CN1322842C - 高强度可切削渗透陶瓷制作牙体冠、桥修复体的方法 - Google Patents
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Abstract
高强度可切削渗透陶瓷制作牙体冠、桥修复体的方法，系由α-Al2O3微粉及调拌液制作粉浆涂塑于代型上制作多孔氧化铝基体，预烧后形成堆积密度大于63%的坯体。利用高温渗透技术使熔融状的母体玻璃渗进多孔基体中，形成玻璃—氧化铝连续渗透相复合体，复合体经微晶化处理后，母体玻璃受控析出云母微晶体。本方法工序少，操作简便。以本方法制作的冠、桥修复体兼具高强度，可切削性及半透明性，具有广泛的临床推广应用价值。
Description
技术领域：
本发明涉及口腔牙体冠、桥修复体的制作方法及相关材料的制备，在这些材料中特指使用的云母微晶玻璃及α-Al2O3微粉。
背景技术：
在现有制作牙体冠、桥的主要方法中，包含金属烤瓷类材料、全瓷类材料。但金属烤瓷类的金属底层阻挡了光线的通过，使修复体缺乏天然牙的活力，采用贱金属为底层材料，由于金属离子的渗漏导致修复体颈缘发黑，严重影响美观，兼之贱金属潜在的毒性及致敏性仍令人忧虑。陶瓷材料具有与天然牙相似的美学性能，其生物相容性好，化学性能稳定，导热、电性差，不刺激牙髓，耐磨蚀，表面光洁，不易附着菌斑，是一种理想的牙体修复材料。近三十多年来，已开发研制出多种具有不同性能的全瓷修复体系供临床选择，这些体系中包括以下典型代表：
1.白榴石陶瓷：将粉浆涂塑于石膏类代型上，经烧制后，形成一种白榴石晶体，强度达150Mpa左右，具有良好的半透明性及美观的色泽。但在烧制过程中，其体积收缩率达30～50％(线收缩率10～15％)，常导致修复体变形量大，适合性欠佳。
2.铝瓷：当Al2O3含量达到45％以上时，即属于铝瓷范围。早期应用于临床的铝瓷Vitadur-N(1065)及Hi-Ceram(1973)均采用颗粒弥散强化的方法，将α-Al2O3颗粒均匀分散在传统长石瓷中，其含量受添加方式及制备工艺的限制，只能达到45～50％左右，挠曲强度约为110～142Mpa，临床失败率较高。80年代，由于In-ceram复合技术的应用，将Al2O3含量提高到75％左右。其以氧化铝为基体，以镧系玻璃进行渗透，挠曲强度达400Mpa，但再加工不易，为临床应用带来困难。
3.可切削陶瓷：在齿科可切削陶瓷中，主要包括三种类型。其一为Vita Mark I，Vita MarkII，强度较低，约70Mpa左右，仅能用作贴面、嵌体，适用于Cleay CAD/CAM(Siemtus，Germany)加工体系。其二为云母玻璃陶瓷，主要包括Dicor MGC及Dicor MGC-F。它们的切削性源于玻璃基质中析出的云母晶体，云母具有板层状结构，层与层之间连接疏松，在外力作用下，极易沿(001)晶面解理。但它的强度仅达120Mpa左右，以其制作的冠修复体均告失败，只能制备嵌体、贴面等。其三为预成氧化铝瓷块，1996年Rinke S.报告了在临床上用预成的多孔氧化铝块作为Celay专用技术的切削材料，制备出全齿冠雏型，随后对其进行常规玻璃渗透及表面饰瓷，完成修复体的制作。由于这种预成瓷块强度较低，仅60Mpa左右，加工时易于破损。
对于现有氧为铝基复合陶瓷材料而言，已有氧化铝-氧化锆复合陶瓷、氧化铝-金属复合陶瓷、氧化铝-镧系玻璃复合陶瓷，尚无氧化铝-云母微晶玻璃复合陶瓷。
尽管齿科全瓷修复材料有了长足的进步，但在临床可操作性、美观性及高强度等方面仍存在不足，有待进一步提高，特别是能兼顾高强度、可切削特性的高品质的全齿修复材料，仍是一个亟待解决的难题，这正是本发明所涉及的关键问题。
发明内容：
本发明的目的是提出一种制作齿科全瓷冠、桥的新方法，这种方法所需工序少，设备简单，易于操作，能够方便地制作出美观、高强度及良好可切削性能的冠、桥修复体。本发明的要点在于采用Al2O3粉体制作多孔坯体，利用高温渗透技术，使熔融状的云母玻璃渗进多孔基体中，形成复合体，经微晶化处理之后，渗进的母体玻璃受控析出云母微晶，从而使渗透陶瓷成为兼具美观、高强度、可切削性于一体的高品质齿科修复体。
