不同離子交換時(shí)間和溫度對(duì)白榴石增強(qiáng)陶瓷彎曲強(qiáng)度的影響.doc

不同離子交換時(shí)間和溫度對(duì)白榴石增強(qiáng)陶瓷彎曲強(qiáng)度的影響作者：王輝,陳吉華,施長(zhǎng)溪,沈麗娟【摘要】目的:研究不同離子交換時(shí)間和溫度對(duì)白榴石增強(qiáng)陶瓷雙軸彎曲強(qiáng)度的影響，為臨床應(yīng)用提供參考.方法:試件的蠟型制作采用將融化的鑄造蠟灌注于機(jī)械加工模具內(nèi)，制成厚度和直徑一致的蠟型.厚度為2.0mm，直徑為18mm圓片，共90個(gè).實(shí)驗(yàn)分組首先按照同一時(shí)間下不同溫度即離子交換溫度為400，450，500，離子交換時(shí)間為3h，每組試件10個(gè).然后在確定最佳離子交換溫度的基礎(chǔ)上以不同時(shí)間分組即交換時(shí)間為3，5，7，9，11h，每組試件10個(gè).以不做打磨、上釉和離子交換的為對(duì)照組，試件為10個(gè).根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)F39478.1991（美國(guó)材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)）測(cè)試試件的雙軸彎曲強(qiáng)度.經(jīng)onewayANOVA及KruskalWallis秩和檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析各實(shí)驗(yàn)組.結(jié)果:同一處理時(shí)間不同處理溫度下的雙軸彎曲強(qiáng)度經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析可知有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<；0.01).同一處理溫度不同處理時(shí)間下的雙軸彎曲強(qiáng)度經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析可知有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<；0.01).與對(duì)照組比較均存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<；0.01).結(jié)論:cerinate熱壓鑄陶瓷的離子交換處理較佳的溫度為450，時(shí)間為11h.【關(guān)鍵詞】牙瓷料；陶瓷；離子交換；雙軸彎曲強(qiáng)度【Abstract】AIM:Tostudytheeffectofdifferenttime/temperatureofionexchangeonthebiaxialflexuralstrengthofheatpressedceramic.METHODS:EightydisksofCerinateceramicspecimens(shade2),18mmindiameterand2.0mmthick,wereprepared.Thespecimensweremanufacturedaccordingtothecompanysrecommendations.Tendiskswereusedascontrols.Theremainingdisksweredividedinto7groupsof10diskseachandionexchangedspecimensweremadebythetreatmentofpotassiumsaltat400,450,500for3handattheoptimaltemperaturefor5,7,9,11h.ThebiaxialflexuralstrengthwasevaluatedbyathreepointbendinginauniversalmachineaccordingtoASTMStandard(F39478.1991).RESULTS:Thebiaxialflexuralstrengthhadsignificantdifferenceamongdifferenttreatmenttemperatureandtimegroups(P<；0.01).Comparedwithcontrolgroup,thebiaxialflexuralstrengthofeachexperimentalgroupwasalsostatisticallysignificantlydifferent(P<；0.01).CONCLUSION:TheionexchangeprocessoftheCerinatehotpressedceramicshouldbeperformedat450for11h.【Keywords】dentalporcelain；porcelain；ionexchange；biaxialflexuralstrength0引言隨著人們對(duì)牙科修復(fù)體的美觀要求的增加,越來(lái)越多的臨床醫(yī)生關(guān)注于陶瓷材料的美觀性和生物相容性，但由于陶瓷材料自身的缺點(diǎn)如脆性大、強(qiáng)度差.作為牙科修復(fù)材料在燒結(jié)過(guò)程中在瓷表面形成張應(yīng)力和微裂紋，從而降低了陶瓷的強(qiáng)度，影響其在口腔復(fù)雜的化學(xué)環(huán)境下的使用壽命.因此應(yīng)運(yùn)而生了陶瓷表面增強(qiáng)技術(shù)，以減少和防止陶瓷表面微裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)散.