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氧化锆陶瓷的表面处理方法的研究进展
西南国防医药 2018/04/13

  氧化锆陶瓷因同时具备机械力学特性优异、生物相容性良好、性质稳定、美学效果好等其他金属和陶瓷不能同时具备的优点,受到口腔界学者的关注,已经被广泛应用于临床牙冠部的修复、种植体和基台的修复等。然而,其远期修复效果不如金属类修复体,临床主要问题是固位力差。这主要是因为氧化锆是一种惰性材料,表面含硅酸盐很少,玻璃相很少,所以,它与牙齿的粘接效果差。为了解决这个问题,许多学者做了大量研究,主要是从改变氧化锆陶瓷的表面性质、增加表面粗糙度、研制更好的粘接剂等方面入手。笔者主要对改变表面性质和增加其表面粗糙度这两个方面的研究进展做一概括。

  1.改变表面性质

  1.1上釉

  上釉是将釉药(一种低熔陶瓷)涂于氧化锆陶瓷表面的一种方法。上釉之后的氧化锆陶瓷表面是长石类陶瓷材料,可以用氢氟酸或硅烷偶联剂处理。有研究表明,上釉联合氢氟酸和硅烷偶联化处理氧化锆表面,可使氧化锆与粘接剂的粘接效果大大提升。也有文献报道,上釉后,氢氟酸处理组与喷砂组对氧化钇稳定的四方相二氧化锆与树脂粘接剂的粘接强度相当。

  由于这是最近提出的新技术,所以,有关在氧化锆陶瓷表面上釉后,氢氟酸处理表面对粘接效果影响的研究较少。

  1.2硅涂层

  硅涂层,即氧化锆表面用硅覆盖,使氧化锆陶瓷能够与粘接剂反应形成化学键。硅涂层处理可增加氧化锆陶瓷表面的亲水性,可增加它的粘接耐久性。将硅涂层制备到氧化锆表面的方法有化学摩擦法、溶胶-凝胶法、等离子喷涂法,其中,溶胶-凝胶法较另外两类技术具有经济、操作简单和获得的粘接效果更强的优势。

  1.3高压喷涂偶联剂

  高压喷涂偶联剂是在压力的作用下,将锆瓷偶联剂分散为细微雾滴,均匀分散于陶瓷表面。但是,不同锆瓷偶联剂的组成和物理化学性质不同,这会影响二氧化锆的粘接强度。王辰等首次将高压喷涂技术应用于口腔修复学,他研究了在不同气体压力喷涂下,Cleafil Ceramic Primer和Z-PrimePlus两种锆瓷偶联剂对二氧化锆表面形貌和与树脂粘接剂粘接强度的影响,结果显示,高压喷涂获得的二氧化锆表面粗糙度显著高于低压喷涂,Cleafil Ceramic Primer锆瓷偶联剂处理的抗剪切粘接力最高。但是,关于这项技术的研究很少,在粘接耐久性能方面尚无相关报道。

  2.增加表面粗糙度

  2.1氢氟酸或硅烷偶联剂处理

  氢氟酸能够溶解玻璃相,破坏硅氧键,使硅酸盐类陶瓷表面形成微沟和小孔,呈蜂窝状结构,利于与粘接剂形成牢固的机械嵌合。但是二氧化锆属于非硅酸盐类陶瓷,不能用氢氟酸形成此牢固的结合力,单独使用氢氟酸蚀刻不适用于氧化锆陶瓷的表面处理。但是,氧化锆与其他材料的复合物可以用氢氟酸处理,如二氧化锆增强型硅酸锂陶瓷(ZLS),它表面有玻璃相的硅氧键,用氢氟酸处理可使表面变得更加粗糙,利于微机械固位力的形成。这是表面改性和增加表面粗糙度方法的结合使用。硅烷偶联剂与氢氟酸相似,常作为硅酸盐类陶瓷材料的表面处理剂,氧化锆陶瓷是非极性表面,缺乏Si-OH基团,无法与传统的硅烷偶联剂形成化学键,所以粘接力差。

