小載荷下干濕環(huán)境對長石質(zhì)玻璃飾瓷與氟磷灰石飾瓷磨損性能的影響研究*

伊遠(yuǎn)平，張珍珍，賀 林，張少鋒△，楊 昊，賀 專

1.西安市第三醫(yī)院口腔科(西安710018)；2.空軍軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)院修復(fù)科(西安710032)；3.西安交通大學(xué)材料學(xué)院(西安710049)

為了滿足口腔修復(fù)體顏色的個性化需求，尤其是透光性差的金屬或全瓷修復(fù)體，通常在其表面通過燒結(jié)飾瓷來完成修復(fù)體的制作。然而，修復(fù)體與對合在行使咀嚼功能時，飾瓷的磨損性能影響著修復(fù)體的使用效果及壽命，因此其磨損性能就變得尤為重要。飾瓷材料的磨損性能不僅取決于材料本身的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能[1]，還會受咀嚼力、唾液、溫度、食物等因素的影響[2-4]。以往眾多學(xué)者對飾瓷的磨損性能做了大量研究[5-6]，這些研究僅限于某一固定較大載荷、單一環(huán)境?？谇画h(huán)境的特異性導(dǎo)致的較小咀嚼力和唾液較少的情況也是普遍存在的：齲齒、牙周病、義齒不合適等導(dǎo)致的咀嚼力變小或唾液分泌減少，關(guān)節(jié)病變導(dǎo)致的咀嚼力變小，唾液腺的退行性變，全身因素方面(干燥綜合征或維生素缺乏、內(nèi)分泌紊亂)等。小載荷作用下的干濕環(huán)境如何影響著飾瓷材料的磨損性能有待進(jìn)一步研究，本實(shí)驗(yàn)選用臨床常用的長石質(zhì)玻璃飾瓷(CERAMCO3)和氟磷灰石飾瓷(IPS e.max ceram)兩種不同成分飾瓷，將其與滑石瓷配副，比較2 N小載荷下干濕環(huán)境對兩者磨損性能的影響，以期為臨床工作提供參考。

材料和方法

1 主要設(shè)備和材料 摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)(CH-2034Peseux，CSM，瑞士)；三維形態(tài)掃描儀(PS-50，Nanovea，美國)；場發(fā)射掃描電鏡(S-4800，日立，日本)；CERAMCO3(登士柏，美國)；IPS e.max ceram(義獲嘉，列士敦斯登)；滑石瓷(江蘇省海門市天補(bǔ)高頻陶瓷廠)。

2 試件制備 首先制作φ=24 mm，d=11 mm的有機(jī)玻璃圓片24個，以此作替代蠟型；分別通過失蠟法和熱壓鑄造法制備鈷鉻合金和e.max press HT鑄瓷基底各12個；利用粉漿涂塑法分別在兩組基底上涂CERAMCO3和IPS e.max ceram飾瓷，燒結(jié)后的樣品用耐水砂紙打磨拋光至3000目，最終制成φ=24 mm，d=3 mm的完整飾瓷試件。

3 磨損測試 將飾瓷試件與滑石瓷磨頭進(jìn)行一對一配副并固定于摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)?；蔀椋喉敹甩?6.4 mm的圓弧狀凸起，下方φ=5 mm的圓柱狀；分別在干燥環(huán)境和唾液環(huán)境下，加載力F=2 N、轉(zhuǎn)速200 r/min，加載循環(huán)60萬次，每20萬次作為一個節(jié)點(diǎn)，利用PS-50型號三維形態(tài)掃描儀自動計算出磨損區(qū)域的體積磨損量和表面粗糙度，并用graphpad軟件繪制磨損曲線。

