口腔陶瓷材料

口腔陶瓷材料南京医科大学口腔医学院修复教研室钱敏2008年11月•概述•烧结全瓷材料•金属烤瓷材料•铸造陶瓷•成品陶瓷牙概述•概念•发展史•分类•结构•性能•陶瓷（Ceramics）:凡是非金属、非有机物的材料都称为Ceramics。为了同岩石和矿物区别，又限定为：凡是人工在高温下焙烧制成的固体物都称之为Ceramics,这些无机固体材料由氧化物、氮化物、碳化物等原料制成。该词来源于希腊语的Keramos，意为烧过的材料。中文为“陶瓷或陶器”。•瓷（Porcelain）:一类特殊的Ceramics，它由白粘土、石英和长石三种材料混合，经过粉碎、混合、成形和烧结形成的白色陶器。中文为“瓷、瓷器”。发展史•据出土的古陶瓷文物分析，陶瓷的历史可以追溯到九千年以前。早期的陶瓷只是陶器，人们用泥土作原料，以树木燃烧获得温度，使之烧结，得到一定强度、多孔和透气的制品。•随着含铝成份较高的瓷土及高岭土原料的应用、高温技术的发展和釉的发明，产生了陶器到瓷器的第一个台阶。在中国出现了著名的唐三彩和邢窑白釉瓷。•进入二十世纪以来，出现了一系列不同于硅酸盐化合物的陶瓷材料，如以氧化物、氮化物、硅化物、硼化物等制成的陶瓷材料，进而由传统发展到先进陶瓷。这一阶段的先进陶瓷无论从原料、显微结构中体现的晶粒、晶界、气孔、缺陷等，在尺度上都处于微米级水平。因此，又称为微米先进陶瓷或精细陶瓷(fineceramics)。•随着各种新型功能陶瓷的研究并应用于医学,形成了生物陶瓷概念。应用在口腔医学领域,称为口腔生物陶瓷材料。口腔应用•遗憾之一是：中国有几千年的瓷文化历史，却在口腔应用研究方面远远落后于发达国家。•遗憾之二是:当国人在接受瓷材修复的时候，相当部分牙科医师在滥用误用。。。。。。我国烤瓷修复1977年研制国产烤瓷粉1980年华东地区办烤瓷学习班1990s全国广泛应用烤瓷修复1998年召开烤瓷修复研讨会分类•按性质：•单纯陶瓷和陶瓷基复合材料；•氧化物系陶瓷和非氧化物系陶瓷；•惰性陶瓷和反应性陶瓷；•吸收性陶瓷和非吸收性陶瓷•按临床使用部位：•植入性陶瓷•非植入性陶瓷•按临床用途：•烧结全瓷•金属烤瓷•铸造陶瓷•种植陶瓷•成品陶瓷牙等口腔陶瓷材料的结构•相组成•晶相•玻璃相•气相/气孔•结合键•离子键•共价键•混合键口腔陶瓷材料性能物理性能•密度2.4(g/cm3)•热膨胀系数6×10-6～8×10-6℃•热导率0.042(J/cm.·s·℃)•吸水率0%-2%•光透过率50%(2mm板)•体积收缩率35%-50%•体积收缩问题：•透明性问题：机械性能•抗压强度（Mpa）345•抗拉强度（Mpa）34.6•抗弯强度（Mpa）55•努氏硬度（Mpa）4600•特点：抗压强度、硬度及耐磨度非常高抗拉强度、抗弯强度及抗冲击强度较低•函待解决问题：质脆易折。