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1、不同離子交換時間和溫度對白榴石增強陶瓷彎曲強度的影響 作者:王輝, 陳吉華, 施長溪, 沈麗娟 【摘要】 目的: 研究不同離子交換時間和溫度對白榴石增強陶瓷雙軸彎曲強度的影響,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械加工模具內(nèi),制成厚度和直徑一致的蠟型. 厚度為2.0 mm,直徑為18 mm圓片,共90個. 實驗分組首先按照同一時間下不同溫度即離子交換溫度為400,450
2、,500,離子交換時間為3 h,每組試件10個. 然后在確定最佳離子交換溫度的基礎(chǔ)上以不同時間分組即交換時間為3,5,7,9,11 h,每組試件10個. 以不做打磨、上釉和離子交換的為對照組,試件為10個. 根據(jù)ASTM標準 F39478.1991(美國材料實驗協(xié)會)測試試件的雙軸彎曲強度. 經(jīng)oneway ANOVA及KruskalWallis秩和檢驗統(tǒng)計分析各實驗組. 結(jié)果: 同一處理時間不同處理溫度下的雙軸彎曲強度經(jīng)統(tǒng)計分析可知有統(tǒng)計學差異(P0.01). 同一處理溫度不同處理時間下的雙軸彎曲強度經(jīng)統(tǒng)計分析可知有統(tǒng)計學差異(P0.01). 與對照組比較均存在統(tǒng)計學差異(P0.01). 結(jié)
3、論: cerinate熱壓鑄陶瓷的離子交換處理較佳的溫度為450,時間為11 h. 【關(guān)鍵詞】 牙瓷料;陶瓷;離子交換;雙軸彎曲強度 【Abstract】 AIM: To study the effect of different time/temperature of ion exchange on the biaxial flexural strength of heat pressed ceramic. METHODS: Eighty disks of Cerinate ceramic specimens (shade 2), 18 mm in dia
4、meter and 2.0 mm thick, were prepared. The specimens were manufactured according to the companys recommendations. Ten disks were used as controls. The remaining disks were divided into 7 groups of 10 disks each and ionexchanged specimens were made by the treatment of potassium salt at 400, 450, 500
5、for 3 h and at the optimal temperature for 5, 7, 9, 11 h. The biaxial flexural strength was evaluated by a threepoint bending in a universal machine according to ASTM Standard (F39478.1991). RESULTS: The biaxial flexural strength had significant difference among different treatment temperature and t
6、ime groups (P0.01). Compared with control group, the biaxial flexural strength of each experimental group was also statistically significantly different (P0.01). CONCLUSION: The ionexchange process of the Cerinate hot pressed ceramic should be performed at 450 for 11 h. 【Keywords】
7、dental porcelain; porcelain; ionexchange; biaxial flexural strength 0引言 隨著人們對牙科修復(fù)體的美觀要求的增加,越來越多的臨床醫(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如脆性大、強度差. 作為牙科修復(fù)材料在燒結(jié)過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度,影響其在口腔復(fù)雜的化學環(huán)境下的使用壽命. 因此應(yīng)運而生了陶瓷表面增強技術(shù),以減少和防止陶瓷表面微裂紋的產(chǎn)生和擴散. 陶瓷表面增強技術(shù)的離子在陶瓷表面的擴散率受交換的溫度和交換時間的影響,因此需要確定最佳的交換時間和溫度
8、,使熱壓鑄陶瓷表面強度獲得最佳, 為臨床應(yīng)用提供依據(jù)和參考. 1材料和方法 1.2方法 統(tǒng)計學處理: SPSS13.0軟件分析比較同一處理溫度不同處理時間下的雙軸彎曲強度及相同處理時間不同處理溫度下的雙軸彎曲強度(=0.05). 2結(jié)果 方差齊性檢驗發(fā)現(xiàn),第一部分實驗數(shù)據(jù)方差不齊,故采用KruskalWallis秩和檢驗. 統(tǒng)計學分析可知,同一處理時間不同處理溫度下的各組雙軸彎曲