4 表面微觀形貌的觀察 利用S-4800場發(fā)射掃描電鏡，分別在飾瓷試件磨損的初期和終期(20萬次和60萬次)，觀察樣品磨損面，進(jìn)行微觀表征。

結(jié) 果

1 干燥環(huán)境和唾液環(huán)境下飾瓷體積磨損量隨循環(huán)次數(shù)的變化 CERAMCO3和IPS e.max ceram兩種飾瓷在干燥環(huán)境和唾液環(huán)境下體積磨損量隨著循環(huán)次數(shù)的變化趨勢(圖1)。隨著磨損循環(huán)的進(jìn)行，兩者的體積磨損量均呈現(xiàn)出單調(diào)上升趨勢，經(jīng)過60萬次循環(huán)后，CERAMCO3與IPS e.max ceram在唾液環(huán)境下的磨損量分別為1.306 mm3與1.76 mm3，在干燥環(huán)境下的磨損量分別為0.297 mm3與0.54 mm3，兩者在唾液環(huán)境下的磨損量都顯著高于干燥環(huán)境，并且其差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。將同種環(huán)境下兩種飾瓷的體積磨損量進(jìn)行比較后得出：在干燥環(huán)境下，即使經(jīng)歷了60萬次磨損循環(huán)，IPS e.max ceram的體積磨損量僅僅稍大于CERAMCO3的體積磨損量，分別為0.54 mm3與0.297 mm3，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；在唾液環(huán)境下，每一個測量節(jié)點(diǎn)的體積磨損量均為IPS e.max ceram大于CERAMCO3，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。

圖1 兩種飾瓷在干濕環(huán)境下體積磨損量隨循環(huán)次數(shù)的變化

2 干燥環(huán)境和唾液環(huán)境下兩種飾瓷表面粗糙度隨循環(huán)次數(shù)的變化 CERAMCO3和IPS e.max ceram兩種飾瓷在干燥環(huán)境和唾液環(huán)境下磨損面粗糙度隨著循環(huán)次數(shù)的變化趨勢(圖2)。兩者的表面粗糙度均隨著循環(huán)次數(shù)的增加而增大，并且均呈單調(diào)上升趨勢，表面粗糙度與體積磨損量呈現(xiàn)正相關(guān)性。唾液環(huán)境下的表面粗糙度均顯著高于干燥環(huán)境，60萬次磨損循環(huán)后，唾液環(huán)境下，CERAMCO3和IPS e.max ceram分別達(dá)到了82.528m與104.923m；而在干燥環(huán)境下，分別為32.704m與51.645m，并且差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。將同一環(huán)境下兩者的表面粗糙度進(jìn)行比較可以看出：干燥環(huán)境下兩種飾瓷的表面粗糙度相近，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；唾液環(huán)境下每個測量節(jié)點(diǎn)的表面粗糙度均為IPS e.max ceram大于CERAMCO3，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。

圖2 兩種飾瓷在干濕環(huán)境下磨面粗糙度隨循環(huán)次數(shù)的變化

3 干燥環(huán)境下兩種飾瓷的磨面形貌 在磨損試驗(yàn)初期20萬次，低倍鏡下(×35)：兩種飾瓷的磨損面積均較小，IPS e.max ceram表面有較多散在分布、大小不一的氣孔和缺陷。高倍鏡下(×500)：兩者磨損類型相似，磨損面上均可見由于摩擦副反復(fù)接觸而誘發(fā)的疲勞剝落，以及剝脫后殘留下的粗糙面，在剝脫邊緣及氣孔缺陷處有微裂紋的擴(kuò)展。 在終期60萬次，兩者的磨損面積顯著增大，犁溝狀磨痕加深、加密。高倍鏡下：兩者磨損機(jī)制類似，為疲勞剝落所主導(dǎo)。磨損面可見高低不平、邊緣不規(guī)則翹起的局部粗糙面(圖3)。

A、B分別為CERAMCO3飾瓷的初期及終期；C、D分別為IPS e.max ceram飾瓷的初期及終期

圖3干燥環(huán)境下磨損試驗(yàn)初期及終期飾瓷磨損面微觀形貌

4 唾液環(huán)境下兩種飾瓷的磨面形貌 磨損初期20萬次，與相同載荷下的干燥環(huán)境相比，CERAMCO3與IPS e.max ceram的磨損面積均明顯增大，犁溝狀磨痕程度顯著增加。高倍鏡下：犁溝狀磨痕較為寬大，高低起伏，可見局部剝落殘留的粗糙面，磨損機(jī)制為犁溝狀磨痕及疲勞剝落共同作用。磨損終期60萬次，兩者磨損面積均顯著增大。高倍鏡下，兩者的磨損機(jī)制仍為由犁溝狀磨痕及疲勞剝落共同作用，犁溝狀磨痕加深、加密(圖4)。

