口腔陶瓷修復材料加工分析論文

　　摘要口腔陶瓷修復材料以其優(yōu)良的生物相容性、獨特的美學性及穩(wěn)定的化學性等優(yōu)點在口腔修復中占主導地位。由于口腔陶瓷修復材料的脆硬特性及義齒的復雜表面特征，使其在ＣＡＤ／ＣＡＭ（計算機輔助設計與制造）成型加工和后續(xù)的修磨中，存在磨削工藝復雜、加工破損率高和表面易損傷等難題。充分了解口腔修復材料專用磨削加工工具及其性能，優(yōu)化設計加工參數，對降低修復材料損傷具有重要意義。本文介紹了不同口腔陶瓷修復材料加工方式和加工工具，闡述了口腔陶瓷修復材料的磨削去除機理、磨削力及磨削表面質量等研究現狀，并提出了后期研究發(fā)展主要方向。

　　關鍵詞優(yōu)化設計；口腔陶瓷；去除機理；磨削

　　口腔陶瓷修復體（義齒）色澤接近真牙、耐磨性高并且生物相容性好，不易附著細菌，長期以來一直在口腔領域應用�？谇唬茫粒模�ＣＡＭ技術的發(fā)展，極大地提高了口腔陶瓷修復體加工效率和質量，與之配套的牙科可切削全瓷材料也成為研究熱點。2005-2014年，ＣＡＤ／ＣＡＭ全瓷修復體數量正逐年快速增長，并且新型產品不斷出現。根據口腔修復的特點，口腔陶瓷修復體（義齒）的修復過程主要包括４個方面：口腔修復陶瓷材料的制備、成型加工制作、口腔調磨修復和臨床使用性能評價�？谇惶沾尚迯筒牧媳旧砭哂懈哂哺叽嗟晚g度的特性，同時，修復體的表面形貌復雜、尺寸微小，致使其在成型加工和修磨過程中易出現碎裂、崩邊、微觀裂紋等缺陷，陶瓷修復體就位、承受反復咀嚼的咬合力時易折斷，給使用效果帶來很大的負面影響。為了延長其臨床壽命，許多研究致力于材料的增強增韌技術，目前使用材料的強度和韌性均獲得很大提高，但同時也增大了修復體就位前的外形修磨的難度，易出現修復體表面及亞表面存在不同程度的微裂紋和微破壞，從而影響其臨床壽命。修復體臨床壽命也不僅僅取決于材料的性能，加工工藝和后續(xù)口腔修復體調磨也是不容忽視的影響因素。不論是成型加工還是外形修磨，本質都是材料去除的過程。因此，充分了解全瓷材料的磨削去除機理，選擇合理的加工方式及加工工藝，以減輕加工過程中刀具的磨削力和磨削溫度對修復材料造成的損傷，是提高修復體表面質量、延長其臨床壽命的重要途徑。本文介紹了不同口腔陶瓷修復材料及其加工方式和加工工具，闡述了口腔陶瓷修復材料的磨削去除機理、磨削力及磨削表面質量等研究現狀，并提出了后期研究發(fā)展的主要方向。

　　１口腔陶瓷修復材料

　　目前，可切削的口腔修復陶瓷材料主要有長石瓷、玻璃瓷、氧化鋁瓷、氧化鋯瓷、玻璃滲透陶瓷等５類，圖２為５種義齒陶瓷材料力學性能的區(qū)別。

　　１.１長石瓷

　　長石瓷是種硼硅長石質玻璃，玻璃基中分布著不規(guī)則的晶粒結構，應用于前牙貼面、全冠及后牙嵌體等，具有良好的美學效果和接近天然牙齒的磨耗度，經研磨拋光后便可于口腔中應用。