陶瓷表面增強(qiáng)技術(shù)的離子在陶瓷表面的擴(kuò)散率受交換的溫度和交換時(shí)間的影響，因此需要確定最佳的交換時(shí)間和溫度，使熱壓鑄陶瓷表面強(qiáng)度獲得最佳,為臨床應(yīng)用提供依據(jù)和參考.1材料和方法1.1材料Cerinate全瓷修復(fù)體系(DenMatCorp,California,USA)；Autopress熱壓鑄瓷爐(Jeneric/Pentron,wallingford,USA)；萬(wàn)能測(cè)試儀Autograph(No.130103600805Japan)；測(cè)厚儀(Germany)；離子交換劑KNO3（天津耀華化學(xué)試劑有限公司，批號(hào)：20000801）；Cerinate烤瓷爐(DenMatCorp.,California,USA)；RadianceBurnoutFurnace烤箱(USA).1.2方法1.2.1試件制備試件的蠟型制作采用將融化的鑄造蠟灌注于機(jī)械加工模具內(nèi).去除溢出的軟蠟，待蠟型冷卻后取出，制成厚度和直徑一致的蠟型.將厚度為2.0mm，直徑為18mm蠟型圓片立專用底座，外用紙圍圈包埋采用全瓷專用包埋料粉100g混合20mL包埋液+5mL蒸餾水，真空攪拌60s，包埋，靜置1h后去除底座及外圈紙.試件的加工工藝過(guò)程按照廠家提供的參數(shù)進(jìn)行加工.待鑄圈冷卻后，噴砂去除包埋料，砂粒為50m，壓力為1500.124mmHg（1mmHg=0.133kPa），金鋼砂片切除鑄道，金鋼砂車車打磨，采用千分尺測(cè)量其厚度和直經(jīng)，使其最終厚度為（2.00.1）mm，直徑為（18.00.1）mm.發(fā)現(xiàn)任何拆裂，或裂縫則重新制做，實(shí)驗(yàn)組共80個(gè)試件.試件依次采用普通粗沙紙、320目、400目、600目打磨.再經(jīng)超聲清洗，試件放入烤瓷爐內(nèi)上釉，上釉程序按制造商推薦的程序.實(shí)驗(yàn)分組首先按照同一時(shí)間下不同溫度即離子交換溫度為400，450，500，離子交換時(shí)間為3h，每組試件10個(gè).然后在確定最佳離子交換溫度的基礎(chǔ)上以不同時(shí)間分組即交換時(shí)間為3，5，7，9，11h，每組試件10個(gè).將打磨、上釉完成的試件隨即放入三氧化二鋁燒杯中，浸泡于固態(tài)的硝酸鉀離子交換劑中，將燒杯放置于烤箱內(nèi)，自室溫開(kāi)始分別升溫至400，450，500升溫速度為3/min，保持3，5，7，9，11h.完成后立刻從烤箱中取出燒杯，室溫冷卻，同時(shí)去除試件表面的殘余的離子交換劑.以不做離子交換的為對(duì)照組(n=10).1.2.2測(cè)試根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)F39478.1991（美國(guó)材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)），采用三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn).將試件放置于測(cè)試裝置上，裝置上部為三半球支柱，半球直徑為3.18mm，半球間夾角為120.在試件與半球間放置厚度為0.05mm的塑料薄片，將測(cè)試裝置于萬(wàn)能測(cè)試儀底座上壓力由直徑為1.58mm的圓形鋼頭加載，傳感器為2000N，壓力通過(guò)壓頭以0.25mm/min的速度加載直至碎裂，計(jì)算機(jī)記錄碎裂載荷.雙軸彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式為:S=-0.2387P(X-Y)/d2.X=(1+v)1n(B/C)2+(1-v)/2(B/C)2,Y=(1+v)1+1n(A/C)2+(1-v)(A/C)2.其中P為碎裂載荷(N)，A為支柱半徑(mm)，B為加載半徑(mm)，C為試件的半徑(mm)，d為試件厚度(mm)，v為設(shè)定的泊松比（0.25）.統(tǒng)計(jì)學(xué)處理:SPSS13.0軟件分析比較同一處理溫度不同處理時(shí)間下的雙軸彎曲強(qiáng)度及相同處理時(shí)間不同處理溫度下的雙軸彎曲強(qiáng)度(=0.05).2結(jié)果方差齊性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，第一部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)方差不齊，故采用KruskalWallis秩和檢驗(yàn).統(tǒng)計(jì)學(xué)分析可知，同一處理時(shí)間不同處理溫度下的各組雙軸彎曲強(qiáng)度之間均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<；0.01，表1).各組與對(duì)照組比較均存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<；0.01)；單因素方差分析表明，同一處理溫度不同處理時(shí)間下的雙軸彎曲強(qiáng)度間也存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<；0.01,表2).LSD檢驗(yàn)證實(shí)各組與對(duì)照組比較均存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<；0.01).表1不同溫度下離子交換處理3h熱壓鑄陶瓷的雙軸彎曲強(qiáng)度表2不同處理時(shí)間450下離子交換處理熱壓鑄陶瓷的雙軸彎曲強(qiáng)度3討論Dunn等1發(fā)現(xiàn)過(guò)高和過(guò)低的溫度都不能獲得最大的強(qiáng)度,在高溫下過(guò)度延長(zhǎng)處理時(shí)間反而會(huì)降低強(qiáng)度.離子擴(kuò)散和應(yīng)力釋放都取決于溫度，因此多數(shù)學(xué)者認(rèn)為其影響大于時(shí)間因素.K+在玻璃基體中的擴(kuò)散符合Arhenius方程2：D=Doexp(-Q/RT)（其中，D為擴(kuò)散深度，Do為擴(kuò)散常數(shù)，Q為活化能，R為氣體定律常數(shù)，T為絕對(duì)溫度.