9、強度之間均有統(tǒng)計學差異(P0.01,表1). 各組與對照組比較均存在統(tǒng)計學差異(P0.01);單因素方差分析表明,同一處理溫度不同處理時間下的雙軸彎曲強度間也存在統(tǒng)計學差異(P0.01,表2). LSD檢驗證實各組與對照組比較均存在統(tǒng)計學差異(P0.01).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度表2不同處理時間450下離子交換處理熱壓鑄陶瓷的雙軸彎曲強度 3討論 Dunn等1發(fā)現(xiàn)過高和過低的溫度都不能獲得最大的強度,在高溫下過度延長處理時間反而會降低強度. 離子擴散和應(yīng)力釋放都取決于溫度,因此多數(shù)學者認為其影響大于時間因素. K+
10、在玻璃基體中的擴散符合Arhenius方程2:D=Doexp(-Q/RT) (其中,D為擴散深度,Do為擴散常數(shù),Q為活化能,R為氣體定律常數(shù),T為絕對溫度. 當較大的K+擴散于玻璃基體中,替代了體積較小的Na+時,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,離子擴散速度加快. 大體積離子進入形成壓應(yīng)力層. 隨溫度升高的同時,應(yīng)力釋放的過程也加速,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加快,最終形成玻璃質(zhì)的流動體導致應(yīng)力釋放. 本試驗我
11、們著重研究離子交換時溫度、時間的變化對K+離子擴散和應(yīng)力釋放的影響,主要是通過對彎曲強度的影響來反映. 雖然以彎曲強度的變化不能精確反映離子擴散和應(yīng)力釋放的過程,但仍不失為一個常用而簡便的方法4. 本試驗中的溫度范圍在400500之間,是因為離子交換劑硝酸鉀的沸點為400, K+的活動性最為活躍. 而當溫度大于500時,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. 離子交換時間以3 h為起點是因為離子交換時間小于3 h,試件的硬度隨時間增加而增加,大于3 h后,硬度隨時間延長而降低5. 從本試驗中可得知,當溫度達到450時,彎曲強度為最大(P0.01). 通過以
12、往的研究顯示6,適當?shù)碾x子交換時間可以使強度增加,在450的離子交換溫度時,彎曲強度隨時間延長而增加(P0.01). 當離子交換時間達到11 h,其彎曲強度已可以滿足臨床的要求,這與國外學者的研究是一致的7. 是否延長離子交換時間其彎曲強度仍會繼續(xù)增加,有待進一步實驗證明. 本試驗我們所采用的Cerinate熱壓鑄瓷據(jù)報道三點彎曲強度可達到118.2 MPa8,本試驗的雙軸彎曲強度為81.5 MPa,可能是實驗方法不同造成的. Cerinate熱壓鑄瓷經(jīng)離子交換的雙軸彎曲強度提高了167%,這較以往研究的經(jīng)離子交換的雙軸彎曲強度提高值(134%170%)4,9-10較高或接近. 由于試驗中對試
13、件采取打磨、上釉等處理,然后再進行離子交換,這區(qū)別于以往研究11-12,可能是彎曲強度較其他研究的彎曲強度不同的原因之一. 綜上所述,熱壓鑄陶瓷的離子交換處理較佳的溫度為450,時間為11 h.【參考文獻】 1 Dunn B, Levy MN, Reisbeck MH. Improving the fracture resistance of dental ceramicsJ. J Dent Res,1977,56:1209-1213.2 Cannon WR, Langdon TG. Review creep of ceramics. Part 2. An
14、examination of flow mechanismsJ.J Mat Sci,1988,23:1-20.3 Asaoka K, Kon M, Kuwayama N. Viscosity of dental porcelains in glass transition rangeJ. Dent Mater,1990,9:193-202.4 White SN, Seghi RR. The effect of ion strengthening time/temperature kinetics on the flexural strength of feldspathic porcelain
15、sJ.Dent Mater,1992,8:320-323.5 Fischer H, Maier HR, Marx R. Improved reliability of leucite reinforced glass by ion exchangeJ. Dent Mater,2000,16:120-128.6 Sane AY, Cooper AR. Stress buildup and relaxation during ion exchange strengthening of glassJ.J Am Ceram Soc,1987,70:86-89.7 Southan DE. Strengt
16、hening modern porcelain by ion exchangeJ. Aust Dent J,1970,15:507-510.8 Oh SC, Dong JK, Lüthy H, et al.Strength and microstructure of IPS Empress 2 glassceramic after different treatmentsJ. Int J Prosthodont, 2000,13:468-472.9 Fischer H, Marx R. Improvement of strength parameters of a leucitereinforced glass ceramic by dualion exchangeJ. J Dent Res, 2001,80:336-339.10 Mirkelam MS, Pamuk S, Balkaya MC, et al. Effect of TufCoat on Feldspathic porcelain materialsJ. J Oral Rehabil,2005,32:39-45.11 Fischer H, Marx R. Suppression
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