两种瓷粉及三种纯钛不同组合制作纯钛烤瓷冠的强度对比研究

丁宁，林彤

(西安市第九医院口腔科，陕西 西安 710054)

两种瓷粉及三种纯钛不同组合制作纯钛烤瓷冠的强度对比研究

丁宁，林彤

(西安市第九医院口腔科，陕西 西安 710054)

目的 比较两种瓷粉及三种纯钛不同组合对所制作纯钛烤瓷冠强度的影响。方法2015年1～6月分别选用Titankeramik与Duceratin Kiss两种瓷粉以及Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型三种纯钛，设计加工为A组(Titankeramik瓷粉+Ⅰ型纯钛)、B组(Titankeramik瓷粉+Ⅱ型纯钛)、C组(Titankeramik瓷粉+Ⅲ型纯钛)、D组(Duceratin Kiss瓷粉+Ⅰ型纯钛）、E组(Duceratin Kiss瓷粉+Ⅱ型纯钛)、F组(Duceratin Kiss瓷粉+Ⅲ型纯钛)共6组纯钛烤瓷冠样本，分别进行强度测试与扫描电镜观察。结果烤瓷冠强度由高到低排列顺位分别是E组、D组、F组、A组、B组和C组，强度分别为(1 571.63±35.91)、(1 490.27±48.12)、(1 427.69±36.04)、(1 413.96±34.82)、(1 381.49±36.74)和(1 319.23±29.75)。其中A组与C、D、E组，B组与C、D、E组，C组与E、F组，D组与C、E、F组，E组与F组比较差异有统计学意义(P＜0.05)；不同厂家纯钛与瓷粉的选择均对烤瓷冠强度有明显影响(P＜0.01)，扫描电镜观察结果显示，D、E、F组烤瓷冠的钛瓷接合面其钛层与瓷层基底相互交错，形成有一连续的反应薄层，接合紧密且形貌清晰，无明显裂纹与气泡；A、B、C组接合面相对接合不紧密，且可偶见裂纹与气泡。结论纯钛与Duceratin瓷粉所制作的纯钛烤瓷冠表现出了理想强度，建议在临床口腔义齿修复中优先使用。

瓷粉；纯钛；烤瓷冠；强度

作为一种具有良好生物相容性及稳定性的金属材料，纯钛在医学领域越来越获得人们的关注，与此同时其临床应用范围也在逐步扩大。20世纪70年代末，基于精密铸造相关技术的革新与进步，钛金属被首次应用到口腔义齿修复领域[1]。时逾30年，钛铸造技术一直都在进行着持续性的自我完善。发展到当前，不仅与纯钛专配使用的瓷粉研制日臻成熟，而且以纯钛为基底制作烤瓷修复体也逐渐成为了口腔科医师以及广大患者的首选。然而就临床的实际应用情况来看，与传统金属修复体比较，纯钛烤瓷冠修复失败的病例也不在少数，其原因多缘于崩瓷，故在一定程度上导致了纯钛烤瓷修复体的临床应用出现瓶颈[2]。目前，市场上用于口腔修复的纯钛产品及其专用瓷粉不但品牌较多，同时在成份上也略有差异，以至于不同产品来源的瓷钛在结合强度方面也有所优劣。本实验即是以此为出发点，共选用了两种瓷粉及三种纯钛作为纯钛烤瓷冠的制作材料，通过对不同组合下的烤瓷冠强度进行检测获得最优方案，旨在为临床口腔义齿修复的材料选择发挥指导性意义。

1 资料与方法

1.1 设备与材料

1.1.1 设备 立式加工中心(ARIX型，东莞市世隆数控刀具有限公司)；DMG硅橡胶印模材(KY286型，广州市科洋医疗设备有限公司)；玻璃离子粘固剂(RelyXTM Luting 2型，明尼苏达矿业制造(上海)国际贸易有限公司)；纯钛铸造机(351-2型，深圳市兴百利医疗器械有限公司)；双笔式喷砂机(BPS-2型，天津海德医疗设备厂)；烤瓷炉(KJ-B1200-4L-IT型，郑州科佳电炉有限公司)；干燥箱(FYL-YS-151L型，北京福意电器有限公司)；金相试样抛光机(PG-2D型，上海光学仪器厂)；数控超声波清洗机(JK-DY1000型，金尼克机械制造有限公司)；万能材料试验机(BY-121A型，北京博宇翔达仪器有限公司)；扫描电子显微镜SEM (S-3400N型，樱泰科国际科学技术有限公司)。