　　１．２玻璃瓷

　　玻璃瓷是一種由微晶體和玻璃相組成的硅酸鹽材料，透光性好，有“變色龍”之稱，切削性能良好，用于貼面、嵌體及前后牙單冠的制作。

　　１．３氧化鋁瓷

　　氧化鋁瓷為玻璃基質中分散有一定的氧化鋁結晶，是高強度陶瓷，適用于嵌體、單冠、前牙橋、后牙冠的制作。

　　１．４氧化鋯瓷

　　氧化鋯瓷由于特有的應力誘導相變增韌效應，其強度和韌性均優(yōu)于傳統的長石瓷和氧化鋁瓷，有“陶瓷鋼”之稱，成為國內外口腔材料最關注的熱點，可用于冠及固定橋。

　　１．５玻璃滲透

　　陶瓷玻璃滲透陶瓷是由至少２種互相交織的材料組成，擁有良好的強度及韌性，適用于后牙的修復。

　　２口腔修復體ＣＡＤ／ＣＡＭ系統與加工工具

　�。玻�１口腔ＣＡＤ／ＣＡＭ系統

　　口腔修復體ＣＡＤ／ＣＡＭ加工已逐步實現數字化、智能化，如圖３所示，首先是獲取患牙信息數據，然后數字化個性設計義齒和ＣＡＭ加工義齒。不同的口腔修復體材料，其加工工藝會有所不同：一般金屬類材料直接采用義齒雕刻機床進行銑削加工，獲得成品；烤瓷類材料經磨削或銑削后要進行燒結，最后修整獲得義齒；一些全瓷材料經磨削，然后經調磨、上釉獲得成品，大大提高了牙體修復的效率及精確度。目前，國內外已有十幾種商品化系統，較常見的Ｄｕｒｅｔ、Ｌａｖａ、Ｐｒｏｃｅｒａ、Ｅｖｅｒｅｓｔ、ＺＥＮＯ、ＤＣＳ及Ｃｅｒｃｏｎ等牙科ＣＡＤ／ＣＡＭ系統主要集中在技工室，目前成熟的椅旁ＣＡＤ／ＣＡＭ系統僅有ＣＥＲＥＣ系統和Ｅ４Ｄ等２種系統，可制作嵌體、高嵌體、貼面、全冠、烤瓷冠的基底冠、烤瓷橋的橋體支架等。如表１所示，不同的系統其掃描成像系統、加工材料、加工類型及數控加工中心都是不同的。

　�。玻�２口腔陶瓷修復體加工工具

　　根據加工材料及工藝的不同，口腔陶瓷修復體成型加工工具有金剛石義齒磨針（磨頭）和義齒銑刀２種。對于不同的ＣＡＤ／ＣＡＭ加工系統，２種義齒刀具的結構設計及應用范圍也不同。目前，大部分口腔陶瓷修復體研磨機加工義齒時，分為粗磨（銑）削、半精磨（銑）削、精磨（銑）削３個工序。金剛石義齒磨針有平底磨頭、球磨頭、錐度磨頭（圖４），義齒銑刀主要有圓鼻銑刀、球頭銑刀和立銑刀（圖５）。義齒修磨刀具主要是金剛石車針，對就位前的修復體進行表面修整和牙體窩洞的制備，根據結構不同，有圓頭錐形車針、平頭錐形車針、魚雷形車針、火焰形車針和杵形車針等。

　�。玻�２．１金剛石磨針金剛石磨針有應用于義齒成型加工的金剛石義齒磨針和應用于牙科手機上進行義齒修磨及牙體預備的金剛石車針２種不同類型，二者在結構及性能要求等方面的差別如表２所示。根據國際標準，金剛石磨針分為５種類型：超粗粒度金剛石磨針（151～213μｍ，黑色）、粗粒度金剛石磨針（125～150μｍ，綠色）、標準金剛石磨針（106～125μｍ，藍色）、細粒度金剛石磨針（53～63μｍ，紅色）、特細金剛石磨針（20～30μｍ，黃色）。義齒成型加工一般多采用粗粒度金剛石磨針和標準金剛石磨針，唯獨ＣＥＲＥＣ系統采用細粒度磨針，無需換刀便可實現精準快速陶瓷修復體成型加工，是目前性能最為穩(wěn)定的系統。

　�。ǎ保┙饎偸�義齒磨針應用于ＣＥＲＥＣ、Ｄｕｒｅｔ、Ｄｕｘ、ＤＣＳ、Ｒｏｌａｎｄ及Ｃｅｒｃｏｎ等口腔ＣＡＤ／ＣＡＭ系統數控研磨機，主要針對玻璃陶瓷、長石類陶瓷和燒結的氧化鋯陶瓷等修復材料進行成型磨削加工。一般錐形義齒磨針用于義齒修復體的嚙合面部分磨削，其余義齒修復體部分根據其形狀的不同，可采用球頭義齒磨針和平底義齒磨針磨削。金剛石義齒磨針制備方法有燒結金剛石、電鍍金剛石及釬焊金剛石３種，其中前兩者已廣泛應用于牙科。燒結金剛石工具常為多層磨料，成本低，商業(yè)化程度高，但由于燒結溫度高且時間長，會影響金剛石強度。電鍍金剛石工具為單層磨料，制作簡便，但金剛石出刃高度低，鋒利度不足，易出現金剛石顆粒脫落。釬焊金剛石工具通過化學反應將金剛石、結合劑、基體牢固結合，較前兩者結合力大大增強，且出刃高、鋒利度好，但是生產成本高，難以實現量化。

　�。ǎ玻┙饎偸�修磨車針動力裝置是牙科低速和高速手機，對陶瓷修復體進行毛刺去除及外形修整。根據車針的大小、形狀、應用類型和粒度不同，選取牙體預備及修磨所需的類型以提高精確度，基體頸部顏色標識只限于金剛石修磨車針。

