提高氧化锆饰瓷结合性能的研究进展

提高氧化锆饰瓷结合性能的研究进展

氧化锆陶瓷因具有优秀的力学性能、生物相容性以及不影响核磁共振检查等特点，逐渐成为临床医师和患者青睐的口腔修复材料。然而，与玻璃陶瓷相比，氧化锆材料的半透性、美学性能不佳，用于美学区修复时，仍需依赖在其表面饰瓷以实现美学特点的再现。但由于氧化锆表面不含氧化硅并且化学性质非常稳定，难以与饰瓷材料之间形成有效的化学结合。并经临床研究发现，相较于金属烤瓷修复体，氧化锆全瓷修复体更易发生饰瓷的剥脱和崩裂，并导致修复失败。因此，如何提高氧化锆与饰瓷的结合已成为全瓷修复研究中的热点和难点之一。
    氧化锆－饰瓷结合性能与氧化锆基底冠的设计、表面处理方式及饰瓷的工艺和厚度有关，本文就影响氧化锆－饰瓷结合的相关因素及其研究进展作一综述。
    1.氧化锆基底冠的设计
    氧化锆基底冠主要分为厚度均匀的标准形态基底冠和带氧化锆颈环的基底冠两种。颈环基底冠是指在基底冠颈部形成一定高度的环形围绕。在后牙区，带有颈环的基底冠设计证据较为充分。包亦望等对氧化锆全瓷冠的有限元分析结果表明，咬合应力除集中于咬合接触区外，还集中于全瓷冠颈部。而颈环所形成的一定宽度的平台则可以将集中于颈部的应力传递给氧化锆基底，从而能避免表面饰瓷因承担过多应力而导致修复失败。
    刘亦洪等将叠层氧化锆常规全瓷冠和带有2mm颈环的氧化锆全瓷冠分别粘结于树脂基牙（双尖牙形态）上，并通过破碎试验比较二者的抗力值；结果显示，带有2mm颈环设计的氧化锆全瓷冠在破碎时所承载的力值大于常规设计的全瓷冠。Cho等曾对磨牙叠层氧化锆全瓷冠进行了研究，与刘亦洪等的结果较为一致；其研究同时还发现，颈环设计应不低于2mm，否则无法改善颈部的应力分布，也无法提高氧化锆全瓷冠的抗力。而在前牙区，由于前牙受力方式与后牙不同，其颈部应力分布也不同，因此氧化锆基底冠颈环的设计是否能够提高叠层氧化锆全瓷修复体抗力还存在疑问。
    Kim等及陈济芬等对上颌前牙氧化锆全瓷冠饰瓷抗力的研究认为，颈环设计不能提高前牙氧化锆全瓷冠的抗破碎能力。但在Kim等的研究中氧化锆颈环的高度设计仅为0.7mm，而在陈济芬等的研究中则未对颈环的高度作出说明，所以其参考意义不大。同时在前牙区，一定高度的颈环设计必会对前牙修复的美学效果造成影响，所以目前对于前牙区是否进行颈环设计还需要更多研究。
    2.氧化锆基底冠的表面处理
    氧化锆基底冠的表面处理方法主要有机械方法和化学方法。机械处理是通过物理的方法对氧化锆表面进行粗化，以增加其表面积和机械嵌合力，主要包括喷砂、酸蚀、激光蚀刻等；化学处理是通过一些化学方法来改变氧化锆表面的性质，以增强其化学结合能力，主要包括制备硅涂层和衬里层等。
    2.1氧化锆表面喷砂处理
    喷砂处理是传统金属烤瓷冠常用的表面处理方法，通过磨料的撞击磨削以改变材料表层的粗糙度、表面积、应力状态，同时去除材料表面的杂质，从而提高金瓷界面的结合面积。对于氧化锆全瓷冠，因氧化锆基底冠与饰瓷之间的粘结主要依赖微机械锁合作用，所以喷砂处理可去除其表面的污染层，增大氧化锆的粗糙度及表面积，并进而增加其表面性能和湿润性，使之在全瓷修复中有利于增强其与树脂粘结剂间的粘结强度。曾强等的研究结果显示，氧化锆基底经110目Al2O3喷砂后，其结合强度与对照组相比具有统计学差异；而经80目Al2O3喷砂后，其强度与对照组相比则无统计学差异，表明Al2O3喷砂对提高结合强度的作用并不强，只有粗糙程度足够大时方有意义。这与Fischer等的研究结果相一致。
    殷家悦等对四方晶体氧化锆（Y－TZP）试件进行喷砂处理后发现，喷砂处理虽能增加氧化锆基底表面的粗糙程度，但过量的机械性处理会导致微裂隙的出现，从而降低氧化锆本身的强度和韧性，并进而影响修复体的使用寿命。除此之外，喷砂还会对氧化锆的热膨胀系数造成影响。Liu等研究发现，Al2O3的撞击可使氧化锆表面晶体部分发生由热膨胀系数高（10.8×10－6/K）的四方相（t相）向热膨胀系数低（7.5×10－6/K）的单斜相（m相）转变；并认为，喷砂后氧化锆基底和饰瓷热膨胀系数的匹配性也是进行喷砂处理时需要考虑的因素。