“纳米”技术•化学性能：口腔材料中化学性能最稳定•生物性能：口腔材料中生物性能最优良•审美性能：口腔材料中最佳影响陶瓷性能的主要因素•组成•结构•性质•晶体结构•相分布•晶粒尺寸和形状•气孔•杂质•缺陷•晶界等口腔陶瓷制品的成型•烧结•表面涂层——烤瓷熔附金属修复体•铸造——铸造陶瓷；失蜡铸造烧结全瓷材料•烧结全瓷材料（sinteredallceramicmaterials）系指烧结制作口腔全瓷修复体的一种瓷料，以往称为烤瓷材料（porcelainmaterials）,又称为烤瓷粉，但目前为了区别与其它全瓷工艺及材料上的差别，改称为烧结全瓷材料种类和组成•种类•根据熔点分类•高熔烤瓷瓷料1200-1450℃•中熔烤瓷瓷料1050-1200℃•低熔烤瓷瓷料850-1050℃•根据成分和性质分•长石质烤瓷•氧化铝质烤瓷组成•长石(Na2O·Al2O3·6SiO2钠长石/K2O·Al2O3·6SiO2钾长石)：烤瓷材料的主要成分；助熔作用•石英(SiO2)：增强材料，但透明度低•白陶土(Al2O3·2SiO2·2H2O)：具粘性，赋予陶瓷成形和烧结，增加陶瓷的韧性和不透明性；烧结后体积收缩大•硼砂：助熔作用•硅石：增加强度和透明度•氧化铝：增加强度，减少烧结收缩•着色剂：金属氧化物•釉料：增加光泽度•荧光剂：增加烤瓷的自然色感•结合剂：•长石质烤瓷：P103•氧化铝质烤瓷：−核心部材料：40－50％的氧化铝，粒度30um，烧结温度1050℃−外层材料：氧化铝瓷外层材料的组成性能•物理机械性能•化学性能：稳定•生物性能：良好•审美性能工艺步骤（P105）•成型•烧结用途•嵌体、冠、牙面•因脆性大易折，已逐渐被金属烤瓷修复体所替代•新开发的烤瓷材料（如玻璃陶瓷、In-cream渗透陶瓷、高纯铝瓷、e.max铸瓷等),其强度得到保证后，应用逐步广泛。金属烤瓷材料金属烤瓷修复技术(porcelian-fused-to-metal)：又称金－瓷修复技术，是研究将烤瓷烧结到合金表面形成修复体的技术，瓷熔附金属形成的修复体称金-瓷修复体。用于金瓷修复的烤瓷材料称之为金属烤瓷材料，又称为金属烤瓷粉（porcelain-fused-to-metal-powder）金属烤瓷材料种类、组成和性能•属低熔瓷，熔点在850～1050℃组成(P102)性能(P102)金属烤瓷材料与金属的结合金属烤瓷瓷料与金属的结合形式•机械结合：表面机械嵌合•物理结合：范德华力•压力结合：金属的热膨胀系数＞瓷的热膨胀系数•化学结合：化学键（离子键、共价键和混合键）•机械性结合：指烤瓷熔融后流入粗化的、凹凸不平的合金表面而形成相互融合的机械锁结作用，属物理性结合；表面过于粗糙，界面易产生气泡或介入异物，影响金瓷结合。•范德华力结合（VanderWeal’sforce）：亦称为分子间引力，是指两个极化的分子或原子密切接触时产生的静电吸引力。此过程不发生电子的转移。瓷对合金表面的润湿度越大，其间产生的范德华力越大。•压缩力结合：压缩力是当烤瓷熔附金属修复体冷却后，因合金比瓷的收缩大而快，使瓷的界面受到合金收缩的影响，内部产生的一种压力。主要由于金瓷之间热膨胀系数的差异造成。化学性结合：指合金表面的氧化物与烤瓷成分中的氧化物和非晶型玻璃质之间发生化学反应而相互结合；结合的基本条件是合金表面氧化层的存在。合金金属烤瓷材料与金属结合的影响因素•合金表面氧化膜的厚度：0.2～2um•热膨胀系数问题：要求烤瓷的热膨胀系数稍小于金属的热膨胀系数，两者之差在(0－0.5)×10ˉ6/℃的范围内最为理想。