本发明所涉及的云母微晶玻璃应满足以下性能要求：①较低的高温粘度，良好的渗透性能；②较低的熔点，通常在低于α-Al2O3基体预烧温度50-100℃间熔融渗透；③与α-Al2O3基体有良好的润湿性；④较好的热化学稳定性，在渗透温度下不会与α-Al2O3基体产生明显的化学反应或为玻璃液所溶解；⑤玻璃的热膨胀系数应稍小于α-Al2O3的热膨胀系数，以便冷却时在玻璃中引入有利的微观压应力；⑥在适宜温度下能受控析出云母微晶体，赋与渗透陶瓷良好的可切削性能。
众所周知，氟金云母及四硅酸云母的化学组分中除Si、Al外，还含有K、Mg、F等元素。在现有的氧化铝-玻璃渗透复合陶瓷中，渗透玻璃组分中不含上述三种元素，即使采用微晶处理技术也不可能形成云母微晶，可调磨性差。本发明涉及的云母微晶玻璃在组分设计上与传统云母微晶玻璃在主要成分之间亦有着很大的区别，除含生成云母微晶玻璃的元素外，它增添了B2O3，减少了SiO2的用量，并且还添加了La2O3及少量的Li2O等元素。B2O3、La2O3的增加以及SiO2的减少，有助于降低高温时玻璃的粘度以及熔融玻璃的表面张力。这些调整改善了玻璃的渗透性能，有利于气孔的排出，减少了复合体中残余的气孔。稀土镧元素(La)，其离子半径大，场强高，具有强烈的积聚作用，它的适量添加有助于提高玻璃的化学稳定性，同时由于La2O3具有较大的折射率，更易使渗透陶瓷具有半透明性。在微晶化处理之后，玻璃基质内板条状云母晶体的析出，在光线作用下，产生类似天然牙釉柱的效应，更增添了修复体逼真感。具有与牙体相仿的美学性能，这正是当今修复体开发中企求的基本特征之一。
本发明选用α-Al2O3微粉为基体，纯度达99.9％，平均粒径2～3μm，粒度分布应符合密堆积级配规则，选用液体介质作分散剂制作料浆，在专用代型上进行成型，制作成冠、桥的生坯，生坯经1200℃预烧2小时后，在坯体上涂塑一定厚度的云母微晶玻璃粉体，经1100～1180℃保温，直至云母玻璃液渗透至基体的全部孔隙中，将玻璃陶瓷复合体于900℃左右进行微晶化处理，依据云母玻璃的不同化学组成可以析出氟金云母或四硅酸云母微晶。所形成的氧化铝-云母微晶玻璃复合体可制作成牙科冠、桥修复体，其显现类似牙釉质的半透明特征。测试表明，其三点抗弯强度可达340～431Mpa，断裂韧性可达4.41Mpa M1/2，可切削性能可达6.84μm-1。
经实验，本发明中云母微晶玻璃的化学组成按重量百分比计，生成范围为：K2O 8～12，Li2O 1.0～2.1，Al2O3 0～22，MgF2 6～10.3，MgO 4～8.9，La2O3 6.1～9，B2O3 13～18，SiO2 26～49，余TiO2和ZrO21.2～2.5。
具体实施方式：
1.渗透用云母微晶玻璃的制作：
选用化学纯或分析纯试剂为原料，按上述配比称量并混合均匀，于铂坩埚或氧化铝坩锅1450℃熔融，搅拌均匀后，熔体浇入冷水中，破碎成细小颗粒状玻璃。将上述玻璃球磨至140～200目的粉体，供渗透用。
本发明中云母微晶玻璃的化学组成，列举如下表：
可切削渗透陶瓷云母微晶母体玻璃化学组成实例
| NO.1 | NO.2 | NO.3 | NO.4 | NO.5 | NO.6 | |
| K2OLi2OAl2O3MgF2MgOLa2O3B2O3SiO2TiO2ZrO2 | 12.01.020.46.04.97.414.531.62.2 | 81.2227.95.191529.32.5 | 9.52.1159.4671335.51.9 | 11.31.0199.14813.732.92.1 | 10.51.919.28.54.68.918262.4 | 9.71.7010.38.96.113.1491.2 |
高强度可切削渗透陶瓷制作牙体冠、桥修复体的具体方法：