  但是研究表明,硅烷偶联剂联合喷砂处理可以提高氧化锆与树脂之间的粘接强度,这也是表面改性和增加表面粗糙度方法的结合使用。

  2.2喷砂

  喷砂可去掉二氧化锆陶瓷表面的玷污层,使表面变得粗糙,增加粘接面积,增加粘接力。许多研究表明,喷砂可以显著提高陶瓷与树脂之间的粘接强度和粘接耐久性。但是也有学者认为,喷砂产生的表面粗糙度与粘结强度和粘接耐久性无正相关关系。张红等实验也表明,喷砂对粘接强度的改善是有限的,对粘接耐久性无任何作用。但是,也有许多文献表明,喷砂能够引起陶瓷表面损伤,影响粘接效果,并有损二氧化锆陶瓷的物理性能。综合来看,喷砂的利大于弊,是临床较肯定的表面处理方法之一。

  2.3热酸蚀

  热酸蚀技术是近年来才运用于二氧化锆表面处理的新技术,其作用方式在某种程度上类似于氢氟酸对硅酸盐类陶瓷的作用。它通过提高氧化锆与牙釉质之间的粘接强度,获得氧化锆陶瓷与树脂粘接剂间的稳定的粘接耐久性,且对二氧化锆的压缩和挠曲强度无明显影响。吕品等研究表明,经热酸蚀处理后的粘接强度远高于经喷砂处理后,且耐久性较好。但是,这项技术是否会对氧化锆陶瓷的其他物理性质造成影响,有待进一步研究。

  2.4激光蚀刻

  激光蚀刻是当激光光束照射材料表面时,材料吸收所传导的光电能或光热能后,发生受压、熔化、蒸发或燃烧,形成破坑,以此来增加粘接效果。有研究显示,经激光蚀刻处理氧化锆陶瓷表面之后,其粗糙度和抗剪切粘接强度增加。但是,关于其是否影响氧化锆的机械性、抗老化性及耐疲劳性的研究较少。目前研究的激光有Nd:YAG激光、Er:YAG激光、光纤激光和水激光。

  2.5选择性渗透酸蚀

  选择性渗透酸蚀是利用高温时氧化锆颗粒之间的间隙增大,将熔融的玻璃渗透入颗粒之间,然后再用氢氟酸酸蚀,形成牢固的机械固位力。Casucci等研究发现,与经喷砂和氢氟酸处理氧化锆表面比较时,选择性渗透酸蚀处理更能够增加氧化锆陶瓷表面的粗糙度。许多研究显示,经选择性渗透酸蚀处理后的氧化锆陶瓷可与粘接剂获得牢固的粘接力。

  2.6电解蚀刻

  电解蚀刻(EDM)是通过在电解质溶液中的电火花腐蚀材料创造出想要的形状。以前由于二氧化锆是不良导电体,不可以用EDM处理。2010年,在Kucukturk和Cogun改良装置后,EDM技术才应用于二氧化锆表面处理。Rona等在Kucukturk和Cogun的研究基础上,将EDM装置进一步改进,结果表明,经改良的EDM装置处理二氧化锆表面后,粗糙度比喷砂和化学摩擦法硅涂层获得的表面更加粗糙,且可获得与双固化树脂粘接剂PanaviaF2.0间的更加牢固的粘接力,而且,这种技术对二氧化锆的机械特性无影响。

  综上所述,影响氧化锆陶瓷与齿科粘接剂之间粘接性的表面处理方法很多,效果各异。其中,有些表面处理方法刚被提出,相关研究较少,尚需进一步的研究。所有的研究应在保证不会影氧化锆陶瓷深部的物理化学性质的前提下,再来探讨对氧化锆陶瓷表面的粘接性的作用,这样才能更快地被运用于临床。

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