義齒用Ｔｉ－６Ａｌ－７Ｎｂ合金鑄件撓度的研究

[摘要]目的：通過對(duì)相同長度、寬度、不同厚度的Ti－6Al－7Nb合金鑄件撓度的測量，觀察鑄件厚度與撓度的關(guān)系，為確定Ti－6Al－7Nb合金鑄造義齒基托的適合厚度提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。方法：參照ISO關(guān)于義齒基托材料撓度的標(biāo)準(zhǔn)，測量不同厚度Ti－6Al－7Nb合金鑄件的撓度，并與純鈦、Ti－6Al－4v合金及co－cr合金對(duì)比。結(jié)果：Ti－6Al－7Nb合金、純鈦及Ti－6Al－4v合金鑄件的厚度在0.65mm時(shí)可以達(dá)到義齒基托撓度的標(biāo)準(zhǔn)；co－cr合金在0.57mm時(shí)可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。結(jié)論：在臨床制作Ti－6Al－7Nb合金義齒基托時(shí)，厚度應(yīng)不低于0.65mm。

[關(guān)鍵詞]Ti－6Al－7Nb合金；撓度；厚度；義齒基托

[中圖分類號(hào)]R783 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1008－6455(2007)06－0817－03

在口腔修復(fù)或正畸矯治中，希望對(duì)義齒施加中度或較輕度作用力能使修復(fù)材料產(chǎn)生極大的形變，而且在反復(fù)回折后，材料不致產(chǎn)生斷裂。撓度(Transverse Deflection)是物體承受其比例極限(材料在不偏離應(yīng)力與應(yīng)變正比關(guān)系條件下所能承受的最大應(yīng)力)內(nèi)的應(yīng)力所發(fā)生的彎曲應(yīng)變。它反映了義齒基托材料在口腔內(nèi)經(jīng)長期反復(fù)咀嚼受力后產(chǎn)生的疲勞性彎曲形變。撓度越好的材料抗斷裂能力就越強(qiáng)。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(InternationalOrgani zation for Standardization，ISO)及我國標(biāo)準(zhǔn)已將撓度列為義齒基托材料的性能評(píng)價(jià)項(xiàng)目之一。

Ti－6Al－7Nh合金是符合ISO標(biāo)準(zhǔn)化的醫(yī)用鈦合金，研究表明該合金具有優(yōu)良的生物相容性、耐腐蝕性和機(jī)械性能。本實(shí)驗(yàn)參照ISO關(guān)于義齒基托撓度的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)鑄造后Ti-6A-7Nb合金的撓度進(jìn)行研究，并與臨床使用的純鈦、Ti-6Al－4V合金及Co－Cr合金材料對(duì)比，為臨床確定Ti－6Al－7Nb合金義齒基托厚度提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料和方法

1．1 材料與設(shè)備：純鈦、Ti－6Al－4V合金、Ti－6Al－7Nb合金(寶雞有色金屬加工廠提供)；Co－Cr合金(上海齒科材料廠生產(chǎn))；LZ－Ⅱ型牙科專用鑄鈦機(jī)(第四軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院與洛陽澗西四方機(jī)械廠聯(lián)合制造)；高頻離心鑄造機(jī)(天津精工醫(yī)療設(shè)備公司生產(chǎn))；撓度測試儀(北京醫(yī)科大學(xué)口腔材料質(zhì)量檢測中心提供)；Multi－vest磷酸鹽系包埋料(Dentsply，美國)；鋯英石內(nèi)包埋料(本課題組自行研發(fā))。

1．2 方法

1．2．1 蠟型的制作：參照ISO標(biāo)準(zhǔn)，制作長65mm，寬10mm，厚度分別為d1(0.35mm)、d2(0.5mm)、d3(0.75mm)的長條狀蠟片，每個(gè)鑄型座分別安插3個(gè)厚度的蠟片各1片。

1．2．2 包埋鑄造：純鈦、Ti－6Al－4V合金及Ti－6Al－7Nb合金包埋鑄造采用內(nèi)層為鋯英石、外層為磷酸鹽的無圈包埋，鑄模溫度為300℃，Lz－Ⅱ型牙科鑄鈦機(jī)鑄造。Co－Cr合金的包埋鑄造采用磷酸鹽包埋料一次、無圈包埋，室溫冷卻后高頻離心鑄造機(jī)鑄造。