A、B分別為CERAMCO3飾瓷的初期及終期；C、D分別為IPS e.max ceram飾瓷的初期及終期

圖4唾液環(huán)境下磨損試驗(yàn)初期及終期飾瓷磨損面微觀形貌

討 論

飾瓷具有優(yōu)良的透光性能，能夠較好的滿足患者對修復(fù)體美觀性能的個性化需求，因此在烤瓷冠及全瓷冠的制作中普遍應(yīng)用；然而，修復(fù)體在口腔中行使功能，其耐磨性能一直受到臨床醫(yī)生們的關(guān)注。CERAMCO3與IPS e.max ceram是臨床常用的兩種飾瓷材料，前者是一種主晶相為白榴石的長石質(zhì)玻璃陶瓷，主要應(yīng)用在金屬或是氧化鋯修復(fù)體表面，燒結(jié)溫度為920 ℃；后者是一種主晶相為氟磷灰石的玻璃陶瓷，主要應(yīng)用在鑄瓷修復(fù)體表面，燒結(jié)溫度為750 ℃。這兩種飾瓷在相對較小載荷作用下的干濕環(huán)境對其磨損性能影響的研究鮮見。該實(shí)驗(yàn)顯示：CERAMCO3與IPS e.max ceram在唾液環(huán)境下的體積磨損量、表面粗糙度均顯著大于干燥環(huán)境下的測量數(shù)值；干燥環(huán)境下，兩者耐磨性能無統(tǒng)計學(xué)差異；唾液環(huán)境下，CERAMCO3表現(xiàn)出較好的耐磨性能。文獻(xiàn)報道：在10 N載荷環(huán)境下[7]，這兩種飾瓷材料的磨損性能測量數(shù)值均呈現(xiàn)干燥環(huán)境大于唾液環(huán)境下。磨面粗糙度與飾瓷磨損體積呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，即磨面粗糙度越大，磨損體積也越大。

電鏡圖片顯示：相同磨損環(huán)境下的兩種飾瓷的磨損類型相似。干燥環(huán)境下的磨損機(jī)制主要為摩擦副反復(fù)接觸而誘發(fā)的疲勞剝脫；唾液環(huán)境下的磨損機(jī)制由初期的疲勞剝落逐漸變?yōu)槔鐪蠣钅ズ奂捌趧兟涞墓餐饔谩Ｌ沾刹牧先菀桩a(chǎn)生由于疲勞磨損導(dǎo)致的亞表層的微裂紋[8]，在唾液環(huán)境下，液體介質(zhì)會加速將材料表面的接觸應(yīng)力傳遞至微裂紋處，從而形成附加的張應(yīng)力，進(jìn)一步加速疲勞裂紋的擴(kuò)展以及陶瓷材料磨損表面的剝脫。飾瓷材料是由大量的脆性玻璃基質(zhì)和晶體組成，小載荷作用下液體分子對磨損性能的影響就會更加顯著，IPS e.max ceram玻璃基質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)較CERAMCO3更高[5]；其次，IPS e.max ceram作為低熔瓷，在制作過程中易形成氣孔、缺陷，磨損過程中這些氣孔又易形成銳邊加速材料的磨損[9]，再者，CERAMCO3中的白榴石晶體散在分布在玻璃基質(zhì)中，白榴石晶體增加了材料的斷裂韌性[10]。在這些因素的共同作用下表現(xiàn)為：唾液環(huán)境較干燥環(huán)境下高的體積磨損量和面粗糙度，并且水環(huán)境下CERAMCO3較IPS e.max ceram有更好的耐磨性能。

陶瓷修復(fù)體在口腔中行使咀嚼功能，其耐磨性能會受到多種因素的影響；同時口腔環(huán)境相對較為復(fù)雜(溫度及pH值、唾液分泌的多少、咀嚼力的大小等)，體外磨損實(shí)驗(yàn)只能有限的模擬口腔環(huán)境中的一種或兩種磨損機(jī)制；再者實(shí)驗(yàn)所用的試件均為平面，在口腔中不論是牙齒還是修復(fù)體，它們的形狀及結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，使得各個受力點(diǎn)情況不盡相同，因此，在更多因素作用下的飾瓷材料磨損性能還有待進(jìn)一步研究。該研究結(jié)果僅為臨床工作中全面合理評價飾瓷材料的磨損性、新型陶瓷的研制和開發(fā)能提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為口腔醫(yī)師合理選用陶瓷修復(fù)體提供參考。