抛光转速对氧化锆颜色及表面平滑度的研究

蒋伟，许胜，敖翩，梁勉瑚，韦中原，唐礼（通讯作者）

（1 广西医科大学附属口腔医院种植科/ 广西口腔颌面修复与重建研究重点实验室/ 广西颌面外科疾病诊治研究重点实验室/ 广西颅颌面畸形临床医学研究中心，广西 南宁 530022；2 广西英华国际职业学院，广西 钦州 535000）

0 引言

氧化锆具有优良的力学性能和颜色性能而被广泛运用于口腔修复，其颜色性能和天然牙相似，半透明性和层次感良好，更符合美学要求和美学原则。目前，氧化锆全瓷冠已成为前牙区美学修复的首选。抛光制作氧化锆全瓷牙的重要步骤之一，通过减少表面裂纹数提升氧化锆的力学性能，降低表面粗糙度，减少菌斑附着，提升表面光泽度从而增加美学效果。抛光效果往往以表面粗糙度和光泽度等客观评价指标来衡量[1]。目前研究更多是集中在不同的抛光套件上[2-3]，而忽略抛光速度的影响。抛光速度一定程度上影响着抛光工具在试件表面的打磨效率和打磨深度从而影响抛光效果，也会影响颜色，在一定程度上也影响了义齿的美观性[3]。因此，本研究通过探讨抛光转速对氧化锆颜色及表面平滑度的影响，为口腔工作提供数据参考。现将结果报道如下。

1 材料和方法

1.1 实验材料。氧化锆陶瓷（A1，爱迪特，中国）；CeraMaster 抛光套件（松风，日本），Dialite ZR 抛光套件（Brasseler，美国）；烧结炉（Wieland，German）；切削机（Wieland，German）；分光色差仪（MetaVue VS 3200，爱色丽，美国）；打磨机（YJD，中国）；粗糙度仪（TR221，技佳，中国）；光泽度仪（WG60G，威福光电，中国）

1.2 实验方法

1.2.1 试件制作：用切削机切削来自同一色号氧化锆盘的直径10 mm，厚度1 mm 的氧化锆瓷片坯后并放入氧化锆烧结炉中烧结，经四次升温至1539°C，烧结12 h 后自然冷却至室温，挑选出表面平整，无明显倒凹、划痕的试件50 个。用柔巾擦拭后用分光色差仪在配套的标准黑色底座、D65 光源、10°视角下测量其L，a，b，值，测量三次并取平均值作为初始参数值。

1.2.2 试件分组及抛光处理：将试件随机分为6 组，每组10个试件，其中5 组在CeraMaster 抛光系统进行抛光（速度为9000，12000，15000，18000，21000 转/ 分）。对照组为市售Dialite ZR 系统进行抛光（7000 转/分）。抛光时间为60S，抛光方向为顺时针，抛光走向为同一方向，所有试件每次抛光后更换新的抛光轮。

1.2.3 抛光后颜色参数、表面粗糙度、光泽度的测定：将每次抛光处理前和后的试件用柔布擦拭，确保表面无任何残留和粉尘，在进行颜色检测之前对分光光度计在标准白底背景下校准，每个试件在比色仪配套的标准黑色底座下测量l`，a`，b`值，所有颜色样本相关颜色数据都是在 D65 光源、10°视角下测量和计算的结果。测量中心为试件测试面圆心，测色光斑直径为10mm，测量过程中无遮挡无边缘漏光，测量三次并取平均值。并计算在抛光前和抛光后的L、a、b、E的差值（l-l`=△l，△l、△a、△b、△E 亦按此做相应计算），△E=[（l-l`）2+（a-a`）2+（b-b`）2]-2。试件在抛光后也进行光泽度和表面粗糙度检测以获得GU（Glossiness units）值和Ra 值。

表1 各组抛光速度的△L、△a、△b、△E 、GU、Ra 统计结果

表1 各组抛光速度的△L、△a、△b、△E 、GU、Ra 统计结果

△L △a △b △E GU Ra 9000 rpm -1.89±0.30a 0.37±0.25a 1.74±0.38a 2.64±0.26a 45.88±6.67a 0.56±0.09a 12000 rpm -2.42±0.36a,b 0.30±0.38a,b 1.50±1.05a,b 3.03±0.53a,b 54.90±5.45b 0.52±0.11a,b 15000 rpm -2.66±036c 0.49±0.20a,b,c 2.29±0.60a,b,c 3.58±0.43c 61.87±6.25b,c 0.48±0.10a,b,c 18000 rpm -3.84±0.53c,d 0.91±0.50c,d 2.71±1.29a,c,d 4.94±0.78d 66.24±5.42c,d 0.44±0.06b,c,d 21000 rpm -4.75±0.67e 1.76±0.54e 2.57±0.73a,b,c,d,e 5.73±0.79e 69.14±7.38c,d,e 0.38±0.06c,d,e Control -2.29±0.26a,b,f 0.45±0.22a,b,c,d,f 1.96±0.35a,b,c,d,e,f 3.07±0.34a,b,f 56.28±8.42b,c,f 0.48±0.10a,b,c,d,e,f