1．2．3 鑄件檢測：每種測試材料選擇完整無缺陷的鑄件各6個(gè)。將試件從鑄道上切取，噴砂、打磨、拋光，使表面及邊緣平整光滑。最后對(duì)試件進(jìn)行厚度測量，每片的厚度為任意3點(diǎn)測量的平均值，測量結(jié)果見表1。

1．2．4 撓度測試：將試件放在撓度儀的上、下壓頭之間，放下壓頭，記錄15N載荷時(shí)的偏轉(zhuǎn)度(A)；在以后的每分鐘后30s內(nèi)增加載荷5－35N時(shí)記下偏轉(zhuǎn)度數(shù)(B)；再加載至50N時(shí)記下偏轉(zhuǎn)度數(shù)(C)。按下式計(jì)算撓度：35N時(shí)的撓度＝B－A，50N時(shí)的撓度=C－A。

1．2．5 評(píng)價(jià)方法：參照ISO標(biāo)準(zhǔn)(見表2)，鑄件的撓度值符合表中標(biāo)準(zhǔn)的，其厚度屬于臨床可接受的厚度。

2 結(jié)果

Ti－6Al－7Nb合金、純鈦、Ti－6Al－4V合金及Co－Cr合金3種厚度的撓度值見表3。從表3可知：d2厚度的4種材料都能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；d1厚度的3種鈦鑄件均有試件在測試過程中折斷或嚴(yán)重變形，無法繼續(xù)讀數(shù)，但Co－Cr合金沒有出現(xiàn)此情況；d3厚度的4種材料鑄件的撓度值都低于標(biāo)準(zhǔn)值。

3 討論

3．1 鈦及鈦合金義齒基托材料的性能特點(diǎn)：目前臨床常用的義齒基托材料主要有樹脂(塑料)和金屬兩種。樹脂基托材料主要是加熱固化型的；金屬基托材料主要有Co－Cr合金、純鈦和Ti-6Al-4V合金等。金屬基托的機(jī)械強(qiáng)度明顯優(yōu)于樹脂基托，所制義齒的厚度可以做的更薄，患者戴用更為舒適，且長期使用不易發(fā)生變形及斷裂。Co－Cr合金基托雖然強(qiáng)度好，但其含有的Co、Cr等元素可能會(huì)引起過敏反應(yīng)，因而限制了其在臨床的應(yīng)用。純鈦、Ti－6Al－4V合金與Co－Cr合金相比具有明顯的優(yōu)勢。主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：良好的生物相容性和耐腐蝕性；密度低，質(zhì)量輕，利于義齒固位和口腔硬軟組織的保健，戴用舒適；對(duì)X線呈半阻射，有利于檢查基托內(nèi)部缺陷；無磁性，戴有鈦修復(fù)體的患者接受CT掃描或核磁共振檢查時(shí)不會(huì)干擾圖像，不會(huì)影響疾病的診斷；膨脹系數(shù)低，鑄造后的基托適合性好。但也存在一些不足：Ti－6Al－4V合金中所含的V元素具有一定的毒性；純鈦強(qiáng)度略顯不足，制作義齒支架的細(xì)小部件如卡環(huán)、支托等容易折斷。因此，為開展鈦義齒而研究新的鈦合金材料是必然趨勢。

