不同處理方法對瓷表面微觀形貌的影響

臺銀霞　朱憲春　閆森等

[摘要] 目的 研究不同瓷表面處理方法對瓷表面微觀形貌的影響。方法 制備6組金屬烤瓷試樣，分別在瓷表面進(jìn)行如下處理：A組不作處理（對照組），B組采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)9.6%氫氟酸（HF）酸蝕，C組用金剛砂車針與HF聯(lián)合處理，D、E、F組分別用0.75、1.05、1.45 W的Nd： YAG激光與HF聯(lián)合處理。處理后的試件用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察，

觀察其表面形貌的變化。結(jié)果 經(jīng)不同處理后瓷表面的微觀形貌不同；E組經(jīng)1.05 W的Nd： YAG激光與HF聯(lián)合處理，瓷表面可見網(wǎng)格形裂紋，裂紋的側(cè)壁及底部布滿類圓形小孔，裂紋內(nèi)壁圓鈍，并且觀察到直徑約為20 μm的圓形彈坑樣結(jié)構(gòu)，其內(nèi)壁附有直徑為1～5 μm不等的圓形隱窩，形成倒凹結(jié)構(gòu)。結(jié)論 能量參數(shù)為1.05 W的Nd： YAG激光與9.6%HF聯(lián)合處理瓷面后可使瓷面均勻粗化，是一種有效的瓷表面處理方法。

[關(guān)鍵詞] 表面處理； 掃描電子顯微鏡； 氫氟酸； Nd： YAG激光

[中圖分類號] R 793 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [doi] 10.7518/hxkq.2013.01.015 牙體、牙列的缺損或缺失是人類的常見病和多發(fā)病，不僅嚴(yán)重影響咀嚼和發(fā)音功能，也影響患者的外觀容貌。陶瓷材料具有良好的美觀性、化學(xué)穩(wěn)定性、生物相容性、抗壓縮性能，且其熱膨脹系數(shù)與天然牙相似，因此成為修復(fù)牙體或牙列缺失的首選修復(fù)材料[1-2]。近年來，成年正畸患者愈來愈多，

其口內(nèi)多數(shù)鑲有瓷修復(fù)體，臨床正畸醫(yī)生經(jīng)常會遇到在瓷修復(fù)體表面粘接托槽的難題。粘接時(shí)處理陶瓷表面的方法主要包括：氫氟酸（hydrofluoric acid，

HF）酸蝕、噴砂、機(jī)械打磨、硅烷偶聯(lián)劑涂布、激光蝕刻等，但是僅用一種方法很難使托槽在瓷表面獲得足夠的粘接強(qiáng)度。經(jīng)HF酸蝕后，陶瓷表面形成不規(guī)則的多孔結(jié)構(gòu)，復(fù)合樹脂黏結(jié)劑可以滲入這些孔狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，從而增加機(jī)械嵌合固位作用[3-4]。此外，HF還可去除瓷表面的污染，降低瓷破裂的發(fā)生。另據(jù)多項(xiàng)研究[5-7]報(bào)道：Nd： YAG激光處理是粗化陶瓷表面的有效手段。本研究采用Nd： YAG激光與HF聯(lián)合處理瓷表面，使用掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）觀察聯(lián)合處理后瓷表面的形貌，探索兩種處理方式聯(lián)合使用能否在瓷表面形成有利于

機(jī)械固位的微觀結(jié)構(gòu)，為臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 主要材料及儀器設(shè)備

鎳鉻烤瓷合金（批號091214，上海常平實(shí)業(yè)有限公司），瓷粉、釉粉、釉液（批號081020，日本松風(fēng)公司），HF（北京化工廠）；金剛砂車針（MANI公司，日本），烤瓷爐（Densply公司，美國），KL型Nd： YAG激光治療機(jī)（吉林省科英激光技術(shù)有限責(zé)任公司），S-3400N型SEM（日本Hitachi公司，長春工業(yè)大學(xué)提供）。