1.3 统计学分析。采用SPSS 21.0 软件分析数据，计数资料以平均值±标准差表示，组间数据比较采用单因素方差分析△L、△a、△b、△E 、GU、Ra 均数比较，用Bonferroni法进行组内两两比较，计算P 值。（α=0.05）。

2 结果

2.1 不同抛光速度各参数比较。各组抛光后平均△L、△a、△b、△E、 GU 和Ra 值见表1。低转速实验组的均值△L、△a、△b、△E、GU 相对较低，而高速组的Ra 值较低。低转速下的△E 和GU 值较低，但随着抛光速度上升而上升，而Ra 则呈相反趋势。在＜12000 rpm 时，△E＜3.3，GU＞40，Ra＜0.64， 并 与21000 rpm 组 有 显 著差异（P＜0.05）。各实验组与对照组相比，从9000 rpm 到15000 rpm 的△E 与对照组差异无统计学意义（P＞0.05）。12000 rpm 和15000 rpm 与对照组的GU 值差别无统计学差异（P＞0.05），但9000 rpm 显著低于12000 rpm 的GU 值（P＜0.05）。而所有实验组与对照组在Ra 上均无统计学差异（P＞0.05）。

2.2 各抛光组试件表面变化。从图1 可以看出未抛光的试件表面亮度较高，更白。而经过抛光的9000 rpm 的试件表面就开始变得深沉，试件表面变黄，变暗，且各抛光速度组的表面颜色相近，亮度有肉眼可辨差异。然而，抛光后的样品色调开始变深，黄色色调变得深刻。在视觉观察上，各速度组表面色调变化相近，但亮度有所不同。9000 rpm、12000 rpm 的实验组与对照组无论从亮度是还是色调上视觉偏差都不大。

图1 各抛光速度组色差图像

3 讨论

氧化锆常用于前牙美学修复，颜色性能易受生产中烧结、饰瓷、基底瓷、抛光、基牙预备情况等环节的影响。抛光作为临床和技工端常用的处理技术，既会影响颜色还会影响表面光泽度、粗糙度。颜色的改变对于美学修复有重要影响，其量化指标为色差△E，代表的是在色域空间内的两颜色坐标点的距离。本实验12000 rpm 组的色差为（3.03±0.53），且色差观察图中在肉眼下也并未发现与未抛光试件有明显差别。且该值对于实际工作起到了质控作用，有学者[4]认为在口腔环境中，牙齿的色差△E＞3.3 时被认为是能被非颜色专业人员所察觉，并以此为临床上义齿颜色质控标准。伴随着抛光速度的增加，其色差值高于3.3 并逐渐增大，而由于氧化锆为白色色调和抛光为表面光滑而非染色处理，△a 和△b 变化相对不大，这与李文晶[3]所研究的结果一致。笔者认为这可能是因为抛光轮上的石英砂磨损脱落后，其抛光轮底面直接与试件表面接触摩擦，其表面被抛光轮底色所染色，且转速越高，程度越大。另外，当抛光速度过高时抛光材料有时会因为高热发生炭化并残留在表面划痕。

表面粗糙度是抛光的一个重要评价指标，代表了微观下试件表面凸起和凹陷的垂直向误差误差，在一定程度上反映了抛光效能。本实验中，Ra 值随着抛光速度的递增而递减，而GU 随速度递增而递增。这与Chavali[2]所发现的趋势相一致。笔者认为物理抛光的过程为抛光磨头表面的石英砂在试件表面高速打磨，把表面原不规则的、较粗大的划痕更新成细密、规律的划痕，转速越高，单位时间内打磨效能越高。9000 rpm 的Ra 值低于天然牙的釉质表面粗糙度为（0.64±0.25）um[5]。随着抛光速度的增加，Ra 值呈下降趋势，Ra 值的降低有助于减少菌斑的聚集，在Ra＜0.2 um 菌斑无法在牙科修复材料表面的形成[6]。而过高的表面粗糙度会引起患者唇、舌对义齿表面粗糙的不适主观感受[7]。

光泽度其代表了物体表面镜面反射的能力，人的牙釉质光泽度在40 GU-52 GU，一般临床上也以此作为抛光效果参照，在本研究中9000 rpm 转速的GU 值为（45.88±6.67）。尽管在抛光之后，其亮度发生了降低，但其光泽度却有较大程度的提升，主要是因为修复体表面也从漫反射变为镜面反射，而且其表面镜面反射的光通量要远高于其因色调改变而吸收的光通量，从而给患者更为“明亮”的视觉感受。但由于牙表面是弧形，且在日常说话交谈中，修复体会被观察者从各个角度所观测。当观测光线与试件表面划痕垂直时，表面以漫反射为主，光泽度测量结果偏低；当与划痕平行时，光以镜面反射为主，光泽度偏高。而本实验采用垂直于试件表面划痕来测量光泽度，主要是为了模拟观察者对于义齿唇面的实际观察情况。

综上所述，随着转速递增，色差增大，Ra 值降低，光泽度增大，但本研究未考虑到抛光目数、抛光介质、温度、抛光轮着色等因素对色差、光泽度以及表面粗糙度的影响，仍需要研究进一步证实。