2.高强度可切削渗透陶瓷的制作过程如下：
1)选用α-Al2O3微粉体为基体，其纯度达99.9％，平均粒径2～3μm，粒度分布应符合密堆积级配规则。
2)专用液体介质作分散剂，pH值调整为6～7。
3)按每毫升分散剂调拌5～10.5克氧化铝粉体的比例制作料浆。
4)以专用代型料制作牙体冠、桥的代型。采用涂塑或浇注的方式成型，制作成冠、桥的生坯。
5)将生坯烧制成具有一定强度(约20Mpa)的刚性氧化铝骨架，构成渗透陶瓷的基体，基体中25～30％的容积为连续分布的气体孔隙所占据。这些均匀分布的毛细通道为云母玻璃液提供了渗透途径及渗透动力。预烧条件对基体强度及变形量有着重要影响。预烧温度通常为1200℃/2h。
6)涂塑一定厚度玻璃粉体于预烧后的基体表面，缓慢升温，经1100～1200℃保温，直至云母玻璃液渗透至基体的全部孔隙中。
7)将玻璃渗透陶瓷复合体于900℃左右进行微晶化处理，依据云母玻璃的不同化学组成可以析出氟金云母、四硅酸云母微晶体。云母微晶的结构特征除对复合体的透过特性产生影响而外，还对复合体的可切削性能产生着决定性的影响。测试表明，其三点抗弯强度可达340Mpa～431Mpa，断裂韧性可达4.41Mpa M1/2，可切削性能可达6.84μm-1。
与传统全瓷修复材料相比，高强度可切削渗透陶瓷制作牙体冠、桥修复体具有以下突出优点：
1)采用本发明的制作方法，冠、桥修复体的挠曲强度完全满足制作冠、桥修复体的强度要求，冠桥修复体能安全有效地行使咀嚼功能。
2)制作的冠、桥的修复体在修复就位过程中可进行适当调磨，美观性、适合性好。
3)α-Al2O3的折射率与云母微晶玻璃的折射率十分相近，自然光透过复合体时，展现出良好的半透明性，它在口腔环境中可以吸收、反射周围软、硬组织的光线，与背景浑然一致，产生独特的“变色龙”效应，增添了修复体的逼真感。
4)成型方法十分简便、快捷。修复体的线收缩率可控制在0.3％以内，完全满足修复体的制作技术精度要求。
综上可以看出，本申请专利采用新颖独特的设计思想，制作方法简便易行，品质优良，在口腔临床修复技术中具有普遍推广应用价值。
采用本方法制作的渗透陶瓷除属于一种高强度的结构陶瓷材料而外，由于氧化铝-云母微晶玻璃所构成的两相复合体尚具有优良的电绝缘性及化学稳定性，因此也可作为功能材料。除制作口腔冠、桥修复体而外，由本发明制作的渗透陶瓷还可广泛应用于机械、电子、化工领域。
Claims (4)
1.可切削渗透陶瓷制作牙体冠、桥修复体的方法，其特征在于：
选用α-Al2O3微粉为基体，其纯度达99.9％，平均粒径2～3μm，粒度分布应符合密堆积级配规则，选用液体介质作分散剂制作料浆，在专用代型上进行成型，制作成冠、桥的生坯，生坯经1200℃预烧2小时后，在坯体上涂塑一定厚度的云母微晶玻璃粉体，经1100～1180℃保温，直至云母玻璃液渗透至基体的全部孔隙中，将玻璃陶瓷复合体于900℃左右进行微晶化处理，依据云母玻璃的不同化学组成可以析出氟金云母或四硅酸云母微晶；所形成的氧化铝-云母微晶玻璃复合体可制作成牙科冠、桥修复体，显现类似牙釉质的半透明特征，测试表明，其三点抗弯强度可达340Mpa～431Mpa，断裂韧性可达4.41MpaM1/2，可切削性能可达6.84μm-1。
2.据权利要求1所述的方法，其特征在于：生坯制作成型方法包括涂塑成型及浇注成型。
3.据权利要求1所述的方法，其特征在于：供渗透用云母微晶玻璃的组成重量百分比为：K2O 8～12，Li2O 1.0～2.1，Al2O3 0～22，MgF2 6～10.3，MgO 4～8.9，La2O3 6.1～9，B2O3 13～18，SiO2 26～49，余TiO2和ZrO2 1.2～2.5。
4.据权利要求1所述的方法，其特征在于：该方法除适用于制作口腔冠桥修复体外，也可用于机械、电子、化工领域。
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