　�。玻�２．２口腔陶瓷修復體加工銑刀口腔陶瓷義齒銑削工具主要為金剛石涂層銑刀，專門針對氧化鋯修復體進行成型加工。金剛石涂層可有效延長刀具壽命、提高切削效率。銑刀整體為硬質合金，有直槽型和螺旋槽型，根據不同口腔ＣＡＤ／ＣＡＭ系統要求，金剛石涂層銑刀在刀柄直徑、切削刃數及切削角度等設計方面有所不同。切削直徑最小達0.3ｍｍ，可實現牙冠邊緣超精加工，保證表面質量。

　　３磨削加工研究

　�。常�１磨削去除機理

　　材料表面形成機理影響其表面質量，不同機理形式反映出不同程度的材料損傷，而機理的形成受材料、刀具、加工方式及參數影響。若能通過控制變量，優(yōu)化工藝，減少修復材料的內部裂紋及邊緣破損，則可大大提高工作效率。工程陶瓷機理研究已趨于成熟，醫(yī)用陶瓷卻處于初期階段。Ｍａｌｋｉｎ等認為研究陶瓷材料高效率、高質量加工的磨削機理，其方法有壓痕斷裂力學法和磨削加工觀察法２種。壓痕法側重小面積地分析力與材料去除的關系；磨削加工是通過分析磨粒切除材料產生的磨削力、溫度，觀察切屑及表面，而獲取材料去除機理。Ｗａｒｎｅｃｋｅ等指出，陶瓷材料去除機理受加工刀具結構、加工量及加工過程中產生的力和溫度相互作用影響。于天來等開展了Ｙ－ＴＺＰ陶瓷磨削去除機理方面的研究，結果表明：Ｙ－ＴＺＰ在磨削加工過程中主要通過塑性變形、脆性斷裂和粉末化等方式去除。韓振魯等

　　針對納米ＺｒＯ２牙科陶瓷進行磨削去除機理實驗研究，通過觀察發(fā)現：最大未變形切屑厚度為5.23μｍ及以上、1.9～2.1μｍ、1.9μｍ以下的材料去除方式分別為脆性去除、塑性與脆性相結合、塑性去除。Ｙｉｎ對不同的齒科陶瓷進行微細磨削及壓痕實驗，結果表明：斷裂韌性低的材料如長石類陶瓷以脆性變形為主，而斷裂韌性高的如氧化鋯瓷，以塑性變形為主。Ｃｈａｎｇ等用３款不同粒度金剛石磨頭對４種齒科修復材料進行磨削實驗，發(fā)現材料去除方式受磨粒影響：用細粒度和極細粒度的磨頭時，４種材料以塑性方式去除；用標準粒度的磨頭進行加工時，會出現部分區(qū)域脆性去除。韓翼剛對ＶｉｔａＭａｒｋＩＩ進行壓痕和大深度磨削實驗，通過觀察磨削后的材料表面和分析磨削力變化，綜合壓痕橫向斷裂力學實驗揭示磨削機理，發(fā)現用不同粒度時，磨削的材料都包含塑性去除和脆性去除２種方式，但磨頭粒度越小，塑性區(qū)域越大。

　�。常�２磨削力

　　磨削力是評價可磨削性優(yōu)劣的一項重要指標，而磨削力的大小與磨具的形狀、硬度、粒度及磨削用量等密切相關，尋求最佳磨削力區(qū)是提高磨削質量的重要步驟。劉艷等采用２種不同粒度的釬焊金剛石工具磨削氧化鋯陶瓷，粒度小的磨削力小；張二紅通過體外磨削ＶｉｔａＭａｒｋＩＩ實驗分析了不同的加工參數和材料所受的切向力、法向力之間的關系，并利用ＡＮＳＹＳ軟件建立試件磨削力預測模型，結果表明：隨著材料去除率的增加和最大未變形切屑厚度的增加，磨削力、力比均有所增加，比磨削能減小。彭建輝研究了不同修復材料下的磨削力，發(fā)現磨削力會隨著進給速度、切削深度增加而增大，但切削深度影響大于進給速度，在不同加工參數下，白石榴石陶瓷磨削力大于長石瓷磨削力。鮑樂在醫(yī)用氧化鋯磨削仿真與實驗中得出：磨削參數對磨削力的影響程度由大到小依次為磨削寬度、磨削深度、主軸轉速、進給速度。吳海兵等基于離散型仿真模型對牙科氧化鋯陶瓷磨削加工進行了動態(tài)仿真，仿真結果表明：在保證表面質量的情況下，提高磨頭轉速可降低磨削力，保證磨削過程的穩(wěn)定。Ｙｉｎ等采用高進給磨削加工齒科陶瓷，法向力和切向力隨切削深度和最大切屑厚度增大而增大，隨進給速度增大而減��；磨削比能隨切削深度、最大切屑厚度和隨進給速度增大而增大；切削深度大于150μｍ后，法向力急劇增大。宋曉菲等對長石質玻璃瓷與白榴石瓷兩種口腔材料進行了體外調磨實驗，通過分析發(fā)現：切削深度和進給速度變化影響材料的切向力、法向力及磨削能，但對表面粗糙度無影響；在同加工參數下，白榴石瓷較長石質瓷表面質量更好。肖行志等采用超聲輔助磨削加工牙科氧化鋯，并建立切削力的指數預測模型、ＢＰ神經網絡預測模型及理論預測模型，經實驗與模型對比，結果顯示：基于ＢＰ神經網絡預測模型更適合磨削氧化鋯加工；同時，實驗與模型都表明切削力會隨著主軸轉速、進給速度、切削寬度增大而增大，隨著振幅增大而減小，振頻則無影響。雷小寶等設計正交試驗磨削加工未燒結氧化鋯齒科陶瓷，根據結果建立模型預測磨削力。Ｈ－Ｍｅｎｇ等提出超聲輔助加工氧化鋯陶瓷的力學模型并經實驗驗證，結果相吻合：切削力會隨著進給速度、磨粒濃度及磨粒角度的增加而增大，隨主軸轉速、磨粒尺寸及超聲振幅和頻率的降低而減小，隨著切削深度增加，切削力先增大后減小。

