中國粉體網(wǎng)訊  隨著口腔修復(fù)技術(shù)的不斷發(fā)展，口腔修復(fù)材料的種類也逐漸增多。陶瓷由于具有良好的機(jī)械性能、生物相容性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，已被廣泛應(yīng)用于牙科修復(fù)材料的各個(gè)領(lǐng)域。根據(jù)陶瓷種類的不同，齒科全瓷材料有熱壓鑄瓷、玻璃陶瓷和氧化鋯陶瓷等[1]。熱壓鑄瓷和玻璃陶瓷的強(qiáng)度比較低。與之對比，氧化鋯陶瓷由于單斜相和四方相的相變增韌而具有更高的力學(xué)性能，更適合用作齒科材料。另外，氧化鋯還具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在口腔環(huán)境中不發(fā)生反應(yīng)，具有良好的生物相容性，透光性比較高。所以，超過95%的全瓷冠和連橋結(jié)構(gòu)都是由氧化鋯陶瓷制成的[2,3]。

2氧化鋯陶瓷的性能概述[1]

2.1氧化鋯陶瓷的基本性質(zhì)

高純度的氧化鋯粉體呈白色，氧化鋯陶瓷呈白堊色。相對分子質(zhì)量123.223g/mol，密度5.85g/cm3，熔點(diǎn)2715℃。氧化鋯有三種晶體結(jié)構(gòu)，單斜相、四方相、立方相。這三種晶體結(jié)構(gòu)在不同的熔點(diǎn)有不同形態(tài)，并且在一定溫度條件下會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)換。單斜相和四方相相互轉(zhuǎn)變的溫度在1150℃左右，四方相和立方相相互轉(zhuǎn)變的溫度在2370℃左右。在四方相氧化鋯向單斜相氧化鋯轉(zhuǎn)變的過程中發(fā)生馬氏體相變，并且伴隨著體積膨脹[4]。

2.2氧化鋯陶瓷的增韌[5]

與金屬相比，陶瓷材料的斷裂韌性通常低1~2數(shù)量級(jí)。氧化鋯陶瓷可以通過不同的增韌方式來提高其斷裂韌性，主要增韌機(jī)理有：應(yīng)力誘導(dǎo)相變增韌、微裂紋增韌、微裂紋的彎曲、分叉與橋接增韌、晶須增韌、彌散增韌、細(xì)晶強(qiáng)化、纖維增韌等，在實(shí)際應(yīng)用中氧化鋯陶瓷材料韌性的提高往往是多種增韌機(jī)制共同作用的結(jié)果。目前實(shí)驗(yàn)室測量氧化鋯陶瓷斷裂韌性應(yīng)用最多的方法有：單邊切口梁法和壓痕法。

氧化鋯陶瓷韌性的研究早在20世紀(jì)50年代就已經(jīng)開始，1975年之后隨著相變現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)，一些研究者[6]認(rèn)為應(yīng)力誘導(dǎo)相變增韌是氧化鋯陶瓷因外應(yīng)力作用而產(chǎn)生裂紋，裂紋尖端的應(yīng)力能夠誘發(fā)t→m馬氏體相變（如圖1所示為應(yīng)力作用下發(fā)生的t→m相變過程），相變晶粒產(chǎn)生的體積膨脹會(huì)抑制裂紋擴(kuò)展，從而提高材料的韌性。但是，在相變初始階段，裂紋尖端120°夾角內(nèi)存在的膨脹變形會(huì)引起氧化鋯韌性降低，如圖2所示，之后體積膨脹會(huì)抑制裂紋擴(kuò)展，使韌性迅速提高，當(dāng)裂紋擴(kuò)展至5~10h時(shí)，斷裂韌性增長緩慢[7]。

圖1應(yīng)力誘導(dǎo)t→m相變過程

圖2相變區(qū)中裂紋擴(kuò)展伴隨韌性提高的示意圖

2.3氧化鋯陶瓷的低溫氧化[8]

在低溫潮濕環(huán)境下，氧化鋯發(fā)生t-m相變老化的本質(zhì)是馬氏體相變：是非熱力學(xué)、無擴(kuò)散的晶體結(jié)構(gòu)變化。低溫老化首先在材料表面發(fā)生t-m相變，相變伴隨著體積膨脹使材料表面產(chǎn)生凸起及微裂紋、美學(xué)性能退化；隨后水分子沿微裂紋滲透到基體內(nèi)部，引起材料內(nèi)部的氧化鋯發(fā)生t-m相變，導(dǎo)致宏觀裂紋產(chǎn)生(圖3)[9]，最終力學(xué)性能下降，甚至引起突發(fā)失效經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究，低溫老化過程的特征主要包括4點(diǎn)：1)低溫老化是不導(dǎo)熱的自催化過程，t-m相變老化是通過m相的形核-長大（N-G）機(jī)制進(jìn)行的[10]；2)老化條件（溫度、時(shí)間、水或水蒸氣）改變會(huì)加速氧化鋯老化行為；3)老化會(huì)導(dǎo)致材料m相含量增加、韌性下降、美學(xué)性能退化[9]；4)穩(wěn)定劑含量和晶粒尺寸直接影響氧化鋯抗低溫老化性能。

