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【摘要】目的：比较铸造纯钛和CAD/CAM辅助切削纯钛与瓷的结合强度。方法：分别使用失蜡铸造法和计算机数字控制切削法制作纯钛试件（25mm×3mm×0.5mm）各20个，在试件表面中心区域熔附8mm×3mm×1.1mm的瓷，使用ISO9693规定的三点弯曲测试对金瓷试件进行金瓷结合强度测定。扫描电镜观察试件的显微特征。数据使用独立样本t检验进行统计学分析（α=0.05）。结果：铸造纯钛与瓷的结合强度为（32.03±3.03）MPa，切削纯钛与瓷的结合强度为（35.89±3.71）MPa，两组间差异有统计学意义。电镜显示铸造纯钛钛瓷结合界面反应层较厚，有孔洞和裂隙，切削纯钛组反应层较薄，没有孔洞。结论：切削组纯钛试件金瓷结合强度大于铸造组。
【关键词】纯钛；计算机辅助切削；金瓷结合强度；扫描电镜
【中图分类号】R783.1 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752（2017）28-0051-02
Comparison of the bond strength of CAD/CAM milled and cast pure titanium to porcelain
【Abstract】Objective To compare the bond strength of CAD/CAM milled and cast pure titanium to porcelain. Methods Pure titanium specimens(25 mm × 3 mm × 0.5 mm)were prepared using either a cast or computer numerical control milling methods. An 8 mm × 3 mm × 1.1 mm ceramic layer was fused to the central portion. The bond strengths of the metal ceramic specimens were tested using a three point bending test according to the ISO 9693 standard. Scanning electron microscopy were used to determine the morphologies. The data of metal ceramic bond strength and area fraction of adherence porcelain were analyzed using independent sample test(α = 0.05). Results The metal ceramic bond strength of cast and milled pure titanium were(32.03 ± 3.03)MPa and(35.89 ± 3.71)MPa. SEM observation showed that there was thin transition layer between titanium substrate and ceramic in CAD /CAM bond interface,titanium and porcelain combined closely,no obvious pores.However,there was thicker transition layer and small pore in cast pure titanium to porcelain bonding interface.Conclusion The bonding strength of porcelain to CAD /CAM pure titanium is greater than that of porcelain to casting pure titanium.
【Key words】Computer aided milling;Pure titanium;Metal ceramic bonding;Scan electron microscopy
相较于其它烤瓷合金而言，纯钛具有优异的生物相容性和耐腐蚀性、以及出色机械性能[1-2]。但纯钛化学性质活泼，铸造和烤瓷过程中，高温容易氧化，生成过厚而且粘附力不强的氧化膜，此膜极易折裂粉碎，不利于钛瓷的结合。因此传统铸造纯钛钛瓷结合力普遍低于其它烤瓷合金，崩瓷现象也较之为多，影响修复远期效果，限制了纯钛烤瓷修复体在临床上的推广。近年来，计算机辅助设计与计算机辅助制造应用于制作金瓷修复体的底层冠引起了广泛的关注，本文旨在探讨（CAD/CAM）技术制作的纯钛烤瓷冠金瓷结合强度相较于传统铸造纯钛冠有无提高。
1.资料与方法
1.1 材料和仪器
纯Ti：意大利Orotig,成分为Ti99.8%,Fe0.03%,C0.01%,弹性模量：110Gpa。与其匹配的瓷粉为奥地利Creation厂生产的WilliGeller,包埋材料为supervestRF(美国Matech公司),Speedeast高频真空铸造机(意大利),佳利行喷砂机(中国珠海)，CAD/CAM设备(imeicore550i，德国)，烤瓷炉(ProgramatP100，德国)。电子万能试验机(深圳新三思公司)。扫描电镜（SEM；JCX8100，JEOL，日本）。
1.2 试验方法
1.2.1铸造纯钛试件 用0.5mm薄蜡片，制作11个尺寸25mm×3mm×0.5mm的熔模，按厂家要求包埋和铸造，严格按各合金的使用说明对每组铸件进行打磨、喷砂后用游标卡尺多点测量，最终获得符合要求的试件尺寸为25mm×3mm×（0.5±0.05）mm。
