不同处理方法对瓷表面微观形貌的影响

台银霞　朱宪春　闫森等

[摘要] 目的 研究不同瓷表面处理方法对瓷表面微观形貌的影响。方法 制备6组金属烤瓷试样，分别在瓷表面进行如下处理：A组不作处理（对照组），B组采用质量分数9.6%氢氟酸（HF）酸蚀，C组用金刚砂车针与HF联合处理，D、E、F组分别用0.75、1.05、1.45 W的Nd： YAG激光与HF联合处理。处理后的试件用扫描电子显微镜（SEM）观察，

观察其表面形貌的变化。结果 经不同处理后瓷表面的微观形貌不同；E组经1.05 W的Nd： YAG激光与HF联合处理，瓷表面可见网格形裂纹，裂纹的侧壁及底部布满类圆形小孔，裂纹内壁圆钝，并且观察到直径约为20 μm的圆形弹坑样结构，其内壁附有直径为1～5 μm不等的圆形隐窝，形成倒凹结构。结论 能量参数为1.05 W的Nd： YAG激光与9.6%HF联合处理瓷面后可使瓷面均匀粗化，是一种有效的瓷表面处理方法。

[关键词] 表面处理； 扫描电子显微镜； 氢氟酸； Nd： YAG激光

[中图分类号] R 793 [文献标志码] A [doi] 10.7518/hxkq.2013.01.015 牙体、牙列的缺损或缺失是人类的常见病和多发病，不仅严重影响咀嚼和发音功能，也影响患者的外观容貌。陶瓷材料具有良好的美观性、化学稳定性、生物相容性、抗压缩性能，且其热膨胀系数与天然牙相似，因此成为修复牙体或牙列缺失的首选修复材料[1-2]。近年来，成年正畸患者愈来愈多，

其口内多数镶有瓷修复体，临床正畸医生经常会遇到在瓷修复体表面粘接托槽的难题。粘接时处理陶瓷表面的方法主要包括：氢氟酸（hydrofluoric acid，

HF）酸蚀、喷砂、机械打磨、硅烷偶联剂涂布、激光蚀刻等，但是仅用一种方法很难使托槽在瓷表面获得足够的粘接强度。经HF酸蚀后，陶瓷表面形成不规则的多孔结构，复合树脂黏结剂可以渗入这些孔状结构的内部，从而增加机械嵌合固位作用[3-4]。此外，HF还可去除瓷表面的污染，降低瓷破裂的发生。另据多项研究[5-7]报道：Nd： YAG激光处理是粗化陶瓷表面的有效手段。本研究采用Nd： YAG激光与HF联合处理瓷表面，使用扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）观察联合处理后瓷表面的形貌，探索两种处理方式联合使用能否在瓷表面形成有利于

机械固位的微观结构，为临床应用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 主要材料及仪器设备

镍铬烤瓷合金（批号091214，上海常平实业有限公司），瓷粉、釉粉、釉液（批号081020，日本松风公司），HF（北京化工厂）；金刚砂车针（MANI公司，日本），烤瓷炉（Densply公司，美国），KL型Nd： YAG激光治疗机（吉林省科英激光技术有限责任公司），S-3400N型SEM（日本Hitachi公司，长春工业大学提供）。

1.2 试样制作

将镍铬烤瓷合金铸造成0.6 cm×1.5 cm×0.2 cm大小的金属片，经表面打磨、喷砂、冲洗后，用乙醇和超声清洗10 min；在金属片上半部分上瓷，下半部分暴露出0.7 cm长的金属片，上瓷时的烧结温度为910 ℃，随炉冷却后，打磨，上釉粉釉液后再烧结。瓷层厚度约0.1 cm，其中不透明瓷厚度约0.15 mm，体瓷厚度约0.8 mm，釉瓷厚度约0.1 mm。所有金属烤瓷试样的制作均由同一技工完成。试样制作完成后用10倍放大镜观察有无釉面破损和微裂，选择无破损和微裂者进行后续研究。

1.3 瓷表面处理和分组

将试样按照不同的表面处理方式分为6组：A组为对照组，瓷表面不作处理；B组采用质量分数为9.6%的HF酸蚀2 min；C组经金刚砂车针打磨至釉面光泽消失后，再用9.6%的HF酸蚀2 min；D组采用能量参数为15 Hz、50 mJ、0.75 W的Nd： YAG激光处理后，再用9.6%的HF酸蚀2 min；E组采用能量参数为15 Hz、70 mJ、1.05 W的Nd： YAG激光处理后，再用9.6%的HF酸蚀2 min；F组采用能量参数为15 Hz、90 mJ、1.45 W的Nd： YAG激光处理后，再用9.6%的HF酸蚀2 min。各组试样完成表面处理后均用高压气枪冲洗瓷面20 s，再用气枪吹干20 s。

1.4 试样的表面形貌观察

6组试样表面喷金后，置于SEM下进行表面形貌观察。

2 结果

各组试样的表面形貌见图1～6。A组瓷表面细腻平滑，形态均匀一致，无凸起或凹陷等形态，未见可形成机械固位的粗糙结构（图1）。

放大100倍时，B组瓷表面形成较为密集、大小不一的类圆形的小孔状结构，小孔呈不规则分布；放大500倍时，测量出这些小孔状结构的直径为1～

5 μm（图2）。

放大100倍时，C组瓷表面存在面积较大且较浅的长条形、直线形凹陷，这些凹陷中间伴有较为密集的类圆形小孔状结构；放大500倍时，可见类圆形小孔状结构同时存在于条形凹陷结构的表面及凹陷结构之间（图3）。

