上釉和拋光后口腔陶瓷材料力學(xué)性能改變的研究進(jìn)展

張林 段斌 泥志浩

摘 要：口腔陶瓷修復(fù)材料在試戴時或固定后需進(jìn)行調(diào)磨，造成修復(fù)體的表面損傷，粗糙程度提高，強(qiáng)度下降，使力學(xué)性能變化。再上釉、拋光可以減少假體的表面粗糙度，恢復(fù)其表面光滑，是目前常用的陶瓷修復(fù)體表面處理工藝。上釉和拋光可以改善玻璃陶瓷的表面粗糙度（彎曲強(qiáng)度，硬度，斷裂韌性），而且，拋光后的強(qiáng)化效果比上釉好。經(jīng)過上釉和磨光處理后，氧化鋯陶瓷的抗折強(qiáng)度和斷裂韌性都得到了改善。學(xué)術(shù)界的觀點比較統(tǒng)一；但是關(guān)于硬度變化存有爭論，目前已有研究表明，硬度是氧化鋯的內(nèi)在屬性，表面加工不能使其硬度發(fā)生變化，另外，還有一些研究表明，上釉和拋光可以降低表面裂紋增加氧化鋯硬度。

關(guān)鍵詞：陶瓷修復(fù)體; 力學(xué)性能；上釉

1 前言

陶瓷材料的特性相比橡膠材料，更適合做密封環(huán)。這樣可以極大地延長密封的有效時間，并且，其平均費(fèi)用和維修費(fèi)用非常低廉。但是，由于陶瓷密封環(huán)的制造過程比較繁瑣，目前的高精度研磨和拋光設(shè)備，都是為半導(dǎo)體材料和光冷加工而研制的。不能直接應(yīng)用于陶瓷密封環(huán)的拋光。為了解決這個問題，研制一種用于先進(jìn)陶瓷密封環(huán)超精密加工的研磨拋光設(shè)備，從而實現(xiàn)陶瓷密封環(huán)的廣泛使用。

2上釉和拋光技術(shù)是口腔材料修復(fù)過程中的特點

（1）能更好地控制修復(fù)體與基底的界面反應(yīng)；（2）能在較低水平上獲得較好的機(jī)械性能；（3）不會影響到其生物相容性及力學(xué)性能。其中拋光技術(shù)和上釉技術(shù)是目前最為常用的兩種方法。拋光技術(shù)主要包括研磨、拋光和去色等步驟。隨著拋光設(shè)備、陶瓷磨具的發(fā)展及應(yīng)用的不斷深入，越來越多的學(xué)者認(rèn)識到了機(jī)械拋光對上釉方法和上釉技術(shù)的重要影響。但是通過上釉或者拋光對口腔陶瓷材料力學(xué)性能變化的研究并不多見。上釉或表面磨削、研磨以及去色是機(jī)械拋光中常見的三種方法之一[1]。

3上釉和拋光技術(shù)的進(jìn)展

3.1上釉技術(shù)的原理是通過機(jī)械研磨實現(xiàn)

一般將釉料與金屬材料混合后均勻地覆蓋在牙體表面，通過機(jī)械的摩擦作用來提升材料的表面機(jī)械性能。機(jī)械磨削通常包括研磨、拋光以及去色。拋光在上釉和拋光過程中使用的是特殊的拋光工具或磨具。拋光技術(shù)的發(fā)展是機(jī)械拋光技術(shù)飛速發(fā)展的結(jié)果，同時也伴隨著許多問題。其最大的問題在于拋光過程中難以控制牙體中金屬元素的變化，因此對硬度值及斷裂韌性有著非常嚴(yán)格的要求。目前市面上多以無機(jī)非金屬的材質(zhì)進(jìn)行上釉和拋光，例如氧化鋁、氧化鋯等。不同材料上釉時所得到的硬度值不同，一般以8～10 HRC為最佳。

3.2表面磨削

在機(jī)械拋光中，磨削對陶瓷材料的力學(xué)性能的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）對基底結(jié)構(gòu)的破壞。通過對磨削的控制，可以控制陶瓷材料的整體或局部應(yīng)力分布。但在實際操作中，由于上釉技術(shù)和拋光技術(shù)的限制，并不能完全控制上釉過程中陶瓷材料的整體或局部應(yīng)力分布。因此，對于上釉與拋光階段使用不同的磨削方法也能獲得不同程度的機(jī)械性能。（2）對陶瓷的化學(xué)成分影響。例如：在粗磨削階段，隨著厚度的增加，粗糙度增加；磨去釉料表面有較大的氧化膜存在，能提高其物理性能。但是粗磨削后陶瓷強(qiáng)度降低；磨削層產(chǎn)生微小的熱應(yīng)力；磨削層具有更高的熱膨脹系數(shù)（即晶粒長大）。因此如何調(diào)整磨削條件及進(jìn)行適當(dāng)打磨是促進(jìn)磨削后涂層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和力學(xué)性能提升最關(guān)鍵的問題之一。

