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核瓷和饰瓷厚度变化对全瓷修复体抗弯强度影响的研究进展

2019-6-15 09:06  来源:国际口腔医学杂志
编辑:靳志亨 李清 阅读量:2630

    当前,随着口腔修复材料性能及加工水平的不断提高,全瓷修复体展现出良好的生物相容性、化学稳定性及美学特性,并越来越多地被应用在临床中。全瓷修复体通常具有双层结构,即核瓷和饰面瓷,核瓷主要提供强度支撑,而饰面瓷主要实现修复体的美观要求。临床上,核瓷与饰面瓷的厚度选择不仅影响到患牙预备量、美观效果,而且直接影响了瓷修复体的最终力学强度。

    目前,不少学者通过改变核饰瓷厚度比来探究其对双层瓷抗弯强度的影响,但尚无统一意见,主要包括2种观点:1)随着核饰瓷厚度比增加,样本抗弯强度随之增加;2)随着核饰瓷厚度比增加,样本抗弯强度没有明显变化。由于国内外各学者的实验略有差异,本文将从实验材料、核饰瓷厚度范围以及实验操作这3个方面对其进行综合分析,作一系统综述。

    1. 实验材料

    全瓷系统常用材料主要包括长石瓷、玻璃基陶瓷、氧化铝基及氧化锆基陶瓷等,长石瓷具有较高的通透性,多作为饰面瓷材料,而氧化铝、氧化锆瓷由于强度高,用于制作核瓷。由于核瓷和饰瓷本身材料的不同,其力学性能方面存在很大差异。

    1)弹性模量:核瓷和饰瓷虽然都是脆性材料,但是材料的弹性模量却不同,对比饰瓷,核瓷弹性模量较大,更能够抵抗外力作用下的变形,是承受咬合压力的主体;2)锆瓷的相变增韧现象:氧化锆作为核瓷在临床上应用得越来越多,其抗弯强度高达900~1 200 MPa,锆瓷在机械应力下产生裂纹,裂纹尖端的晶体发生t→m相的马氏体相变,由于相变引起的体积增加所产生的压应力缓冲掉一部分外力产生的张应力,裂纹得以闭合或中断,从而提高材料的强度与韧性,饰瓷材料则无此作用;3)气孔的生成:气孔是陶瓷烧结过程中气体排出受阻及后续加工过程中形成的缺陷,无法完全消除,正常烧结后的瓷材料气孔可达5%,气孔对材料的力学性能有很大影响,一些较小的、分布均匀的气孔可以适当缓冲外力,提高强度,但是更多的情况下,气孔的存在会成为应力集中区,在外力的作用下甚至与周围裂纹相连,加速材料破坏,降低材料的力学性能。

    对比饰瓷的粉浆涂塑、热压铸瓷等加工工艺,核瓷的切削加工会很大程度上减少气孔、微裂纹的产生。这些核瓷与饰瓷固有的力学性能差异,使得饰瓷不足以承担较大压力,因此,在修复体中,核瓷材料的强度决定了双层瓷结构的强度,其厚度在双层瓷结构中的占比直接影响了修复体整体的强度。核瓷材料不同,这种影响也不尽相同。al-Shehri等采用Dicor玻璃陶瓷作为核瓷,其厚度减小直到1 mm,而双层瓷样本整体抗弯强度并没有下降;刘亦洪等选择IPSEMPRESSⅡ全瓷系统,同样采取玻璃陶瓷作为核瓷,结果发现:核饰瓷厚度比为1:1组和2:1组的抗弯强度差别并无统计学意义。而以氧化铝或氧化锆作为核瓷,其厚度变化引起了较大的抗弯强度变化,Su等以氧化锆为核瓷,核瓷/饰面瓷厚度比从1:2、1:1、2:1增大,样本抗弯强度也随之增大。

    Fleming等在氧化铝全瓷冠的双轴弯曲实验中,分别把核瓷置于拉应力面和压应力面,结果均发现:随核饰瓷厚度比的增加,其样本抗弯强度增加。全瓷冠受力时,核瓷是承担压力的主体,而由于氧化铝及氧化锆陶瓷本身的强度远远超过了玻璃陶瓷,因此,氧化铝及氧化锆陶瓷作为核瓷时,其厚度变化后,样本整体抗弯强度变化较为明显;而玻璃陶瓷作为核瓷时,厚度改变所引起的材料整体变化不明显。