1.2 試樣制作

將鎳鉻烤瓷合金鑄造成0.6 cm×1.5 cm×0.2 cm大小的金屬片，經(jīng)表面打磨、噴砂、沖洗后，用乙醇和超聲清洗10 min；在金屬片上半部分上瓷，下半部分暴露出0.7 cm長的金屬片，上瓷時(shí)的燒結(jié)溫度為910 ℃，隨爐冷卻后，打磨，上釉粉釉液后再燒結(jié)。瓷層厚度約0.1 cm，其中不透明瓷厚度約0.15 mm，體瓷厚度約0.8 mm，釉瓷厚度約0.1 mm。所有金屬烤瓷試樣的制作均由同一技工完成。試樣制作完成后用10倍放大鏡觀察有無釉面破損和微裂，選擇無破損和微裂者進(jìn)行后續(xù)研究。

1.3 瓷表面處理和分組

將試樣按照不同的表面處理方式分為6組：A組為對照組，瓷表面不作處理；B組采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.6%的HF酸蝕2 min；C組經(jīng)金剛砂車針打磨至釉面光澤消失后，再用9.6%的HF酸蝕2 min；D組采用能量參數(shù)為15 Hz、50 mJ、0.75 W的Nd： YAG激光處理后，再用9.6%的HF酸蝕2 min；E組采用能量參數(shù)為15 Hz、70 mJ、1.05 W的Nd： YAG激光處理后，再用9.6%的HF酸蝕2 min；F組采用能量參數(shù)為15 Hz、90 mJ、1.45 W的Nd： YAG激光處理后，再用9.6%的HF酸蝕2 min。各組試樣完成表面處理后均用高壓氣槍沖洗瓷面20 s，再用氣槍吹干20 s。

1.4 試樣的表面形貌觀察

6組試樣表面噴金后，置于SEM下進(jìn)行表面形貌觀察。

2 結(jié)果

各組試樣的表面形貌見圖1～6。A組瓷表面細(xì)膩平滑，形態(tài)均勻一致，無凸起或凹陷等形態(tài)，未見可形成機(jī)械固位的粗糙結(jié)構(gòu)（圖1）。

放大100倍時(shí)，B組瓷表面形成較為密集、大小不一的類圓形的小孔狀結(jié)構(gòu)，小孔呈不規(guī)則分布；放大500倍時(shí)，測量出這些小孔狀結(jié)構(gòu)的直徑為1～

5 μm（圖2）。

放大100倍時(shí)，C組瓷表面存在面積較大且較淺的長條形、直線形凹陷，這些凹陷中間伴有較為密集的類圓形小孔狀結(jié)構(gòu)；放大500倍時(shí)，可見類圓形小孔狀結(jié)構(gòu)同時(shí)存在于條形凹陷結(jié)構(gòu)的表面及凹陷結(jié)構(gòu)之間（圖3）。

D組經(jīng)15 Hz、50 mJ、0.75 W的Nd： YAG激光與9.6%HF聯(lián)合處理后，其表面形貌與單獨(dú)采用9.6%HF處理后的形貌類似（圖4）。

E組經(jīng)15 Hz、70 mJ、1.05 W的Nd： YAG激光與9.6%HF聯(lián)合處理后，其表面形貌見圖5：放大100倍時(shí)，瓷表面形成許多規(guī)則的菱形、網(wǎng)格形裂紋和散

在的圓形彈坑結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)之間伴有許多類圓形的小孔；放大500倍時(shí)，這些裂紋側(cè)壁及底部布滿類圓形的小孔，裂紋內(nèi)壁圓鈍并帶有無數(shù)倒凹結(jié)構(gòu)；放大5 000倍時(shí)，可以觀察到直徑約為20 μm的圓形彈坑樣結(jié)構(gòu)，其內(nèi)壁附有直徑為1～5 μm不等的圓形隱窩，在圓形彈坑側(cè)壁上形成倒凹結(jié)構(gòu)。

F組經(jīng)15 Hz、90 mJ、1.45 W激光與9.6%HF聯(lián)合處理后，其表面形貌見圖6：放大100倍時(shí)，可見菱形、網(wǎng)格形裂紋，與E組相似但更為清晰；放大500倍時(shí)，可見菱形、網(wǎng)格形裂紋更深更寬，似溝渠狀；放大5 000倍時(shí)，可見圓形彈坑狀結(jié)構(gòu)的側(cè)壁較薄弱且已斷裂，未見直徑較小的凹陷或隱窩。