　　３．３磨削表面質量

　　陶瓷修復體的表面質量是決定修復體臨床耐磨性及使用壽命的關鍵因素，而研究表面質量則從表面的完整性和表面形貌兩方面入手。光滑的表面能減少口腔細菌黏附，提高美觀效果，使患者感覺舒適，而表面粗糙度增大及裂紋擴散在一定范圍內將會導致陶瓷修復體強度降低，縮短臨床壽命，因此，探索影響表面質量因素是至關重要的。

　　４結論

　　數控磨削加工齒科陶瓷過程中，刀具結構、路徑選擇及工藝參數等不可避免會對材料造成一定的損傷，但可以通過改善刀具的磨削性能來減輕材料的破損，提高產品質量。目前，雖然在口腔陶瓷修復體材料磨削機理及加工工藝規(guī)劃方面取得了一定的研究成果，為陶瓷義齒的高效磨削加工提供了一定的理論與實踐基礎，仍存在一些問題需要進一步解決。

　　（１）口腔陶瓷修復材料磨削過程動態(tài)研究。對微小、復雜形貌尺寸口腔陶瓷修復體成型磨削過程刀軌路徑研究不足，同時，在口腔陶瓷修復體磨削過程中的動態(tài)理論模型、仿真模型的建立與分析也鮮有報道，路徑的規(guī)劃及模型分析是提高義齒加工的精度和效率的重要步驟。

　�。ǎ玻┛谇恍迯托g中陶瓷修復材料與真牙的磨削機理結合研究。磨削機理研究為實現低損、低耗及高效率加工提供理論支撐，口腔陶瓷材料作為牙齒修復的一部分，其磨削機理已有一定探索，而牙體預備（牙齒磨削）機理研究尚少。對口腔陶瓷修復材料及真牙磨削機理進行結合深入研究，不僅能為如何降低牙髓和牙周組織損傷提供有效的臨床指導，還利于延長口腔陶瓷修復體使用壽命。

　�。ǎ常┠ハ鞴ぞ邇�(yōu)化設計�？谇惶沾尚迯腕w材料加工用金剛石磨針存在金剛石易脫落、加工能力差及報廢率高等缺陷，需從金剛石磨針結構及制備工藝方面入手，增強基體抗折損力及金剛石黏附力，從而提高口腔修復效率。

　�。ǎ矗┰u判標準多科綜合。制作出合格的口腔陶瓷修復體涉及材料學、磨削加工學、精密測量學、生物組織學、生物力學和美學等，而目前研究過于重視單純機械加工或者材料制作，缺乏與臨床應用的結合評判。綜合多學科成立標準評判體系，將為口腔修復手術及工具制作提供可靠的參考價值。

【口腔陶瓷修復材料加工分析論文】相關文章：

課題論文材料的整理與分析06-15

建筑鋼筋原材料檢測技術分析論文07-16

建筑工程材料檢測及問題分析論文11-11

金屬材料加工工藝中激光技術應用分析12-01

基于材料結構概念的強度準則問題分析論文11-07

化學分析在化工材料檢測的運用論文04-23

口腔醫(yī)學的論文12-01

建筑節(jié)能及建筑節(jié)能材料應用分析論文12-11

傳統建筑材料在園林建筑的運用分析論文11-15

TPU材料論文11-21