    2. 厚度范围

    全瓷修复体的修复空间是有限的,在能保证修复效果的同时,又要最小化牙体预备,因此,核饰瓷的厚度只能在很小的范围内变化。核瓷的厚度决定了修复体强度,但核瓷厚度增加超过一定限度后,修复体的抗弯强度并无明显增加。当双层瓷样本总厚度不变时,Nawafleh等提到:核瓷厚度从0.8 mm增加到1.0 mm,双层瓷样本的抗弯强度并无明显增加;而施海兰等设计不同锆瓷厚度的双层瓷修复体,锆瓷厚度包括0.5、0.8、1.0、1.2、1.5 mm,当厚度从0.5 mm增加至0.8 mm,双层瓷修复体的抗弯强度增加差异有统计学意义,而从0.8 mm增至1.0、1.2、1.5 mm,抗弯强度的变化差异并无统计学意义。

    笔者推测:对于氧化锆全瓷冠,核瓷厚度值在一定限度内引起材料整体抗弯强度变化较为明显,而当厚度超过一定限度,核瓷的厚度增加对材料抗弯强度影响并不明显。但是当样本总厚度改变时,邓增艳等的结果与之出现差异,他们设计了厚度值更小的一系列核瓷,从0.3 mm增加至0.4 mm,样本抗弯强度没有明显变化;Sinmazisik等同样设计0.3、0.4、0.5 mm组的锆瓷变化,采用双轴弯曲检测,结果发现:各组间抗弯强度无差别。

    对比实验设计,可以发现:这个差异性结果可能是由于样本核瓷厚度值小,同时增加幅度较小,导致制样过程中误差偏大以及各实验对样本总厚度控制不同所造成的。由于各实验间的差异,具体到核瓷应该限制在多小的厚度值才能够引起材料整体抗弯强度有意义的变化,需要更多的实验来进一步说明。

    有文献提及:当样本总厚度不变时,核瓷厚度增加超过一定临界值后,其抗弯强度不再增加。这也提示:在临床上,不能通过不断地增加核瓷的厚度来提高修复体的强度,这样不仅牺牲了全瓷的美观性能,而且可能引起不必要的牙体预备。另外,除了核瓷外,饰瓷的厚度同样可能影响到双层瓷修复体的强度。饰瓷层所提供的与天然牙体相近的半透性是全瓷冠美学修复的巨大优势之一,但是近年来对全瓷修复体失败的分析显示核瓷折裂很少,更多的是饰瓷崩瓷和脱瓷的发生。饰面瓷的强度问题受到越来越多的关注。

    目前,许多学者提到:增加饰瓷后,双层瓷样本的抗弯强度反而小于单层核瓷样本强度。Benetti等提出:这与饰瓷和核瓷本身的强度及韧性相差过大有关,另外,还与双层瓷样本制备过程中产生的残余应力有关。陶瓷固有的较低的热传导性以及较快的冷却速率都会使得较厚的饰瓷在制样过程中产生较大的残余应力。Swain指出:将厚的饰瓷加在热传导性低的基底瓷上,容易在饰瓷内部出现更大的拉应力。由于饰瓷本身对应力的承受能力远小于核瓷,因此,需要从各方面来减小残余应力的产生,包括核饰瓷热膨胀系数的适配、饰瓷烧结次数的多少以及饰瓷厚度的控制。

    也有学者认为:0.6 mm的饰瓷层厚度就足以应付咀嚼压力了。因此,饰瓷在保证美学效果的要求下,瓷层厚度应尽量减小。

    3. 实验方法

    口腔科陶瓷材料的力学性能研究通常以抗弯曲强度作为材料力学强度指标,具体实验方法包括单轴和双轴弯曲检测。单轴弯曲包括三点弯曲和四点弯曲检测,检测样本通常为长条形双层瓷,而双轴弯曲主要是圆盘状样本,下方被3个分散的小球支撑,负荷从试样的上方通过一个活塞加载。相对于三点弯曲或四点弯曲,试样双轴弯曲检测时最大拉伸应力发生在施加负载的对面中心,而样本边缘处在较低的应力区,因此,其对边缘效应以及样本制备过程中产生的缺陷不敏感,同时,材料在双轴弯曲检测时强度变异更小。