    由此可见，喷砂处理尚不能作为氧化锆表面上瓷前必需的预处理方法，对于不同厂家的氧化锆陶瓷进行喷砂处理时，其参数（如氧化铝径粒、喷射压力以及喷砂距离和时间等）的选择也无明确的定论。
    2.2表面多孔涂层
    表面涂层是在材料表面通过粉浆涂塑并烧结而形成多孔结构，以增加其结合强度的一种方法，该方法最初主要应用于提高全瓷修复体和树脂粘结剂之间的结合强度。Phark等报道，在氧化锆表面形成多孔层后，可使其与树脂粘结剂的结合强度显著提高。目前，将多孔涂层的方法应用于氧化锆基底和饰瓷之间结合界面的研究还较少。隋华超等采用粉浆涂塑烧结的方法在氧化锆基底表面制备多孔涂层，以研究其对氧化锆与饰面瓷结合强度的影响，结果显示:表面涂层组的结合强度与抛光组和喷砂组之间均存在显著性差异；断裂模式分析还发现，对照组和喷砂组均为界面破坏，而表面涂层组的断裂模式则以内聚破坏为主。以上研究结果说明，该方法虽具有可行性，但其长期效果还有待更多研究，涂层厚度以及孔隙率的控制对氧化锆饰瓷结合的影响还需进一步分析。
    2.3酸蚀处理
    2.3.1氢氟酸酸蚀
    氢氟酸酸蚀是通过溶解陶瓷材料中的玻璃基质使之形成粗糙的表面形态来增加机械嵌合力。而由于氧化锆陶瓷中不含玻璃基质，因此认为氢氟酸对氧化锆无效。但有研究发现，氢氟酸能使瓷体的表面颗粒变小，颗粒间隙增大。何峰等报道，400g/L氢氟酸酸蚀氧化锆试样30min后可获得较高的表面粗糙度，并使其表面呈现海绵状粗化结构形态。但殷家悦等的研究结果则显示，采用氢氟酸处理烧结后的氧化锆表面，并不能使其表面形貌发生变化，锆瓷的结合强度也未增加；说明氢氟酸对烧结后的氧化锆无效，不能与氧化锆发生反应。目前，关于氧化锆酸蚀处理的研究多集中于与树脂粘结剂的结合强度方面，酸蚀处理是否会提高其与饰瓷之间的结合强度尚存在争议，酸蚀处理的时间和温度也还有待进一步研究。
    2.3.2热酸溶液酸蚀
    该技术是利用强酸加热后能选择性的溶解氧化锆表面部分高能原子，以使其形成含有大量孔隙的三维表面结构。目前，该方法多用于增加氧化锆和树脂粘结剂之间的结合强度。Casucci等分别以浓盐酸和Fe2Cl3作为酸蚀剂，并在100℃下酸蚀氧化锆试样30min，结果显示，酸蚀组的粘结强度较对照组显著提高。此种方法是否能够提高氧化锆与饰瓷之间的结合能力虽尚无足够的临床依据，但却为临床上增加机械固位提供了一种新思路。
    2.4激光蚀刻
    激光蚀刻是利用激光能量的瞬间高温或压强作用使氧化锆陶瓷表面产生熔化和重淬火，从而形成散布的小凹坑，以增加氧化锆基底的表面积和粗糙程度。临床上常用的激光有Er:YAG激光、Nd:YAG激光和二氧化碳（CO2）激光。Cavalcanti等［20］报道，用不同能量参数的激光照射Y－TZP表面后，SEM观察结果显示，激光处理的瓷面粗糙不平。有研究显示，用激光处理氧化锆表面后，其表面的粗糙度增加，经剪切试验测定，氧化锆与瓷的结合强度达到32.1MPa，较未处理组（24.8MPa）明显增加（P＜0.05）。但氧化锆经激光处理后的机械性能，尤其是抗老化及耐疲劳等性能是否受到影响，还有待于进一步检测。所以，激光蚀刻是否是一种较佳的增加锆瓷结合强度的表面处理方法尚有待于后续研究证实。
    2.5烧结衬里
    饰瓷与氧化锆之间的界面结合属于物理结合，由于氧化锆表面的润湿性差，易导致其与饰瓷之间界面结合薄弱。有研究认为，在氧化锆表面制备衬里层，可改善氧化锆的表面润湿性，而减少残余应力。景璐君等通过在氧化锆表面预先烧结Vita VM9 Effect Bonder而制备衬里层，测试结果显示，其结合强度相对于对照组显著提高；对破坏界面观察可见氧化锆表面湿润性良好，并有大部分薄层饰瓷残留，表明二者结合性能有所提高。马婷婷等运用ZirLiner制备衬里层进行研究也发现，衬里层可以提高饰瓷与氧化锆之间的结合强度。另有研究表明，使用粉浆堆涂工艺时，衬里层也可有效增强氧化锆－饰瓷的结合强度。由此可见，烧结衬里可作为目前临床上氧化锆与饰瓷结合层的选择之一，但其结合机制尚未明确。并有部分学者认为，结合强度的改变与预烧结衬里层后氧化锆和饰瓷间的化学渗透有关，也可能是由于晶粒间的机械嵌合作用。