D组经15 Hz、50 mJ、0.75 W的Nd： YAG激光与9.6%HF联合处理后，其表面形貌与单独采用9.6%HF处理后的形貌类似（图4）。

E组经15 Hz、70 mJ、1.05 W的Nd： YAG激光与9.6%HF联合处理后，其表面形貌见图5：放大100倍时，瓷表面形成许多规则的菱形、网格形裂纹和散

在的圆形弹坑结构，这些结构之间伴有许多类圆形的小孔；放大500倍时，这些裂纹侧壁及底部布满类圆形的小孔，裂纹内壁圆钝并带有无数倒凹结构；放大5 000倍时，可以观察到直径约为20 μm的圆形弹坑样结构，其内壁附有直径为1～5 μm不等的圆形隐窝，在圆形弹坑侧壁上形成倒凹结构。

F组经15 Hz、90 mJ、1.45 W激光与9.6%HF联合处理后，其表面形貌见图6：放大100倍时，可见菱形、网格形裂纹，与E组相似但更为清晰；放大500倍时，可见菱形、网格形裂纹更深更宽，似沟渠状；放大5 000倍时，可见圆形弹坑状结构的侧壁较薄弱且已断裂，未见直径较小的凹陷或隐窝。

3 讨论

Nd： YAG激光器的主要工作物质为掺钕钇铝石榴石棒。激光棒吸收氙灯发出的0.4～0.9 μm波长的光后被激发发出光子，在谐振腔内实现光放大，最后发射出1.06 μm的YAG激光。这种激光是一种不可见光，穿透性较好，可以通过光纤传导，在治疗腔内或狭小部位疾病时独具优势。

有学者报道[7-8]：单独应用Nd： YAG激光处理瓷表面时，适当能量参数的Nd： YAG激光能够代替其他处理方法以提高瓷面与复合树脂间的粘接强度，但激光能量参数低于0.6 W时抗剪切强度无明显提高。在此基础上，本研究选择能量参数分别为0.75、1.05、1.45 W的Nd： YAG激光与9.6%HF联合进行瓷面处理。

采用9.6%HF酸蚀2 min后，SEM观察可见瓷表面形成较为密集的、大小不一的类圆形的小孔状结构。这一结果与Della Bona等[9]的研究结果相似。这种不规则类圆形孔状结构的产生是由于HF选择性地溶解瓷材料中长石的硅酸盐结构，经水冲洗后这些化合物可在瓷表面形成类似蜂窝状结构[3，10]。

经金刚砂车针与HF联合处理瓷表面以后，可见瓷表面存在面积较大且较浅的长条形、直线形凹陷，这些凹陷的产生可能是金刚砂车针打磨釉面后留下的刮痕。于淑湘等[11]的研究发现：单独应用金刚砂车针处理瓷面以后，打磨去釉的瓷面可以出现一些不规则的较大的裂隙，这与本研究结果不同，可能是由于应用HF联合处理后，酸蚀作用可以转化瓷表面

的裂隙，使裂隙底部变圆钝所致。

应用能量参数为15 Hz、50 mJ、0.75 W的Nd： YAG激光与9.6%HF联合处理后，瓷表面形貌与单独应用9.6%HF处理者相似，可能是由于激光的能量参数较低，对瓷面影响较小之故。李若兰等[7]研究发现：采

用0.9 W的激光处理陶瓷表面，SEM下可观察到瓷表面粗糙不平，有许多大小不等的浅凹坑，这与本研究结果一致。

用能量参数为15 Hz、70 mJ、1.05 W的Nd： YAG激光与9.6%HF联合处理瓷表面后，可见瓷表面形成许多散在的圆形弹坑结构。这与Fuhrmann等[8]的报

道一致，即适当能量参数的激光照射瓷面后形成大小不等的浅凹坑，呈火山口状。在放大5 000倍时，可观察到直径约为20 μm的圆形弹坑内壁附有直径1～5 μm不等的圆形隐窝，形成倒凹结构。这一结构的形成可能是在激光照射后形成的“火山口状”结构的基础上，HF进一步蚀刻该结构的内壁而形成。

用能量参数为15 Hz、90 mJ、1.45 W的Nd： YAG激光与9.6%HF联合处理瓷表面后，可见与E组相似的菱形、网格形裂纹，但更为清晰。这表明此能量参数的激光处理瓷表面可对其形貌产生影响。放大500倍时，菱形、网格形的裂纹更深更宽，似沟渠状；放大5 000倍时，可见圆形弹坑状结构的侧壁薄弱，呈断裂状态，未见直径较小的凹陷或隐窝。造成这种改变的原因可能是因为激光能量过高而造成了较大的瓷面损伤，使瓷面发生脱屑样改变，在HF的酸蚀溶解作用下，脱落的瓷面被冲洗去除，从而形成了薄弱或断裂的侧壁。

由本研究结果可见：能量参数为15 Hz、70 mJ、1.05 W的Nd： YAG激光与9.6%HF联合处理瓷面后可使瓷面均匀粗化，是一种较为有效的瓷表面处理方法。

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（本文编辑 吴爱华）