3 討論

Nd： YAG激光器的主要工作物質(zhì)為摻釹釔鋁石榴石棒。激光棒吸收氙燈發(fā)出的0.4～0.9 μm波長的光后被激發(fā)發(fā)出光子，在諧振腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)光放大，最后發(fā)射出1.06 μm的YAG激光。這種激光是一種不可見光，穿透性較好，可以通過光纖傳導(dǎo)，在治療腔內(nèi)或狹小部位疾病時(shí)獨(dú)具優(yōu)勢。

有學(xué)者報(bào)道[7-8]：單獨(dú)應(yīng)用Nd： YAG激光處理瓷表面時(shí)，適當(dāng)能量參數(shù)的Nd： YAG激光能夠代替其他處理方法以提高瓷面與復(fù)合樹脂間的粘接強(qiáng)度，但激光能量參數(shù)低于0.6 W時(shí)抗剪切強(qiáng)度無明顯提高。在此基礎(chǔ)上，本研究選擇能量參數(shù)分別為0.75、1.05、1.45 W的Nd： YAG激光與9.6%HF聯(lián)合進(jìn)行瓷面處理。

采用9.6%HF酸蝕2 min后，SEM觀察可見瓷表面形成較為密集的、大小不一的類圓形的小孔狀結(jié)構(gòu)。這一結(jié)果與Della Bona等[9]的研究結(jié)果相似。這種不規(guī)則類圓形孔狀結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生是由于HF選擇性地溶解瓷材料中長石的硅酸鹽結(jié)構(gòu)，經(jīng)水沖洗后這些化合物可在瓷表面形成類似蜂窩狀結(jié)構(gòu)[3，10]。

經(jīng)金剛砂車針與HF聯(lián)合處理瓷表面以后，可見瓷表面存在面積較大且較淺的長條形、直線形凹陷，這些凹陷的產(chǎn)生可能是金剛砂車針打磨釉面后留下的刮痕。于淑湘等[11]的研究發(fā)現(xiàn)：單獨(dú)應(yīng)用金剛砂車針處理瓷面以后，打磨去釉的瓷面可以出現(xiàn)一些不規(guī)則的較大的裂隙，這與本研究結(jié)果不同，可能是由于應(yīng)用HF聯(lián)合處理后，酸蝕作用可以轉(zhuǎn)化瓷表面

的裂隙，使裂隙底部變圓鈍所致。

應(yīng)用能量參數(shù)為15 Hz、50 mJ、0.75 W的Nd： YAG激光與9.6%HF聯(lián)合處理后，瓷表面形貌與單獨(dú)應(yīng)用9.6%HF處理者相似，可能是由于激光的能量參數(shù)較低，對瓷面影響較小之故。李若蘭等[7]研究發(fā)現(xiàn)：采

用0.9 W的激光處理陶瓷表面，SEM下可觀察到瓷表面粗糙不平，有許多大小不等的淺凹坑，這與本研究結(jié)果一致。

用能量參數(shù)為15 Hz、70 mJ、1.05 W的Nd： YAG激光與9.6%HF聯(lián)合處理瓷表面后，可見瓷表面形成許多散在的圓形彈坑結(jié)構(gòu)。這與Fuhrmann等[8]的報(bào)

道一致，即適當(dāng)能量參數(shù)的激光照射瓷面后形成大小不等的淺凹坑，呈火山口狀。在放大5 000倍時(shí)，可觀察到直徑約為20 μm的圓形彈坑內(nèi)壁附有直徑1～5 μm不等的圓形隱窩，形成倒凹結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)的形成可能是在激光照射后形成的“火山口狀”結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，HF進(jìn)一步蝕刻該結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁而形成。