1.1.2 材料 瓷粉：Titankeramik(德国维它公司)；Duceratin Kiss(美国登士柏国际公司)。纯钛：Ⅰ型(日进齿科材料有限公司)；Ⅱ型(洛阳明涛科技有限公司)；Ⅲ型(上海澄泰钛金属有限公司)。镍铬合金(上海常平实业有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 分组设计 共设计加工A组(Titankeramik瓷粉+Ⅰ型纯钛)、B组(Titankeramik瓷粉+Ⅱ型纯钛)、C组(Titankeramik瓷粉+Ⅲ型纯钛)、D组(Duceratin Kiss瓷粉+Ⅰ型纯钛)、E组(Duceratin Kiss瓷粉+Ⅱ型纯钛)、F组(Duceratin Kiss瓷粉+Ⅲ型纯钛)6组纯钛烤瓷冠样本，每组各6颗。

1.2.2 实验代型的制备 使用精密仪器车床设计并加工出一个符合临床预备体要求的上颌第一前磨牙预备体的标准金属代型，再采用硅橡胶制作印模，经印模灌注制作36个铸造蜡模型，进行常规包埋处理后再铸造出镍铬金属材料的实验代型，最后对其打磨修整备用。

1.2.3 烤瓷冠的制备 用硅橡胶制作实验代型印模，同时翻制石膏模型共36个。在模型上涂布间隙漆与硬化剂，常规制作基底冠蜡型。接着随机将基底冠蜡型分成6组，分别采用既定的3种不同的纯钛进行基底冠的铸造。铸造完成后需做必要磨切修整，并采用卡尺对其进行多点多次测量，确保金属基底冠厚度均约为0.5 mm。再接着对其喷砂清洗，须注意不要对基底冠造成污染。最后按照既定的分组设计采用两种瓷粉进行上瓷。烤瓷过程严格参照各瓷粉对应的说明书即可。上瓷顺序依次为粘结瓷、两遍遮色瓷以及牙本质瓷，每层均采用卡尺对上瓷厚度给予严格的统一化标准控制。完成上瓷后再对烤瓷冠的飞边瓷进行打磨。为最大程度降低误差，以上操作均指定同一名专业技工独立制作完成。

1.3 效果评价

1.3.1 强度测试 采用玻璃离子粘固剂将各组烤瓷冠分别粘接到实验代型，室温放置24 h后对其进行力学破坏实验：设定万能材料试验机力值10 KN，加载速度1 mm/min，烤瓷冠受力点选择在腭侧牙尖，垂直缓慢增大压力，在烤瓷冠瓷层碎裂崩脱的即刻准确记录施力数值。

1.3.2 扫描电镜观察 在每组中各随机抽取一颗烤瓷冠样本进行扫描电镜样本制作。横向切开烤瓷冠并暴露出钛瓷接合面，接着采用金相试样预磨机将横断面打磨平整，注意在打磨过程中尽量做到不留下明显划痕，打磨完成后再采用金相抛光机实施抛光处理，直至横断面呈现出金属光泽，同样需避免出现划痕。最后依次采用高压气枪和超声波清洗机进行清洗，清洗用液体为无水乙醇，完成清洗后再放至干燥箱烘干，取出干燥样本妥善固定到样品板上后即进行扫描电镜观察。

1.4 统计学方法 应用SPSS19.0统计学软件包对实验数据进行分析，计量数据以均数±标准差(±s)表示，组间两两比较采用t检验，对强度数据进行两因素的析因设计资料的方差分析，取α=0.05为检验水准值，以P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 烤瓷冠强度的组间比较 结果显示，A组与C、D、E组比较差异均有统计学意义(P＜0.05)；B组与C、D、E组比较差异均有统计学意义(P＜0.05)；C组与E、F组比较差异均有统计学意义(P＜0.05)；D组与C、E、F组比较差异均有统计学意义(P＜0.05)；E组与F组比较差异有统计学意义(P＜0.05)，E组烤瓷冠强度为6组中最高，见表1。烤瓷冠强度数值的析因分析结果显示，不同厂家纯钛与不同厂家瓷粉的选择均对烤瓷冠强度有明显影响(t=5.5845、4.7957，P均＜0.01)，且二者具有显著交互效应(t=7.5128，P＜0.01)，见表2。

2.2 各组烤瓷冠钛瓷接合面SEM观察比较 SEM观察结果显示，A、B、C组接合面相对接合不紧密，且可偶见裂纹与气泡，D、E、F组烤瓷冠的钛瓷接合面其钛层与瓷层基底相互交错，形成有一连续的反应薄层，接合紧密且形貌清晰，无明显裂纹与气泡。见图1。

表1 烤瓷冠强度的组间比较(±s)

表1 烤瓷冠强度的组间比较(±s)