3.3機(jī)械拋光在陶瓷材料界面上表現(xiàn)出的現(xiàn)象與機(jī)理

機(jī)械拋光是利用機(jī)械設(shè)備，在坯體表面進(jìn)行研磨和拋光，以獲得不同的表面粗糙度，從而達(dá)到拋光的目的。因此，機(jī)械拋光在口腔陶瓷材料的界面上表現(xiàn)出以下幾種現(xiàn)象：（1）研磨后表面粗糙度降低，這是因為其表面形成了致密的氧化膜。機(jī)械拋光后陶瓷表面的拋光層脫落，導(dǎo)致陶瓷組織結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。（2）釉質(zhì)和瓷質(zhì)的界面上形成了由基底表面層與釉質(zhì)產(chǎn)生摩擦和相位移動引起的界面滑動；（3）機(jī)械拋光后陶瓷材料在磨損中也會產(chǎn)生界面滑動，但其行為與物理性能沒有明顯變化。由于受到磨損機(jī)理的影響，所以機(jī)械拋光在陶瓷材料表面并沒有形成一種致密的涂層。然而機(jī)械拋光在材料的應(yīng)力作用下能夠增加陶瓷材料塑性變形能力，且在一定范圍內(nèi)會發(fā)生位移。這也是部分研究者通過大量實驗研究表明機(jī)械拋光技術(shù)會引起材料機(jī)械性能改變，主要表現(xiàn)為：第一：瓷釉中致密物的減少；第二：釉面粗糙度降低；第三：陶瓷表面形成致密金屬層；第四：牙體組織受到機(jī)械性磨損產(chǎn)生微裂紋形成脫落等造成損傷。因此對于上釉或者拋光后陶瓷材料中存在上述變化這一問題學(xué)者們提出了不同意見和解決方法[2]。

3.4上釉和拋光后性能改變的研究

對于上釉或拋光過程中牙釉質(zhì)的成分及結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究是口腔修復(fù)中非常重要的一個環(huán)節(jié)，但是在實際應(yīng)用中這一環(huán)節(jié)并不是非常地廣泛。Sani等在機(jī)械拋光過程中觀察到，上釉后的瓷質(zhì)在磨削加工過程中幾乎沒有發(fā)生形變。Wang等在研究上釉和拋光期間陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)時發(fā)現(xiàn)上釉和拋光對陶瓷成分的影響并不是很明顯，但是在微觀細(xì)化方面確實有所區(qū)別。有研究發(fā)現(xiàn)上釉后顯微結(jié)構(gòu)主要以層狀結(jié)構(gòu)為主，而拋光后的顯微結(jié)構(gòu)中，由于拋光加工使陶瓷層發(fā)生了形變從而導(dǎo)致微裂紋。在上釉和拋光后對不同牙釉質(zhì)成分及結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理不同，其中上釉在硬度和強(qiáng)度方面對牙釉質(zhì)造成了較大傷害。所以對于不同牙釉質(zhì)成分的上釉或者拋光過程導(dǎo)致口腔瓷質(zhì)中具有不同成分結(jié)構(gòu)與硬度組合而引起力學(xué)性能變化的情況目前尚無報道。除了上面提到的因素以外，臨床研究也顯示口腔陶瓷材料表面質(zhì)量對其物理及力學(xué)性能產(chǎn)生影響。隨著人們對口腔修復(fù)理念和修復(fù)技術(shù)提出更高期望，口腔修復(fù)材料力學(xué)性能也將有更大提高。

4結(jié)語

口腔修復(fù)體（尤其是有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的修復(fù)體）是通過口腔機(jī)械修復(fù)后，與基底接觸的修復(fù)體與基底的界面反應(yīng)產(chǎn)生力學(xué)性能變化。但是目前對口腔陶瓷修復(fù)體的機(jī)械力學(xué)性能變化研究較少。目前的研究多是針對上釉技術(shù)上釉后的組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能對拋光技術(shù)上釉和拋光后樣品的檢測。機(jī)械拋光操作可以通過提高材料的硬度和強(qiáng)度來提高臨床使用效果。但在不同的環(huán)境條件下，機(jī)械拋光會產(chǎn)生不同的破壞。而且對材料力學(xué)性能等其他方面都有一定影響。隨著研究的深入和實驗數(shù)據(jù)的積累與分析，相信會有更多關(guān)于上釉和拋光后口腔陶瓷材料力學(xué)性能轉(zhuǎn)變過程研究以及新方法研究的相關(guān)報道。對于機(jī)械拋光上釉和拋光后口腔陶瓷材料力學(xué)性狀發(fā)生變化的研究一直是口腔專家們探討內(nèi)容。希望未來能有更多新成果問世。

參考文獻(xiàn)

[1] 雷磊， 伍雨馳， 程子晉，等. 牙科陶瓷材料的摩擦學(xué)性能研究進(jìn)展[J]. 材料工程， 2022（050-002）.

[2] 邱莎， 張安玲， 游紅菊. 口腔全瓷修復(fù)材料拋光方法研究進(jìn)展[J]. 中國衛(wèi)生產(chǎn)業(yè)， 2020， 17（7）：3.