小载荷下干湿环境对长石质玻璃饰瓷与氟磷灰石饰瓷磨损性能的影响研究*

伊远平，张珍珍，贺 林，张少锋△，杨 昊，贺 专

1.西安市第三医院口腔科(西安710018)；2.空军军医大学口腔医院修复科(西安710032)；3.西安交通大学材料学院(西安710049)

为了满足口腔修复体颜色的个性化需求，尤其是透光性差的金属或全瓷修复体，通常在其表面通过烧结饰瓷来完成修复体的制作。然而，修复体与对合在行使咀嚼功能时，饰瓷的磨损性能影响着修复体的使用效果及寿命，因此其磨损性能就变得尤为重要。饰瓷材料的磨损性能不仅取决于材料本身的组织结构和力学性能[1]，还会受咀嚼力、唾液、温度、食物等因素的影响[2-4]。以往众多学者对饰瓷的磨损性能做了大量研究[5-6]，这些研究仅限于某一固定较大载荷、单一环境。口腔环境的特异性导致的较小咀嚼力和唾液较少的情况也是普遍存在的：龋齿、牙周病、义齿不合适等导致的咀嚼力变小或唾液分泌减少，关节病变导致的咀嚼力变小，唾液腺的退行性变，全身因素方面(干燥综合征或维生素缺乏、内分泌紊乱)等。小载荷作用下的干湿环境如何影响着饰瓷材料的磨损性能有待进一步研究，本实验选用临床常用的长石质玻璃饰瓷(CERAMCO3)和氟磷灰石饰瓷(IPS e.max ceram)两种不同成分饰瓷，将其与滑石瓷配副，比较2 N小载荷下干湿环境对两者磨损性能的影响，以期为临床工作提供参考。

材料和方法

1 主要设备和材料 摩擦磨损实验机(CH-2034Peseux，CSM，瑞士)；三维形态扫描仪(PS-50，Nanovea，美国)；场发射扫描电镜(S-4800，日立，日本)；CERAMCO3(登士柏，美国)；IPS e.max ceram(义获嘉，列士敦斯登)；滑石瓷(江苏省海门市天补高频陶瓷厂)。

2 试件制备 首先制作φ=24 mm，d=11 mm的有机玻璃圆片24个，以此作替代蜡型；分别通过失蜡法和热压铸造法制备钴铬合金和e.max press HT铸瓷基底各12个；利用粉浆涂塑法分别在两组基底上涂CERAMCO3和IPS e.max ceram饰瓷，烧结后的样品用耐水砂纸打磨抛光至3000目，最终制成φ=24 mm，d=3 mm的完整饰瓷试件。

3 磨损测试 将饰瓷试件与滑石瓷磨头进行一对一配副并固定于摩擦磨损试验机。滑石瓷为：顶端φ=6.4 mm的圆弧状凸起，下方φ=5 mm的圆柱状；分别在干燥环境和唾液环境下，加载力F=2 N、转速200 r/min，加载循环60万次，每20万次作为一个节点，利用PS-50型号三维形态扫描仪自动计算出磨损区域的体积磨损量和表面粗糙度，并用graphpad软件绘制磨损曲线。

4 表面微观形貌的观察 利用S-4800场发射扫描电镜，分别在饰瓷试件磨损的初期和终期(20万次和60万次)，观察样品磨损面，进行微观表征。

结 果

1 干燥环境和唾液环境下饰瓷体积磨损量随循环次数的变化 CERAMCO3和IPS e.max ceram两种饰瓷在干燥环境和唾液环境下体积磨损量随着循环次数的变化趋势(图1)。随着磨损循环的进行，两者的体积磨损量均呈现出单调上升趋势，经过60万次循环后，CERAMCO3与IPS e.max ceram在唾液环境下的磨损量分别为1.306 mm3与1.76 mm3，在干燥环境下的磨损量分别为0.297 mm3与0.54 mm3，两者在唾液环境下的磨损量都显著高于干燥环境，并且其差异均具有统计学意义(P<0.05)。将同种环境下两种饰瓷的体积磨损量进行比较后得出：在干燥环境下，即使经历了60万次磨损循环，IPS e.max ceram的体积磨损量仅仅稍大于CERAMCO3的体积磨损量，分别为0.54 mm3与0.297 mm3，差异无统计学意义(P>0.05)；在唾液环境下，每一个测量节点的体积磨损量均为IPS e.max ceram大于CERAMCO3，差异具有统计学意义(P<0.05)。

图1 两种饰瓷在干湿环境下体积磨损量随循环次数的变化

2 干燥环境和唾液环境下两种饰瓷表面粗糙度随循环次数的变化 CERAMCO3和IPS e.max ceram两种饰瓷在干燥环境和唾液环境下磨损面粗糙度随着循环次数的变化趋势(图2)。两者的表面粗糙度均随着循环次数的增加而增大，并且均呈单调上升趋势，表面粗糙度与体积磨损量呈现正相关性。唾液环境下的表面粗糙度均显著高于干燥环境，60万次磨损循环后，唾液环境下，CERAMCO3和IPS e.max ceram分别达到了82.528m与104.923m；而在干燥环境下，分别为32.704m与51.645m，并且差异具有统计学意义(P<0.05)。将同一环境下两者的表面粗糙度进行比较可以看出：干燥环境下两种饰瓷的表面粗糙度相近，差异无统计学意义(P>0.05)；唾液环境下每个测量节点的表面粗糙度均为IPS e.max ceram大于CERAMCO3，差异具有统计学意义(P<0.05)。