    另外,由于双轴弯曲检测时,样本受到多轴应力,其抗弯强度倾向于一个保守的估计值,这点非常重要,因为它提供了材料的最小抗弯强度。从目前国内外学者对全瓷材料强度的研究来看,选用最多的是三点弯曲和双轴弯曲检测。Albakry等发现:同样的材料使用不同的检测方法,得到的断裂韧性不同,这个差别与材料本身的晶体方向及三点弯曲和双轴弯曲下产生拉伸应力的取向依赖性有关。

    另外,Thompson提到:不同核饰瓷厚度或不同的抗弯检测方式都会影响双层样本的断裂起源和断裂模式。但是并无文献具体指出三点弯曲和双轴弯曲检测是否会影响核瓷厚度变化所致的抗弯强度改变。除了选用的检测方法不一致外,核瓷的放置方式也会影响到抗弯强度的大小。通常情况下,双层瓷样本无论是单轴还是双轴弯曲检测,核瓷放置在下(拉应力面),饰面瓷朝上(压应力面),是临床上全瓷冠的受力状态。但是有些情况下需要将核瓷朝上,饰面瓷朝下,来模拟临床上咬合负载下固定桥的边缘部位及连接体下部的受力情况。

    牙科瓷是脆性材料,应力状态下发生形变很小,对弹性能量的吸取有限,所以,瓷材料更容易抵抗压缩应力,而不能承受过大的拉伸应力,即使是在较低的功能性负载下,拉伸应力和结构缺陷都有可能造成修复体早期失败,而拉伸形破坏也是临床上修复体最主要的破坏模式。由于饰面瓷和核瓷本身的强度差别较大,因此,将核瓷置于拉应力面时,其抗弯强度远大于饰面瓷置于拉应力面。

    换句话说,真正决定双层瓷抗弯强度的是处于拉应力面的材料类型。临床上,在一些拉应力较大的部位,如固定桥的桥体、连接体等,要尽可能减少甚至不加饰面瓷。样本放置的方式是否会改变核饰瓷厚度对材料强度的影响,在Sinmazisik等的实验中得出一个结论:对于氧化锆双层瓷样本,当核瓷处在拉应力面时,核瓷厚度对样本的双轴弯曲强度值无影响;而当核瓷处于压应力面时,其厚度的增加将引起样本双轴弯曲强度的增加。但Fleming等的实验与之出现分歧:核瓷氧化锆相同的厚度变化,改变样本放置方式(核瓷分别置于拉应力面和压应力面),其材料抗弯强度变化并没有受到影响。样本放置的方式会引起裂纹源及其传播途径的改变,当核瓷置于拉应力面,裂纹起源于核瓷底面,很快传播并通过样本全层;而核瓷置于压应力面时,会出现起源于核饰瓷交界面的初始断裂和完全断裂。

    4. 小结

    关于核饰瓷厚度改变导致双层瓷样本抗弯强度的变化,国内外学者的实验中所存在的差异性因素有很多,本文主要考虑了实验材料的选择,厚度范围的设定和实验检测方法及样本放置方式。其中,在实验材料选择方面,笔者猜测:核瓷本身强度越高,其厚度变化引起的材料抗弯强度变化越大。相对于玻璃陶瓷,氧化铝及氧化锆作为核瓷时,材料的抗弯强度变化要更加明显;在厚度范围的设定中,核瓷厚度值可能是引起强度变化是否显著的一个因素,核瓷在厚度值较小的情况下变化时,样本抗弯强度变化更大。样本总厚度不变时,核瓷厚度增加超过一定限度时,双层瓷样本的整体抗弯强度不再随之增加。另外,饰瓷层的厚度增加会引起双层瓷样本抗弯强度的下降。至于实验操作方面,单轴和双轴弯曲的检测方法及样本放置方式的不同会引起样本断裂源及断裂模式的改变,但是否会影响抗弯强度大小的改变,目前并不明确,需要更多的相关实验来进一步探索。

编辑: 陆美凤

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