•表面粗化程度及界面润湿问题:瓷与金属良好结合的前提是烤瓷在熔融状态下与金属界面保持良好的湿润状态，接触角不大于60°•修复体正确的设计和制作控制表面氧化膜厚度的方法•控制合金预氧化时间和温度：•贵金属合金需要预氧化•负压下烧结•表面涂布粘结剂•合理打磨铸造陶瓷材料•齿科铸造陶瓷（castabledentalceramic）是可用失蜡铸造工艺（lost-waxcastingtechnique）成型的陶瓷。它是一种玻璃陶瓷材料（glassceramic），先经铸造工艺以玻璃态成形，之后经热处理产生结晶相而瓷化，使材料获得足够的强度。用铸造陶瓷材料制作修复体的技术称为铸造陶瓷修复工艺，所制作的修复体称为铸造陶瓷修复体。种类•云母系玻璃陶瓷（mida-basedglassceramics）：主晶相为硅氟云母（K2Mg5Si8O20F4）的铸造陶瓷材料。有K2O-MgO-Al2O3-SiO2-F2系列（国产）或K2O-MgF2-MgO-SiO2-ZrO2(Dicor)系列。其晶化前玻璃体含二氧化硅（SiO2）较多，晶化后生成物的主晶相为硅氟云母。•磷灰石系玻璃陶瓷（apatite-basedglasscetamics）：主晶相为磷灰石的铸造陶瓷材料，为磷酸钙结晶类铸造陶瓷。•主晶相为磷灰石[Ca10(PO4)6(OH,F)2]的MgO-CaO-SiO2-P2O5-F系列(如Cerapearl)•主晶相为偏磷酸钙[β-Ca3P2O4]的CaO-Al2O3-P2O5系列其晶化前玻璃体含较多P2O5和CaO，晶化后生成物是磷灰石类结晶。组成•组成中•ZrO2、P2O5为结晶成核剂，使材料在热处理过程中能在玻璃相中析出结晶相。•Al2O3和SiO2可提高陶瓷的强度和硬度。•MgO可提高陶瓷粉熔化后的流动性，减少黏滞性。•CaO和P2O5可改善材料的生物性能。性能•物理机械性能(P111)•化学性能•生物性能铸造陶瓷的制作工艺•铸造（casting）：磷酸盐包埋材无圈包埋，铸造•结晶化热处理（crystallizationheattreatments）•试戴（trywear）：•着色与上釉（cooloringandglazing）：•粘接（bonding）：结晶化热处理•目的：将经过熔融、铸造后的玻璃态材料转变为具有优于原始材料性能的玻璃陶瓷。•铸造陶瓷铸造后再次加热，使其在玻璃相中析出结晶相，称为“结晶化处理”。•铸造陶瓷材料在铸造刚刚完成时，还具有一定的流动性，其结构也是非晶态的。当再次加热时，材料中析出的晶体将以成核剂为中心生长，形成Ca10（PO4）6O，但此时的化学性能还不稳定，在接触到水分后，成为结晶结构的Ca10（PO4）6（OH）2，即羟基磷灰石晶体。结晶化处理后的铸件具有高密度结构、高机械强度、硬度大和化学性质稳定等特点。处理过程•起始温度750℃，保持15min；•每分钟升高50℃，直到870℃维持1h影响因素•成核剂：是控制结晶化热处理的关键•成核温度：•结晶化温度：•结晶温度过低，晶体数量过少；•结晶化温度过高，材料强度下降和折光率降低。•结晶化热处理升温速度：升温过快，会导致在玻璃相和结晶相之间产生内应力，导致变形和破裂•氧化钛（白色）•氧化铯（黄色）•氧化镍（灰色）•氧化钴（蓝色）•氧化铁（褐色）•磷酸锰（红色）烤瓷及其他材料的硬度比较•材料布氏硬度•烤瓷400•牙釉质300•牙本质65•银汞合金90•硅酸盐水门汀70•复合树脂75•自凝塑料16