用能量參數(shù)為15 Hz、90 mJ、1.45 W的Nd： YAG激光與9.6%HF聯(lián)合處理瓷表面后，可見與E組相似的菱形、網(wǎng)格形裂紋，但更為清晰。這表明此能量參數(shù)的激光處理瓷表面可對其形貌產(chǎn)生影響。放大500倍時(shí)，菱形、網(wǎng)格形的裂紋更深更寬，似溝渠狀；放大5 000倍時(shí)，可見圓形彈坑狀結(jié)構(gòu)的側(cè)壁薄弱，呈斷裂狀態(tài)，未見直徑較小的凹陷或隱窩。造成這種改變的原因可能是因?yàn)榧す饽芰窟^高而造成了較大的瓷面損傷，使瓷面發(fā)生脫屑樣改變，在HF的酸蝕溶解作用下，脫落的瓷面被沖洗去除，從而形成了薄弱或斷裂的側(cè)壁。

由本研究結(jié)果可見：能量參數(shù)為15 Hz、70 mJ、1.05 W的Nd： YAG激光與9.6%HF聯(lián)合處理瓷面后可使瓷面均勻粗化，是一種較為有效的瓷表面處理方法。

[參考文獻(xiàn)]

[1] Heydecke G， Thomason JM， Lund JP， et al. The impact of con-

ventional and implant supported prostheses on social and sexual

activities in edentulous adults—results from a randomized trial 2

months after treatment[J]. J Dent， 2005， 33（8）：649-657.

[2] Raptis NV， Michalakis KX， Hirayama H. Optical behavior of cur-

rent ceramic systems[J]. Int J Periodontics Restorative Dent， 2006，

26（1）：31-41.

[3] Hori S， Minami H， Minesaki Y， et al. Effect of hydrofluoric acid

etching on shear bond strength of an indirect resin composite to

an adhesive cement[J]. Dent Mater J， 2008， 27（4）：515-522.

[4] Trajtenberg CP， Powers JM. Bond strengths of repaired laboratory

composites using three surface treatments and three primers[J]. Am

J Dent， 2004， 17（2）：123-126.

[5] Akova T， Yoldas O， Toroglu MS， et al. Porcelain surface treatment

by laser for bracket-porcelain bonding[J]. Am J Orthod Dentofa-

cial Orthop， 2005， 128（5）：630-637.

[6] da Silva Ferreira S， Hanashiro FS， de Souza-Zaroni WC， et al.

Influence of aluminum oxide sandblasting associated with Nd： YAG

or Er： YAG lasers on shear bond strength of a feldspathic ceramic

to resin cements[J]. Photomed Laser Surg， 2010， 28（4）：471-475.

[7] 李若蘭， 任煜光， 韓捷. 脈沖Nd： YAG激光影響復(fù)合樹脂修補(bǔ)烤

瓷粘接強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)研究[J]. 華西口腔醫(yī)學(xué)雜志， 2000， 18（6）：377-

379.

Li Ruolan， Ren Yuguang， Han Jie. Effects of pulsed Nd： YAG la-

ser irradiation on shear bond strength of composite resin bonded

to porcelain[J]. West China J Stomatol， 2000， 18（6）：377-379.

[8] Fuhrmann R， Gutknecht N， Magunski A， et al. Conditioning of

enamel with Nd： YAG and CO2 dental laser systems and with pho-

sphoric acid. An in vitro comparison of the tensile bond strength

and the morphology of the enamel surface[J]. J Orofac Orthop， 2001，

62（5）：375-386.

[9] Della Bona A， Mecholsky JJ Jr， Anusavice KJ. Fracture behavior

of Lithia disilicate- and leucite-based ceramics[J]. Dent Mater，

2004， 20（10）：956-962.

[10] al Edris A， al Jabr A， Cooley RL， et al. SEM evaluation of etch

patterns by three etchants on three porcelains[J]. J Prosthet Dent，

1990， 64（6）：734-739.

[11] 于淑湘， 陳吉華， 周澤淵， 等. 不同粗化處理后瓷表面微觀結(jié)構(gòu)

的電鏡研究[J]. 中國美容醫(yī)學(xué)， 2007， 16（3）：391-393.

Yu Shuxiang， Chen Jihua， Zhou Zeyuan， et al. Study on surface

microstructure of ceramic treated with different treatments by SEM

[J]. Chinese J Aesthetic Medicine， 2007， 16（3）：391-393.

（本文編輯 吳愛華）