CN111908892A - 一种人工牙模型材料的制备方法、产品及应用 - Google Patents

一种人工牙模型材料的制备方法、产品及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种人工牙模型材料的制备方法、产品及应用，所述人工牙模型材料以氧化锆和高岭土为原料，经球磨后压制成型，然后经高温烧结后冷却得到；所述人工牙模型材料硬度为371HV，与牙釉质相近，为金刚砂车针的1/6左右，将其制作仿真牙，并应用于教学中其磨损行为与牙釉质相近，可作为模型材料模拟备牙操作，同时保证其教学应用过程中不易破裂。

Description

一种人工牙模型材料的制备方法、产品及应用
技术领域
本发明涉及模型牙材料技术领域，具体涉及一种人工牙模型材料的制备方法、产品及应用。
背景技术
目前，我国每年新增注册口腔执业医师1-1.5万名，口腔医学操作性强，进行临床操作前需要大量的模型牙进行重复训练，未经系统训练的医学生直接进行口内操作将大大延长治疗时间，给患者带来较差的就医体验，并且医学生诊疗过程中医疗事故风险和医患矛盾概率也将大大提高。目前口腔医学教学中常用的卡瓦等仿真头模教学系统可配置真实的临床牙椅靠背及头枕，将患者头颅及躯干模型可直接固定于牙椅靠背上，来模拟真实的临床操作感受。这些仿真头模系统解决了口腔临床中最基本的问题诸如快慢机的使用、灯光椅位调整、口腔操作入路等问题的临床前训练。在牙周临床教学中，多个团队利用不同材料研制出了人工牙石及人工牙龈系统，很好地模拟了龈上洁治术、龈下刮治术、根面平整术、牙周手术等操作，提升了牙周教学质量。但是对于牙体组织本身的模拟，目前方法相对局限。
现阶段口腔教学用牙主要有离体牙和树脂牙两种。离体牙是指临床上拔除的真实牙齿，主要来源于晚期牙周病患牙、上下颌智齿以及减数牙和一些残根残冠。离体牙模拟效果好，但随着人民口腔卫生保健意识的提高，完整的离体牙获取越来越困难，这大大限制了离体牙在口腔教学中的应用。另一种常用仿真牙树脂牙目前市面上主要有三种，分别是传统丙烯酸树脂牙、交联丙烯酸树脂牙和复合树脂牙。但是目前树脂牙性能与真实牙体组织有一定差异，目前大多数传统丙烯酸树脂牙维氏硬度在17HV-20HV之间，交联丙烯酸树脂牙维氏硬度在18HV-20HV之间，复合树脂牙性能稍好一些，硬度最高的一种达到了47HV，但是大多数复合树脂牙维氏硬度均处于17HV-30HV之间。而牙釉质维氏硬度约在350HV左右，牙本质硬度在60HV左右。树脂牙与牙体组织硬度差异导致其用作教学模型时备牙手感与实际口内操作有较大差异，不能很好地起到模拟训练效果，甚至可能引起误导。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种人工牙模型材料的制备方法、产品及应用，通过高岭土材料与氧化锆材料共同烧结，制备出硬度与牙釉质相近的牙模型材料，其可用于制备口腔教学用的仿真牙以及作为模型材料模拟备牙操作，较教学中常用的石膏牙材料强度(抗弯强度20MPa左右)有一定提升，可保证其教学应用过程中不易破裂。
本发明提供一种人工牙模型材料的制备方法，包括以下步骤，以氧化锆和高岭土为原料，经球磨后压制成型，然后经高温烧结后冷却得到所述人工牙模型材料。
进一步地，所述氧化锆和高岭土的质量比为3∶7。
进一步地，所述球磨包括以下步骤：
将原料混合均匀后，置于球磨罐中，加入氧化锆研磨球，球料比1:1，球磨转速300r/min，球磨120min，得粉体；在粉体中加入粘合剂溶液，混合均匀后，磁研体中研磨30min。
本发明球磨过程选取两次研磨，第一次研磨将氧化锆与高岭土混匀，将混匀后的材料中加入粘合剂溶液进行二次研磨可以防止加入粘合剂后材料与球磨珠粘连难以取下，粘合剂的加入可以使胚体致密不开裂。
进一步地，所述粘合剂溶液选自聚乙烯醇溶液、磷酸盐类胶黏剂溶液，硅酸盐类胶黏剂溶液、丙烯酸树脂类胶黏剂溶液中的一种；
进一步地，所述粘合剂溶液的质量分数为5-10％，粉体和粘合剂溶液的质量体积比为50g:3mL。
进一步地，所述粘合剂溶液为5％的聚乙烯醇溶液，溶液浓度过低影响粘接效果，使胚体破裂，过高可能在烧结过程中不能完全析出，有残留；
进一步地，所述压制成型为干压成型。
进一步地，所述干压成型的压力为5MPa，温度为25℃，压制成型后于120℃烘干30min。
进一步地，所述高温烧结后冷却包括以下步骤：初始温度为60℃，升温速率2℃/min，在60℃、200℃、400℃、600℃、800℃时分别保温30min，然后升温至烧结温度1350℃，烧结1.5h，以5℃/min降温速度降至800℃，自然冷却至室温，得到所述人工牙模型材料。
上述过程可以避免温度骤升、骤降温差大导致的陶瓷破裂。
本发明还提供上述的人工牙模型材料的制备方法所制备的人工牙模型材料。
本发明还提供上述的人工牙模型材料在制备仿真牙或备牙中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