注：与A组比较，aP＜0.05；与B组比较，bP＜0.05；与C组比较，cP＜0.05；与D组比较，dP＜0.05；与E组比较，eP＜0.05。

组别 样品量(颗)组合 强度A B C D Titankeramik瓷粉+Ⅰ型纯钛Titankeramik瓷粉+Ⅱ型纯钛Titankeramik瓷粉+Ⅲ型纯钛Duceratin Kiss瓷粉+Ⅰ型纯钛6 6 6 6 141 138 131 149数值(N) 3.96±34. 1.49±36. 9.23±29. 0.27±48. E F Duceratin Kiss瓷粉+Ⅱ型纯钛Duceratin Kiss瓷粉+Ⅲ型纯钛6 6 82 74 75abc12abc1571.63±35.91abcd1427.69±36.04cde

表2 烤瓷冠强度数值的析因分析(N)

图1 不同钛瓷组合结合界面的扫描电镜图

3 讨 论

当前普遍认为，钛与烤瓷材料之间存在物理结合、机械结合、压力结合以及化学结合等4种结合方式，其中以化学结合占主导地位[3]。在钛表面形成适当且有利于钛瓷结合的氧化膜对纯钛烤瓷冠的强度有着极其重要的影响，换句话说，钛金属的氧化行为在很大程度上决定了其与瓷材料的结合潜力。

纯钛中除了99wt%以上的Ti元素外，还包含有Fe、O、Si、C、N以及H等微量的杂志元素，其中的O、Si、C、H又被称作为间隙元素。尤其是间隙元素，不但会降低钛材的塑性及韧性，而且还可在很大程度上影响到钛材的耐腐蚀性能、抗疲劳性能、蠕变抗力性、冷成形性和可焊接性等。因此在烤瓷材料的选择过程中需尽量不选用具有较大杂志元素污染的钛材。尽管当前由于各个厂家的选材及冶炼工艺不尽相同，以至于其纯钛产品中的杂质元素的含量在一定限度内存在差异，但就本实验所选用的3个厂家的纯钛产品来看，其钛纯度均达到了99%以上，而微量杂志元素几乎很小，基本可忽略不计。

从基本的化学知识可以获知，钛、瓷在其接合面可发生离子交换平衡反应，这也是二者得以实现化学结合的推动力[4]。与此同时，氧浓度差在钛、氧化膜以及瓷层之间普遍存在，其中钛表面的氧浓度相对较低，而瓷层表面相对较高，这种氧浓度差使O元素在瓷熔融时发生由高浓度向低浓度的扩散行为。O的扩散导致了金属元素在金属表面出现了浓度差，从而迫使金属元素向钛瓷界面扩散，钛瓷界面的化学反应发生[5]。Park等[6]通过实验发现，在钛瓷界面可以观察到氧化物以及金属元素的扩散行为，并且扩散和迁徙只局限在若干微米范围内，并且认为钛瓷结合就是依赖于这些元素在界面的扩散行为。在本实验所采用的两种瓷粉材料中，经检测发现，Titankeramik粘接瓷及遮色瓷中具有相对较多的Sn元素与Ba元素，而Duceratin瓷则相对很少。郭慧[7]认为，Sn4+在钛瓷界面易聚集形成的“锡桥”，“锡桥”可同时与O和Ti结合，并且SnO2的存在使得陶瓷不易产生结晶，从而增加了熔融瓷的流动性以及湿润性；而Ba则可以在氧化层内生成钛酸盐类的化合物，继而增强两者化学结合。但本实验结果显示，E组的Duceratin Kiss瓷粉+Ⅱ型纯钛组合表现出了最高的烤瓷冠强度；同时，扫描电镜观察结果显示，D、E、F组烤瓷冠的钛瓷接合面其钛层与瓷层基底相互交错，形成有一连续的反应薄层，接合紧密且形貌清晰，无明显裂纹与气泡；A、B、C组接合面相对接合不紧密，且可偶见裂纹与气泡。究其原因，我们发现Titankeramik瓷粉中O元素含量为55.2%，明显高于Duceratin瓷粉的49.4%，故推测Titankeramik瓷粉中过高的O元素含量可能会对钛基底造成过度侵入，且侵袭的破坏作用已对钛瓷接合面的化学结合作用产生了较大负面影响。此外，Duceratin瓷粉与Titankeramik瓷粉的其他金属元素的含量比例也有所不同，如Duceratin粘接瓷中还存在有3.2%左右的细小Ti颗粒。Gilbert等[8]认为这些颗粒起到了氧收容剂的作用，可以很好的控制氧元素对钛基底的侵入，以此来达到减少钛的过度氧化的目的。Elsaka等[9]对这两种瓷粉的结合界面进行线性扫描，证实O元素在通过Duceratin瓷粉的钛瓷界后，含量迅速下降，而通过Titankeramik瓷粉界面后，含量下降较为和缓。这也进一步验证了Duceratin瓷粉可更好地控制O元素的过度侵入。同时Ti与粘接瓷中的瓷粉颗粒混合物还可在钛瓷之间形成复合界面，这层复合界面减小了钛瓷热胀系数的差异，调节了弹性模量的差异，从而增加了两者间的机械适合性[10]。

