性、抗腐蝕性和耐磨損性等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到廣大牙科醫(yī)師和患者的青睞。然而鋯瓷冠脆性大、容易崩瓷，使其應(yīng)用于后牙修復(fù)時(shí)受到了很大限制。因此學(xué)者們均致力于研究能降低瓷層表面殘余應(yīng)力的方法，以提高瓷層強(qiáng)度［8］。因瓷層內(nèi)部必須要有相應(yīng)的力量以平衡瓷層表面的殘余應(yīng)力，故其表面的殘余應(yīng)力越大，內(nèi)部用于平衡的相應(yīng)力量也就越大［9］，表面就越容易崩瓷。

燒結(jié)程序完成后飾瓷內(nèi)層降低到玻璃化溫度(Tg)以下的速度取決于基底冠的材料及其導(dǎo)熱性能，由于氧化鋯基底冠在快速冷卻過程中的導(dǎo)熱性較差，使飾瓷內(nèi)層的溫度仍處于Tg以上，從而導(dǎo)致飾瓷內(nèi)、外層的溫度差異也較大，瓷層殘余應(yīng)力也隨之增大［10］，這樣就增加了瓷層崩脫的可能性［7，11］。本實(shí)驗(yàn)采用的慢速冷卻法不僅冷卻速度為20℃/min，而且還在400℃時(shí)停留5 min，可確保全瓷冠移出至室溫前其內(nèi)外層的溫度均在Tg以下，盡可能的減少了瓷層的殘余應(yīng)力。而且已有研究發(fā)現(xiàn)，慢速冷卻法可以很好的提高極限載荷和抗折強(qiáng)度［12-13］。

本結(jié)果顯示，快速冷卻法1 mm組的殘余應(yīng)力明顯高于2 mm和3 mm組(P＜0.05)，殘余應(yīng)力隨著飾瓷厚度的增加而明顯降低，但2 mm組與3 mm組間殘余應(yīng)力無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)。而慢速冷卻法不同瓷厚度各組間均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)，表明飾瓷厚度對殘余應(yīng)力無明顯影響?？焖倥c慢速冷卻法相比，不同瓷厚度各組間的殘余應(yīng)力均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)。以上結(jié)果提示，在制作鋯瓷冠時(shí)采用慢速冷卻法較快速冷卻法可明顯降低其表面殘余應(yīng)力，從而降低其崩瓷率;若采用快速冷卻法則應(yīng)將飾瓷厚度控制在2 mm以上。

綜上所述，冷卻速度和飾瓷厚度均可明顯影響鋯瓷冠表面的殘余應(yīng)力。但是，采用本實(shí)驗(yàn)方法制作的鋯瓷冠在患者口腔環(huán)境下的情況如何，還有待于進(jìn)一步研究觀察。

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