    2.6表面硅涂层
    由于氧化锆陶瓷表面缺少玻璃相，从而使氧化锆基底与饰瓷间难于形成化学结合。表面硅涂层技术是通过将硅涂层附着于氧化锆表面以增加其与饰瓷间的化学结合，从而提高两者之间的结合强度。并有研究表明，硅涂层的存在可以显著提高氧化锆与饰瓷之间的结合强度。目前，用于形成表面硅涂层的方法主要有化学摩擦法、溶胶－凝胶法、等离子喷涂法等。
    化学摩擦法是利用Si02包裹的Al2O3颗粒对氧化锆表面进行喷砂处理，该方法在增加氧化锆表面粗糙度的同时，还会使Si涂层附着于氧化锆表面，并进而借助硅烷偶联剂的硅烷化作用使之形成化学结合；溶胶－凝胶技术是指金属有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，然后再经热处理而使之形成氧化物或其他化合物固体，此过程中陶瓷和氧化硅凝胶膜可通过氧桥而形成化学键，涂层间的硅羟基发生缩合形成硅氧键；等离子喷涂是通过高频发射器在氧化锆表面沉积六甲基二硅氧烷。由于硅涂层可以增加氧化锆的亲水性，唾液更容易浸润而导致其发生老化。因此，王晓菲等对硅涂层进行了疏水改性，从而使其结合耐久性得到增强。
    表面硅涂层技术虽在提高锆瓷结合性能方面表现出良好的应用前景，但因工艺相对复杂而限制了其在临床上的广泛使用。
    3.饰瓷厚度
    目前研究认为，饰面瓷断裂及崩脱主要受饰瓷厚度的影响。饰瓷过薄或过厚都会造成饰瓷内微观结构变化和全瓷冠内部应力增加，从而导致修复失败。当饰瓷过薄时，瓷层因无足够的收缩补偿来抵抗烧结过程中产生的缩聚形变，从而导致瓷层内部气孔和微裂纹的数目增加，并进而使饰瓷强度下降；当饰瓷过厚时，则会因热力学性能发生改变，而使其烧结的升温和降温过程变长，从而使饰瓷中的白榴石含量增加，并进而导致周围微裂隙的增多和热膨胀系数的改变。王晓雪等研究发现，当饰瓷厚度低于1.0mm或高于2.0mm时，均会导致全瓷冠整体抗压缩破坏性能发生显著下降。因此，临床上应将饰瓷厚度控制在1.0～2.0mm以保证饰瓷强度。
    4.饰瓷工艺
    饰瓷工艺主要分为粉浆堆涂工艺、热压铸成型工艺、切削成型工艺等。粉浆堆涂技术是目前临床广泛应用的工艺，即采用蒸馏水将一定量的瓷粉调拌成粉浆并涂于氧化锆基底表面，然后再经高温烧结形成全瓷冠；热压铸工艺是将熔融的饰瓷块加压注塑到氧化锆表面形成全瓷修复体，饰瓷与基底冠之间接触较粉浆堆涂更为充分；切削成型工艺是使用CAD/CAM技术在计算机上进行设计，并在计算机控制下利用微型机床加工成型。此外，还有瓷沉积成型工艺，该方法是通过电磁感应技术将瓷粉沉积到氧化锆基底表面，此工艺尚处于实验室研究阶段。烧结成型工艺、铸造成型工艺和切削成型工艺在临床中应用较为广泛，饰瓷工艺的研究也主要集中于此3种工艺上。大量研究表明，热压注塑较粉浆涂塑工艺制备的饰瓷与氧化锆基底的结合力更强。
    Sim等分别对烧结成型、热压注塑成型和计算机切削成型的试样进行了分析，结果显示，计算机切削成型试样的结合强度均高于其他工艺组（P＜0.05）。Schmitter等对常规烧结成型试样和CAD/CAM试样进行了比较研究，结果显示，CAD/CAM组试样的锆－瓷结合强度显著高于常规烧结成型组。因此，CAD/CAM成型可以作为一种可靠的饰瓷工艺应用于临床。
    综上所述，尽管目前学者们围绕如何提高氧化锆饰瓷结合性能，从各个切入点进行了系列研究，并展现出了一定的应用前景，但尚未形成统一结论。氧化锆基底与饰瓷材料的结合强度仍然是氧化锆临床应用中亟待解决的瓶颈问题。如何进一步改善氧化锆－饰瓷的结合性能，建立氧化锆饰瓷工艺的标准化技术规范，从而进一步改善氧化锆全瓷修复体的临床使用寿命，仍是今后研究的重要方向之一。