3．2 Ti－6Al－7Nb合金鑄造后撓度的評(píng)價(jià)：Ti－6Al－7Nb合金是ISO標(biāo)準(zhǔn)化的醫(yī)用鈦合金，該合金用生物安全性好的Nb元素代替有毒性作用的V元素，解決了Ti－6Al－4V合金的不足。其強(qiáng)度是純鈦的兩倍，能提高義齒卡環(huán)、支托的強(qiáng)度。但目前尚無關(guān)于Ti－6Al－7Nb合金制作義齒基托時(shí)的適合厚度的報(bào)道。孫風(fēng)等對(duì)50例牙列缺損和缺失患者戴用的63件純鈦支架可摘義齒進(jìn)行了1年的隨訪，發(fā)現(xiàn)純鈦卡環(huán)除了同常規(guī)的鑄造卡環(huán)一樣要求外型良好、厚薄粗細(xì)協(xié)調(diào)一致外，對(duì)其厚度也有一定的要求，既不能過薄(卡環(huán)容易折斷)，又不能過厚(雖然卡環(huán)的強(qiáng)度增加，但其彈性下降達(dá)不到應(yīng)有的固位力)。建議前牙、前磨牙卡環(huán)的厚度應(yīng)達(dá)到0.8mm，磨牙卡環(huán)厚度應(yīng)達(dá)到1.0mm。Yamauchi等用純鈦制作義齒基托，提出基托厚度在0.7mm時(shí)才能達(dá)到臨床要求。奧野對(duì)純鈦、Ti－6Al－4V合金、金合金與Co－Cr合金進(jìn)行了比較，結(jié)果認(rèn)為在寬度相同，加載相同的彎曲應(yīng)力時(shí)，純鈦及Ti－6Al－4V合金需比Co－Cr合金增加26％的厚度，才能達(dá)到與Co－Cr合金相同的彎曲變形量。而Mahmoud等對(duì)Ti－6Al－7Nb合金、Co－Cr合金及金合金的卡環(huán)疲勞強(qiáng)度的測試，結(jié)果表明在厚度及長度相同的情況下Ti－6Al－7Nb合金更不易發(fā)生永久變形。Aridome等對(duì)Kennedy Ⅱ類的Ti－6Al－7Nb合金支架連接體部位進(jìn)行各種形式的加強(qiáng)(增加寬度、增加厚度、加厚部位在中間、加厚部位在前或后和普通設(shè)計(jì))，然后與Co－Cr合金比較，結(jié)果認(rèn)為加強(qiáng)設(shè)計(jì)后的Ti－6Al－7Nb合金支架可以達(dá)到同Co－Cr合金相近的強(qiáng)度。Iijima等用減重率的方法對(duì)純鈦及Ti－6Al－7Nb合金的耐磨性能進(jìn)行研究，結(jié)果表明Ti－6Al－7Nb合金的減重率明顯低于純鈦，提示Ti－6Al－7Nb合金的耐磨性優(yōu)于純鈦。

由于撓度能夠反映出基托在何種厚度時(shí)能夠滿足臨床義齒機(jī)械性能的需要，本實(shí)驗(yàn)還通過對(duì)鑄造后Ti－6Al－7Nb合金撓度的研究對(duì)該合金在制作義齒基托時(shí)的適合厚度進(jìn)行了探討。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，Ti－6Al－7Nb合金與純鈦及Ti－6Al－4V合金在厚度為0.65mm時(shí)都能達(dá)到義齒基托撓度的標(biāo)準(zhǔn)(加載載荷為15～35N，變形量1.0～2.5mm；加載載荷為15～50N，變形量2.0～5.0mm)。這并不表明3種材料的強(qiáng)度相同，而是由于3種材料的彈性模量比較接近的緣故，但Ti－6Al－7Nb合金的疲勞強(qiáng)度、耐磨性能要優(yōu)于純鈦，具有強(qiáng)度方面的優(yōu)勢。Co－Cr合金在0.57mm時(shí)就能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，且在厚度為0.42mm、加載載荷為35N時(shí)的撓度值同樣符合標(biāo)準(zhǔn)，加載載荷至50N時(shí)的撓度值(5.14mm)稍大于標(biāo)準(zhǔn)值(5.0mm)。由于本實(shí)驗(yàn)的試件厚度未做過細(xì)的選擇，但由以上結(jié)果可推論Co－Cr合金的厚度在0.45～0.5mm時(shí)即可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。因此本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與奧野所提出的結(jié)論基本一致。Ti－6Al－7Nb合金制作基托的厚度值(0.65mm)雖高于Co－Cr合金(0.57mm)，但該合金具有生物相容性、彈性模量、耐腐蝕性能等方面的優(yōu)勢，有望成為臨床新的義齒基托材料。建議在臨床應(yīng)用Ti－6Al－7Nb合金制作義齒基托時(shí)，厚度應(yīng)選擇在0.65mm以上。