二氧化锆材料虽然具有良好的机械性能，可满足口腔临床需求，但其维氏硬度高于1200HV，明显高于牙釉质；高岭土中含有35％wt以上的氧化铝，氧化铝材料是增韧氧化锆陶瓷材料中的稳定剂，可与氧化锆共同烧结形成氧化锆增韧氧化铝陶瓷，获得良好的机械性能。高岭土材料具有良好的结合性能和烧结性能，且低温烧结后硬度较低，可与氧化锆材料共同烧结调节材料硬度至接近牙釉质。
本发明提供一种备牙等口腔实践的体验接近天然牙的模型材料，而各种材料操作感的差异取决于材料的磨损行为，在不考虑其他因素的影响下，在一定范围内，磨料与被磨材料的硬度差异越大，被磨材料的磨损量越大。临床及教学中，全冠预备的主要车针为金刚砂车针，其主要磨料为金刚砂(SiC)，其硬度为2200HV左右，是氧化锆材料硬度(1200HV)的2倍、牙釉质硬度的6倍，与牙釉质材料的硬度差异明显高于氧化锆材料，其对牙釉质的磨损量明显高于氧化锆材料，所以不宜直接使用氧化锆材料制作模型牙。本发明制备的氧化锆高岭土复合材料，硬度为371HV，与牙釉质相近，均为金刚砂车针的1/6左右，将其制作仿真牙，教学应用中其磨损行为与牙釉质相近，可作为模型材料模拟备牙操作。而本发明制备材料的抗弯强度为50MPa左右，较教学中常用的石膏牙材料强度(抗弯强度20MPa左右)有一定提升，可保证其教学应用过程中不易破裂。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
取氧化锆粉体和高岭土粉体材料按质量比3∶7加入氧化铝球磨罐中，加入氧化锆，球料比1:1，转速300r/min，球磨120min后将粉体与研磨球分离，粉体置于瓷研钵中，加入质量分数为5％的聚乙烯醇溶液，粉体与聚乙烯醇溶液的质量体积比50：3(g/mL)，在瓷研钵中研磨30min，然后转入模具中，使用TM105F-5T热压机压制成型，压力5MPa，温度25℃；干燥箱中烘干30min，随后使用KF1600箱式炉按预定程序烧结，设定升温程序如下：初始温度为60℃，升温过程中，每分钟升温2℃，在60℃、200℃、400℃、600℃、800℃时分别保温30min，最后升温至烧结温度1350℃，烧结1.5h，以5℃/min降温速度降至800℃，自然冷却至室温得所述人工牙模型材料，干燥皿中常温保存。
实施例2
同实施例1，区别在于，氧化锆粉体和高岭土粉体材料的质量比5∶5。
实施例3
同实施例1，区别在于，最终升温至1450℃；
实施例4
同实施例1，区别在于，不进行60℃、200℃、400℃、600℃、800℃时分别保温30min，60℃直接升温至1350℃，烧结1.5h。
实施例5
同实施例1，区别在于，升温速率设置为10℃/min。
将实施例1-5制备的人工牙模型材料进行维氏硬度和抗弯强度性能检测，结果见表1；
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
维氏硬度 371HV 524HV 796HV 362HV 363HV
抗弯强度 48MPa 91MPa 102MPa 32MPa 30MPa
由表1数据可以得出，本发明技术方案配比制备的人工牙模型材料硬度和抗弯强度适中，性能与牙釉质相近，而当比例不适合或者烧结温度过高时均会导致材料性能发生变化；实施例4-5中当温度不在本发明限定范围内时，导致材料烧结过程中出现轻微裂纹，使材料的抗弯强度较弱。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种人工牙模型材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，以氧化锆和高岭土为原料，经球磨后压制成型，然后经高温烧结后冷却得到所述人工牙模型材料。
2.根据权利要求1所述的人工牙模型材料的制备方法，其特征在于，所述氧化锆和高岭土的质量比为3∶7。
3.根据权利要求1所述的人工牙模型材料的制备方法，其特征在于，所述球磨包括以下步骤：
将原料混合均匀后，置于球磨罐中，加入氧化锆研磨球，球料比1:1，球磨转速300r/min，球磨120min，得粉体；在粉体中加入粘合剂溶液，混合均匀后，磁研体中研磨30min。
4.根据权利要求3所述的人工牙模型材料的制备方法，其特征在于，所述粘合剂溶液的质量分数为5-10％，粉体和粘合剂溶液的质量体积比为50g:3mL。
5.根据权利要求1所述的人工牙模型材料的制备方法，其特征在于，所述压制成型为干压成型。
6.根据权利要求5所述的人工牙模型材料的制备方法，其特征在于，所述干压成型的压力为5MPa，温度为25℃，压制成型后于120℃烘干30min。
7.根据权利要求1所述的人工牙模型材料的制备方法，其特征在于，所述高温烧结及冷却包括以下步骤：初始温度为60℃，升温速率2℃/min，在60℃、200℃、400℃、600℃、800℃时分别保温30min，然后升温至烧结温度1350℃，烧结1.5h，以5℃/min降温速度降至800℃，自然冷却至室温，得到所述人工牙模型材料。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的人工牙模型材料的制备方法所制备的人工牙模型材料。
9.一种根据权利要求8所述的人工牙模型材料在制备仿真牙或备牙中的应用。
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