纯钛烤瓷牙化学成分分析与崩磁现象的探究

吴怡含 吴亚丽* 史晓宇 董鑫 焦欢 王志平 乌日娜

（集宁师范学院化学与化工学院，内蒙 古乌兰察布 012000）

纯钛烤瓷牙是近几年新兴起的烤瓷牙，密度小，热导率低，线收缩率小，无磁性[1]，有着极强的抗酸蚀性能，但是因其不易加工，金属弹性大易崩瓷，对医生技术要求高。本文通过表征对不同厂家市售纯钛烤瓷牙化学成分进行研究，初步了解纯钛瓷烤瓷牙崩瓷现象的原因。

1 实验部分

1.1 实验仪器及样品

数控超声波清洗机，YLINST 金属激光切割机，蔡氏Sigma300 扫 描 电 镜 ，X 射 线 能 谱 分 析 仪ThermoFisher/ESCALAB Xi，纳米压痕仪Bruker /Ti980（SLAB- SPM-0004），拉曼光谱仪，不同厂家纯钛烤瓷牙样品( 德冠烤瓷牙，德冠某有限公司；瓷倍健烤瓷牙，康乃馨某有限公司)。

1.2 样品的预处理

不同纯钛烤瓷牙利用切割机，进行切割长宽10mm×10mm 以内，采用高压气枪清理测试面后，放入超声波清洗机里清洗，再用预磨机将横断面打磨，但尽量做到不留下明显的划痕[2]。将处理好的样品，再选取合适位置对四层（钛层、烤瓷层a 层、b 层和釉层）进行SEM 形貌表征、XPS 测试和EDS 线扫描，如图1 和图2 所示。

图1 德冠烤瓷牙样品表征位置图

图2 瓷倍健烤瓷牙样品表征位置图

1.3 纯钛烤瓷牙化学成分的测试

1.3.1 SEM表征。通过扫描电镜对不同厂家烤瓷牙中的钛层、烤瓷层a 层、b 层和最外层镀釉层，进行形貌分析，SEM图如图3 和图4 所示。

图3 德冠烤瓷牙样品SEM 图

图4 瓷倍健烤瓷牙样品SEM 图

通过SEM图3 和图4 可知，德冠纯钛烤瓷牙与瓷倍健纯钛烤瓷牙的内部结构不同，其中钛层与瓷层间均有气泡或孔隙存在。

1.3.2 不同纯钛烤瓷牙XPS 和EDS 表征。X 射线光电子能谱测试分别从钛层、a 层、b 层进行了点扫，为了全面了解不同厂家纯钛烤瓷牙的化学成分含量的高低：分别取了4 个点，最外层镀釉层即取了2 个点（釉层EDS 点扫），共计取了28 个点，在金属与烤瓷界间扫的EDS 线，不同部位各元素及含量数据列于表1、表2、表3 和表4。

表1 钛层不同取点元素及含量数据

表2 德冠纯钛烤瓷牙烤瓷层中a 层、b 层和釉层不同取点元素及含量数据

表4 不同烤瓷牙界面线扫元素及含量数据

由表1 可知，不同厂家烤瓷牙的钛层（钛层1- 钛层4）均含有Ti，C 和O，靠近烤瓷层均含有少量硅，德冠烤瓷牙中还含有Wt%为0.55%的钠。

通过表2 和表3 可知，a 层和b 层中均含有C，O，Na，Al，Si，且含量顺序：C>O>Si。但在a 层5 测试中有W 元素出现，a 层6 测试有Ba 元素出现。a 层7 和a 层8 只有C 和O，说明存在胶粘剂。b 层中德冠烤瓷牙靠近a 层取样分析，成分与a 层相似，但b 层11 和b 层12 中只含有Ti，其Wt%为100%，故可推测内层用纯钛框架进行支撑，而b 层中瓷倍健烤瓷牙含量高低顺序：C>O>Si，而Na，Al，Ti 的含量较少，但b 层9 中还含有K，b 层10 中还含有Ba 和微量的W。最外面的瓷层(即釉层)均含有C，O，Na，Si，Zr，且德冠烤瓷牙中含量高低的顺序为：C>O>Si>Z>Na，最外釉层14 测试中有微量的K 成分Wt%为0.16，而瓷倍健烤瓷牙中含量高低的顺序为：C>O>Si>Zr>K。

表3 瓷倍健纯钛烤瓷牙烤瓷层中a 层、b 层和釉层不同取点元素及含量数据

通过表4 可知，钛层与烤瓷界面线扫为钛层线，烤瓷b层与釉层界面为b 线，位于线的位置成分复杂，故此处化学成分含量的高低用原子量分数（At%）来表示，b 线中化学成分及含量顺序：O>Ti>Ba，而钛层线中化学成分及含量顺序：Ti>C>O>Si。说明钛层与烤瓷层以及釉层和烤瓷层之间相连均靠胶粘剂结合。

1.3.3 拉曼表征。将不同烤瓷牙的切割表面进行拉曼测试，拉曼图如图5 和图6 所示。

图5 德冠表面拉曼图

图6 瓷倍健表面拉曼图

通过拉曼图5 和图6 可知，所出现的特征峰位置几乎一样，虽然特征峰的强度略有不同，但可以说明瓷层的化学成分几乎一样，只是含量不同而已。

1.4 纳米压痕测试

1.4.1 纳米压痕检测方法。GB/T22458-2008 仪器化纳米压入试验方法通则：采用准静态打点模式[3]。

1.4.2 纳米压痕表征图及测试数据。将不同厂家的纯钛烤瓷牙分别进行纳米压痕测试，两个样品纳米压痕可以平行对比载荷与样品表面崩瓷的关系，测试的时候出现压碎表层后，很难再压入，应该和钛层结构有关。本文中保留了瓷倍健烤瓷牙压裂的压痕形貌如图7，其硬度及折合模量数据列于表5 中。

图7 瓷倍健烤瓷牙压裂的压痕形貌图

表5 硬度H/折合模量Er 结果表

通过表5 可知，瓷倍健的烤瓷牙测试曲线具有很强的规律性，硬度与折合模量较均匀，而德冠的烤瓷牙规律性较差，硬度与折合模量的变化也较大，内部结构使纯钛不均匀，但承受力都很大，如果人们正常使用时都不会出现崩瓷现象。

2 结果

从化学的角度分析纯钛烤瓷牙的成分，由实验结果可知，瓷倍健烤瓷牙质地较均匀，切面光滑，SEM形貌比较难聚焦，不同纯钛烤瓷牙的内部结构不同，其中钛层与瓷层间均有少量的气泡或孔隙存在。所测样品钛层中均含有Ti，C 和O，烤瓷层和最外层釉层所含化学的元素基本相同，由拉曼图可以得以证实，样品所出现的特征峰位置几乎一样，虽然特征峰的强度略有不同，但可以说明瓷层的主要化学成分几乎一样，只是含量不同而已，但瓷倍健的烤瓷层中有微量的W。崩瓷现象的探究由纳米压痕进行测试，瓷倍健烤瓷牙测试曲线很有规律性，其硬度与折合模量较均匀，而德冠的烤瓷牙硬度与折合模量的变化较大，内部结构不同使纯钛镶嵌不均匀，但承受力都很大，人们正常使用时都不会出现崩瓷现象。