圖3氧化鋯老化前后的形貌對比

3齒科氧化鋯陶瓷的制備工藝[11]

目前氧化鋯牙科陶瓷的制備工藝主要分為2大類：一類是通過從塊體中去除多余材料實(shí)現(xiàn)異形成形；另一類是通過添加材料直接實(shí)現(xiàn)異形成形。

3.1CAD/CAM磨削技術(shù)

隨著電腦輔助設(shè)計(jì)/加工（CAD/CAM）技術(shù)的興起，牙齒修復(fù)體的成形更加方便快捷，大大滿足了市場需求[12]。具體過程如下：首先需要對病人損傷部位進(jìn)行傳統(tǒng)的壓模、制模處理，隨后將模型進(jìn)行掃描之后利用CAD/CAM技術(shù)對塊體進(jìn)行磨削、拋光加工處理，最終得到所需形狀的修復(fù)體。根據(jù)機(jī)加工前塊體材料的致密化程度，可分為硬加工和軟加工2種。硬加工出現(xiàn)的時(shí)間較早，需將陶瓷材料完全燒結(jié)，使其致密度達(dá)到99%，然后將得到的塊體進(jìn)行機(jī)加工成型。軟加工通常是先將氧化鋯粉末冷等靜壓成塊體，然后進(jìn)行預(yù)燒結(jié)。隨后機(jī)加工成型，再燒結(jié)得到最終的修復(fù)體。

3.2 3D打印技術(shù)

在牙科方面，3D打印技術(shù)也已被用來制作牙齒模型，用以滿足病人個(gè)性化的需求，提高了生產(chǎn)效率。3D打印技術(shù)已發(fā)展出多種加工形式，包括噴墨打印技術(shù)、選擇性激光燒結(jié)、立體平板印刷、擠壓自由成型等。3D打印技術(shù)更適合于制作牙冠、牙橋、種植體、贗復(fù)體等具有復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)的修復(fù)體。目前3D打印生物陶瓷材料仍處于初級(jí)階段，相關(guān)研究多停留在體外實(shí)驗(yàn)，尚未有臨床試驗(yàn)的報(bào)道。同時(shí)全瓷修復(fù)體及支架的密度、尺寸、孔隙結(jié)構(gòu)、表面強(qiáng)度等技術(shù)問題尚未完全解決[13]。

4氧化鋯陶瓷在牙科種植領(lǐng)域的優(yōu)勢[14]

氧化鋯由于其極高的耐腐蝕性和優(yōu)良的力學(xué)性能，被認(rèn)為是一種適合應(yīng)用于牙科修復(fù)的陶瓷材料。與其他種植體相比，氧化鋯種植體的顯著優(yōu)勢在于：

（1）衛(wèi)生：研究表明，氧化鋯種植體由于其較差的表面潤濕性能會(huì)減少細(xì)菌的黏附和生物膜積累，與鈦種植體相比，表面保留的牙菌斑更少，周圍組織發(fā)生炎癥反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)更低，這將促使種植體周圍的牙齦更加健康衛(wèi)生；

（2）美觀：氧化鋯的優(yōu)點(diǎn)在于它本身的顏色明亮潔白，與天然牙齒的顏色接近，作為牙根的替換基材，比金屬種植體看起來更加自然，也消除了因金屬植入物造成的牙齦線變暗的可能，符合人們對審美的要求；

（3）強(qiáng)度：氧化鋯種植體的力學(xué)強(qiáng)度與鈦種植體相當(dāng)，同時(shí)具有極強(qiáng)的斷裂韌性和耐磨性，符合牙科種植體的強(qiáng)度要求；

（4）生物相容性：氧化鋯屬于生物惰性材料，具有優(yōu)良的生物相容性，對機(jī)體不產(chǎn)生毒性，不會(huì)引起過敏和炎癥反應(yīng)；

（5）骨整合性能：研究表明，氧化鋯種植體與鈦種植體具有非常相似的骨性接觸，骨結(jié)合水平與鈦合金相當(dāng)，這些發(fā)現(xiàn)表明，氧化鋯種植體可以達(dá)到穩(wěn)固的骨質(zhì)穩(wěn)定性；

（6）化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定：氧化鋯具有穩(wěn)定的化學(xué)性能，抗腐蝕能力極強(qiáng)，能長期存在于口腔環(huán)境中不發(fā)生任何反應(yīng)。

5結(jié)語

近年來，氧化鋯憑借其優(yōu)良的美學(xué)性能、機(jī)械性能等特點(diǎn)成為牙齒修復(fù)體的研究熱點(diǎn)，說明氧化鋯陶瓷在牙科修復(fù)領(lǐng)域潛力巨大。當(dāng)前，人口老齡化日趨嚴(yán)重，人們對美好生活的向往更加強(qiáng)烈。隨著齒科氧化鋯陶瓷抗老化性能的提高，以及健康功能化的未來需求，氧化鋯在生物醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。

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（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）

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