當(dāng)較大的K+擴(kuò)散于玻璃基體中，替代了體積較小的Na+時(shí)，在陶瓷表面形成壓應(yīng)力）.這種壓應(yīng)力并不能阻止裂紋的產(chǎn)生，但可以阻止裂紋的延伸.隨溫度升高，離子擴(kuò)散速度加快.大體積離子進(jìn)入形成壓應(yīng)力層.隨溫度升高的同時(shí)，應(yīng)力釋放的過(guò)程也加速，符合Arhenius方程3：n=n0exp(Q/RT)（n：粘性，n0：粘性常數(shù)）.隨溫度升高，玻璃基質(zhì)粘度迅速下降.粘度下降使玻璃相分子流動(dòng)加快，最終形成玻璃質(zhì)的流動(dòng)體導(dǎo)致應(yīng)力釋放.本試驗(yàn)我們著重研究離子交換時(shí)溫度、時(shí)間的變化對(duì)K+離子擴(kuò)散和應(yīng)力釋放的影響，主要是通過(guò)對(duì)彎曲強(qiáng)度的影響來(lái)反映.雖然以彎曲強(qiáng)度的變化不能精確反映離子擴(kuò)散和應(yīng)力釋放的過(guò)程，但仍不失為一個(gè)常用而簡(jiǎn)便的方法4.本試驗(yàn)中的溫度范圍在400500之間,是因?yàn)殡x子交換劑硝酸鉀的沸點(diǎn)為400,K+的活動(dòng)性最為活躍.而當(dāng)溫度大于500時(shí)，硝酸鉀溶液將發(fā)生離子溶解，從而降低了離子交換的效果.離子交換時(shí)間以3h為起點(diǎn)是因?yàn)殡x子交換時(shí)間小于3h，試件的硬度隨時(shí)間增加而增加，大于3h后，硬度隨時(shí)間延長(zhǎng)而降低5.從本試驗(yàn)中可得知，當(dāng)溫度達(dá)到450時(shí)，彎曲強(qiáng)度為最大(P<；0.01).通過(guò)以往的研究顯示6，適當(dāng)?shù)碾x子交換時(shí)間可以使強(qiáng)度增加，在450的離子交換溫度時(shí)，彎曲強(qiáng)度隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加(P<；0.01).當(dāng)離子交換時(shí)間達(dá)到11h，其彎曲強(qiáng)度已可以滿足臨床的要求，這與國(guó)外學(xué)者的研究是一致的7.是否延長(zhǎng)離子交換時(shí)間其彎曲強(qiáng)度仍會(huì)繼續(xù)增加，有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明.本試驗(yàn)我們所采用的Cerinate熱壓鑄瓷據(jù)報(bào)道三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度可達(dá)到118.2MPa8,本試驗(yàn)的雙軸彎曲強(qiáng)度為81.5MPa,可能是實(shí)驗(yàn)方法不同造成的.Cerinate熱壓鑄瓷經(jīng)離子交換的雙軸彎曲強(qiáng)度提高了167%，這較以往研究的經(jīng)離子交換的雙軸彎曲強(qiáng)度提高值（134%170%）4,9-10較高或接近.由于試驗(yàn)中對(duì)試件采取打磨、上釉等處理，然后再進(jìn)行離子交換，這區(qū)別于以往研究11-12，可能是彎曲強(qiáng)度較其他研究的彎曲強(qiáng)度不同的原因之一.綜上所述，熱壓鑄陶瓷的離子交換處理較佳的溫度為450，時(shí)間為11h.【參考文獻(xiàn)】1DunnB,LevyMN,ReisbeckMH.ImprovingthefractureresistanceofdentalceramicsJ.JDentRes,1977,56:1209-1213.2CannonWR,LangdonTG.Reviewcreepofceramics.Part2.AnexaminationofflowmechanismsJ.JMatSci,1988,23:1-20.3AsaokaK,KonM,KuwayamaN.ViscosityofdentalporcelainsinglasstransitionrangeJ.DentMater,1990,9:193-202.4WhiteSN,SeghiRR.Theeffectofionstrengtheningtime/temperaturekineticsontheflexuralstrengthoffeldspathicporcelainsJ.DentMater,1992,8:320-323.5FischerH,MaierHR,MarxR.ImprovedreliabilityofleucitereinforcedglassbyionexchangeJ.DentMater,2000,16:120-128.6SaneAY,CooperAR.StressbuildupandrelaxationduringionexchangestrengtheningofglassJ.JAmCeramSoc,1987,70:86-89.7SouthanDE.StrengtheningmodernporcelainbyionexchangeJ.AustDentJ,1970,15:507-510.8OhSC,DongJK,LthyH,etal.StrengthandmicrostructureofIPSEmpress2glassceramicafterdifferenttreatmentsJ.IntJProsthodont,2000,13:468-472.9FischerH,MarxR.ImprovementofstrengthparametersofaleucitereinforcedglassceramicbydualionexchangeJ.JDentRes,2001,80:336-339.10MirkelamMS,PamukS,BalkayaMC,etal.EffectofTufCoatonFeldspathicporcelainma