1.2.2 CAD/CAM纯钛试件 用CAD系统设计25mm×3mm×0.5 mm的立体模型并将此模型传送到CAM系统，再由CAM系统控制机床切削出实验所要求的纯钛试件11个。将试件打磨、抛光，电子游标卡尺控制试件厚度在(0.5±0.05)mm范围内。
1.2.3上瓷 两组试件均经100目二氧化铝喷砂，丙酮超声波清洗5min，然后高压蒸汽清洗，吹干。在全部试件中间按照厂家推荐的程序烧结厚度约为0.2mm的遮色瓷，再用特制的尺寸为8mm×3mm×1.5mm夹具控制体瓷的厚度和位置, 在遮色瓷上堆塑厚度为0.9mm的体瓷，在试件中间烧结形成8mm×3mm×1.1mm瓷层，最后上釉。
1.2.4金瓷结合强度测试每组抽出10个试件，进行金瓷结合三点弯曲测试。在压力传感器为100N的CMT4204电子万能测试机（深圳新三思公司）上根据ISO9693标准使用三点弯曲测试评价每组金瓷试件（n=10）的结合强度。每个金瓷试件瓷面向下，置于半径为1mm的支持柱上，两个支持柱间的跨度为20mm。用半径为1mm的压头于与瓷面相反的金属面中心处进行加载，加载速度恒定为1mm/min，同时电脑记录金瓷试件一端瓷开裂时的加载力Ffail。结合强度τb根据公式τb=k×Ffail计算。k是与金属厚度和弹性模量有关的变量，从ISO 9693中的图表中得到。
1.2.5扫描电子显微镜观察 每组各余下1个试件，使用热镶机对其进行镶嵌，研磨金瓷结合面，使之平整，研磨条纹沿一种方向排列。抛光机抛光，使之光亮，无明显研磨划痕。金瓷结合面试件经过以上处理后进行酸蚀，丙酮超声清洗15分钟，吹干、喷碳，SEM显微镜观察钛瓷结合面的形态和结构。
1.2.6统计学处理方法 应用SPSS 16.0统计软件对两组试件的金瓷结合强度进行两样本t检验，检验水准α=0.05。
2.结果
2.1 金瓷结合强度
3.讨论
用来测量金瓷结合强度的体外测试有很多种，包括三点弯曲测试，剪切测试、牵拉测试、双轴挠曲测试、和四点弯曲测试。本研究选用ISO9693标准[3]推荐的三点弯曲测试，此试验易于操作，并且可量化、可重复。同时，两组试件都采用纯钛匹配的相同瓷粉，严格按照厂商推荐程序加工，确保了非实验因素的同质性。此研究中两组试件的金瓷结合强度都达到了ISO 9693标准规定的可用于临床的最小值25MPa。
金瓷之间的结合主要由以下四种形式组成：化学结合，机械结合，范德华力，压缩结合。化学结合主要由瓷粉中的氧化物或非晶玻璃质与烤瓷合金表面的氧化物之间发生氧化-还原反应而产生，合金表面存在适宜的氧化层是化学结合的必备条件。贱金属合金表面1～2nm厚的氧化层最为合适，太薄或太厚的氧化层都会对金瓷结合强度产生不利影响。而纯钛易于氧化的特性，使其在常规铸造常形成过厚氧化膜，降低金瓷结合强度致崩瓷。赵鹃[4]发现随着铸模温度的升高，钛与包埋材料的反应呈增强趋势，杂质成分不但在钛表面的扩散深度增加而且种类也在增加。这些杂质元素很微小的变化都会引起钛机械力学性能的变化，对钛瓷结合强度产生影响。对于如何提高钛瓷结合强度，延长钛瓷修复体的使用寿命，Lin等学者进行了一系列研究，结果显示虽然能够一定程度上提高传统铸造纯钛的钛瓷结合力，但是其结合力还是明显低于钴铬合金，钯银合金等价格相当的金瓷修复体。
计算机辅助设计与计算机辅助制造（CAD/CAM）技术与传统的铸造技术相比，该技术不易出现操作误差，如铸造时混入杂质、热张力引起变形、能避免铸造缺陷。尤其是长跨度修复体，切削合金能提供更高的精确性。Shokry等学者发现切削纯钛金瓷冠的边缘密合性要远大于传统铸造纯钛金瓷冠。孟小瑞也发现CAD/CAM技术提高了纯钛烤瓷的边缘适合性，降低了牙龈炎的发生率。
本实验切削组氧化膜厚度较铸造组薄，且不存在孔洞，裂隙，说明切削的纯钛避免了高温铸造过程，以及包埋材料反应层
本实验结果铸造组金瓷结合强度虽然大于ISO规定的能应用于临床的最低25mpa，但明显低于切削组，这与吴素然结果相似。提示CAD/CAM切削法制作纯钛基底冠可以提高纯钛金瓷结合强度，延长钛瓷修复体的使用寿命，减少崩瓷的发生。但本研究的三点弯曲测试为静态加载测试，没有口腔环境的影响，并不能完全代表临床条件。
【参考文献】
[1] Schmalz G,Garhammer P.Biological interactions of dental cast alloys with oral tissues[J].Dental materials,2002,18(3):396-406.
[2] Eliopousos D,Zinelis S,Papadopoulos T.The effect of investment material type on the contamination zone and mechanical properties of commercially pure titanium castings[J].J Prosthet Dent 2005,94(6):539-548.
[3] ISO 9693（E）.Metal Ceramic Dental Restorative Systems[S].2nd ed.Switzerland：International Organization for Standardization,1999.
[4]赵鹃.自制铸钛包埋材料铸造工艺与铸钛修复体铸造精度的研究［D］.成都：四川大学，2004.
论文作者:何爨谅1,王沫钦1,何爨德2
论文发表刊物:《医药前沿》2017年10月第28期
论文发表时间:2017/10/24
标签：强度论文; 合金论文; 测试论文; 弯曲论文; 三点论文; 厚度论文; 烤瓷论文; 《医药前沿》2017年10月第28期论文;