综上所述，纯钛烤瓷冠的强度与纯钛与瓷粉的不同组合存在一定关联性，二者的合理组合使得纯钛烤瓷冠的强度获得增强。本实验结果显示，洛阳明涛科技有限公司生产的纯钛与美国登士柏国际公司生产的Duceratin瓷粉所制作的纯钛烤瓷冠较其他组合表现出了更高的强度，建议在临床口腔义齿修复中优先使用。

[1]陈西文.纯钛在口腔修复中的应用[J].中国实用口腔科杂志,2014, 7(3):188-192.

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[3]吴素然,张钊,袁硕,等.CAD/CAM纯钛和铸造纯钛与瓷结合强度的对比研究[J].实用口腔医学杂志,2015,31(3):327-330.

[4]李传花,王志峰,朱丽娜,等.酸蚀及微弧氧化对钛表面处理后与瓷结合强度的实验研究[J].口腔颌面修复学杂志,2014,15(3):129-133.

[5]Jung CH,Woo SL,Kim YS,et al.Reproducible resistance switching for BaTiO3thin films fabricated by RF-magnetron sputtering[J]. Thin Solid Films,2011,519(10):3291-3294.

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[7]郭慧.4种纯钛专用瓷粉对钛瓷结合强度的影响[J].口腔医学研究, 2012,28(5):476-482.

[8] Gilbert JL,Covey DA,Lautenschlager EP.Bond characteristics of porcelain fused to milled titanium[J].Dental Materials,2013,10(2): 134-140.

[9]Elsaka SE,Hamouda IM,Elewady YA.Effect of chromium interlayer on the shear bond strength between porcelain and pure titanium[J]. Dent Mater,2010,26(8):793-798.

[10]Litong G,Junlong T,Jing W,et al.Effect of anodization on titanium porcelain bonding[J].Materials and Manufacturing Processes,2013, 28(12):1305-1309.

Comparative study on the strength of ceramic crown with two kinds of porcelain powder and three kinds of pure titanium in different combinations.

DING Ning,LIN Tong.Dental Department,the Ninth People's Hospital of Xi'an City, Xi'an 710054,Shaanxi,CHINA

ObjectiveTo investigate the strength of ceramic crowns made by different combinations of two kinds of porcelain powder and three kinds of pure titanium.MethodsFrom January 2015 to June 2015,two kinds of porcelain powder(Titankeramik and Duceratin Kiss)and three kinds of pure titanium[typeⅠ(Nissin Dental Materials Co.),typeⅡ(Luoyang Ming-tao Technology Co.,Ltd.),typeⅢ(Shanghai Cheng Tai Titanium Co.,Ltd.)]were used in different combinations to produce ceramic crowns:Titankeramik porcelain powder+typeⅠtitanium(group A),Titankeramik porcelain powder+typeⅡtitanium(group B),Titankeramik porcelain powder+Ⅲtype titanium(group C),Duceratin Kiss porcelain powders+Ⅰtype titanium(group D),Duceratin Kiss porcelain powders+typeⅡtitanium(group E),Duceratin Kiss porcelain powders+Ⅲtype titanium(group F).Strength test and SEM observation were performed.ResultsCeramic crown intensity from high to low was group E,group D,group F,group A and group B and group C, which were(1 571.63±35.91),(1 490.27±48.12),(1 427.69±36.04),(1 413.96±34.82),(1 381.49±36.74)and(1 319.23± 29.75),respectively.There were statistically significant differences between group A and group C,D,E,group B and group C,D,E,group C and group E,F,group D and group C,E,F,as well as group E and group F(P＜0.05).The selection of pure titanium and ceramic powder from different manufacturers had significant effect on the strength of ceramic crowns (P＜0.01).SEM observation showed that junction plane between porcelain and titanium,porcelain base,titanium base were intertwined in group D,E,F,forming a continuous reaction thin,which were connected tightly and had clear morphology,with no obvious cracks and bubbles.The junction plane in group A,B,C was found relatively not tightly bonded, with occasional cracks and bubbles.ConclusionThe ceramic crowns made by titanium(Luoyang Ming-tao Technology Co.,Ltd)and Duceratin porcelain powder showed ideal intensity,which is recommended for repair in clinical practice.

Porcelain powder;Pure titanium;Ceramic crown;Strength

R783.2

A

1003—6350（2016）11—1809—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2016.11.028

2015-12-16)

丁宁。E-mail：79418720@qq.com