图2 两种饰瓷在干湿环境下磨面粗糙度随循环次数的变化

3 干燥环境下两种饰瓷的磨面形貌 在磨损试验初期20万次，低倍镜下(×35)：两种饰瓷的磨损面积均较小，IPS e.max ceram表面有较多散在分布、大小不一的气孔和缺陷。高倍镜下(×500)：两者磨损类型相似，磨损面上均可见由于摩擦副反复接触而诱发的疲劳剥落，以及剥脱后残留下的粗糙面，在剥脱边缘及气孔缺陷处有微裂纹的扩展。 在终期60万次，两者的磨损面积显著增大，犁沟状磨痕加深、加密。高倍镜下：两者磨损机制类似，为疲劳剥落所主导。磨损面可见高低不平、边缘不规则翘起的局部粗糙面(图3)。

A、B分别为CERAMCO3饰瓷的初期及终期；C、D分别为IPS e.max ceram饰瓷的初期及终期

图3干燥环境下磨损试验初期及终期饰瓷磨损面微观形貌

4 唾液环境下两种饰瓷的磨面形貌 磨损初期20万次，与相同载荷下的干燥环境相比，CERAMCO3与IPS e.max ceram的磨损面积均明显增大，犁沟状磨痕程度显著增加。高倍镜下：犁沟状磨痕较为宽大，高低起伏，可见局部剥落残留的粗糙面，磨损机制为犁沟状磨痕及疲劳剥落共同作用。磨损终期60万次，两者磨损面积均显著增大。高倍镜下，两者的磨损机制仍为由犁沟状磨痕及疲劳剥落共同作用，犁沟状磨痕加深、加密(图4)。

A、B分别为CERAMCO3饰瓷的初期及终期；C、D分别为IPS e.max ceram饰瓷的初期及终期

图4唾液环境下磨损试验初期及终期饰瓷磨损面微观形貌

讨 论

饰瓷具有优良的透光性能，能够较好的满足患者对修复体美观性能的个性化需求，因此在烤瓷冠及全瓷冠的制作中普遍应用；然而，修复体在口腔中行使功能，其耐磨性能一直受到临床医生们的关注。CERAMCO3与IPS e.max ceram是临床常用的两种饰瓷材料，前者是一种主晶相为白榴石的长石质玻璃陶瓷，主要应用在金属或是氧化锆修复体表面，烧结温度为920 ℃；后者是一种主晶相为氟磷灰石的玻璃陶瓷，主要应用在铸瓷修复体表面，烧结温度为750 ℃。这两种饰瓷在相对较小载荷作用下的干湿环境对其磨损性能影响的研究鲜见。该实验显示：CERAMCO3与IPS e.max ceram在唾液环境下的体积磨损量、表面粗糙度均显著大于干燥环境下的测量数值；干燥环境下，两者耐磨性能无统计学差异；唾液环境下，CERAMCO3表现出较好的耐磨性能。文献报道：在10 N载荷环境下[7]，这两种饰瓷材料的磨损性能测量数值均呈现干燥环境大于唾液环境下。磨面粗糙度与饰瓷磨损体积呈现正相关关系，即磨面粗糙度越大，磨损体积也越大。

电镜图片显示：相同磨损环境下的两种饰瓷的磨损类型相似。干燥环境下的磨损机制主要为摩擦副反复接触而诱发的疲劳剥脱；唾液环境下的磨损机制由初期的疲劳剥落逐渐变为犁沟状磨痕及疲劳剥落的共同作用。陶瓷材料容易产生由于疲劳磨损导致的亚表层的微裂纹[8]，在唾液环境下，液体介质会加速将材料表面的接触应力传递至微裂纹处，从而形成附加的张应力，进一步加速疲劳裂纹的扩展以及陶瓷材料磨损表面的剥脱。饰瓷材料是由大量的脆性玻璃基质和晶体组成，小载荷作用下液体分子对磨损性能的影响就会更加显著，IPS e.max ceram玻璃基质的体积分数较CERAMCO3更高[5]；其次，IPS e.max ceram作为低熔瓷，在制作过程中易形成气孔、缺陷，磨损过程中这些气孔又易形成锐边加速材料的磨损[9]，再者，CERAMCO3中的白榴石晶体散在分布在玻璃基质中，白榴石晶体增加了材料的断裂韧性[10]。在这些因素的共同作用下表现为：唾液环境较干燥环境下高的体积磨损量和面粗糙度，并且水环境下CERAMCO3较IPS e.max ceram有更好的耐磨性能。

陶瓷修复体在口腔中行使咀嚼功能，其耐磨性能会受到多种因素的影响；同时口腔环境相对较为复杂(温度及pH值、唾液分泌的多少、咀嚼力的大小等)，体外磨损实验只能有限的模拟口腔环境中的一种或两种磨损机制；再者实验所用的试件均为平面，在口腔中不论是牙齿还是修复体，它们的形状及结构较为复杂，使得各个受力点情况不尽相同，因此，在更多因素作用下的饰瓷材料磨损性能还有待进一步研究。该研究结果仅为临床工作中全面合理评价饰瓷材料的磨损性、新型陶瓷的研制和开发能提供实验数据，为口腔医师合理选用陶瓷修复体提供参考。