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，制成厚度和直徑一致的蠟型.厚度為2.0mm，直徑為18mm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400，450，500，離子交換時間為3h，每組試件10個.然后在確定最佳離子交換溫度的基礎上以不同時間分組即交換時間為3，5，7，9，11h，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ASTM標準F39478.1991（美國材料實驗協會）測試試件的雙軸彎曲強度.經onewayANOVA及KruskalWallis秩和檢驗統計分析各實驗組.結果:同一處理時間不同處理溫度下的雙軸彎曲強度經統計分析可知有統計學差異(P<；0.01).同一處理溫度不同處理時間下的雙軸彎曲強度經統計分析可知有統計學差異(P<；0.01).與對照組比較均存在統計學差異(P<；0.01).結論:cerinate熱壓鑄陶瓷的離子交換處理較佳的溫度為450，時間為11h.【關鍵詞】牙瓷料；陶瓷；離子交換；雙軸彎曲強度【Abstract】AIM:Tostudytheeffectofdifferenttime/temperatureofionexchangeonthebiaxialflexuralstrengthofheatpressedceramic.METHODS:EightydisksofCerinateceramicspecimens(shade2),18mmindiameterand2.0mmthick,wereprepared.Thespecimensweremanufacturedaccordingtothecompanysrecommendations.Tendiskswereusedascontrols.Theremainingdisksweredividedinto7groupsof10diskseachandionexchangedspecimensweremadebythetreatmentofpotassiumsaltat400,450,500for3handattheoptimaltemperaturefor5,7,9,11h.ThebiaxialflexuralstrengthwasevaluatedbyathreepointbendinginauniversalmachineaccordingtoASTMStandard(F39478.1991).RESULTS:Thebiaxialflexuralstrengthhadsignificantdifferenceamongdifferenttreatmenttemperatureandtimegroups(P<；0.01).Comparedwithcontrolgroup,thebiaxialflexuralstrengthofeachexperimentalgroupwasalsostatisticallysignificantlydifferent(P<；0.01).CONCLUSION:TheionexchangeprocessoftheCerinatehotpressedceramicshouldbeperformedat450for11h.【Keywords】dentalporcelain；porcelain；ionexchange；biaxialflexuralstrength0引言隨著人們對牙科修復體的美觀要求的增加,越來越多的臨床醫生關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.作為牙科修復材料在燒結過程中在瓷表面形成張應力和微裂紋，從而降低了陶瓷的強度，影響其在口腔復雜的化學環境下的使用壽命.因此應運而生了陶瓷表面增強技術，以減少和防止陶瓷表面微裂紋的產生和擴散.陶瓷表面增強技術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，使熱壓鑄陶瓷表面強度獲得最佳,為臨床應用提供依據和參考.1材料和方法1.1材料Cerinate全瓷修復體系(DenMatCorp,California,USA)；Autopress熱壓鑄瓷爐(Jeneric/Pentron,wallingford,USA)；萬能測試儀Autograph(No.130103600805Japan)；測厚儀(Germany)；離子交換劑KNO3（天津耀華化學試劑有限公司，批號：20000801）；Cerinate烤瓷爐(DenMatCorp.,California,USA)；RadianceBurnoutFurnace烤箱(USA).1.2方法1.2.1試件制備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.去除溢出的軟蠟，待蠟型冷卻后取出，制成厚度和直徑一致的蠟型.將厚度為2.0mm，直徑為18mm蠟型圓片立專用底座，外用紙圍圈包埋采用全瓷專用包埋料粉100g混合20mL包埋液+5mL蒸餾水，真空攪拌60s，包埋，靜置1h后去除底座及外圈紙.試件的加工工藝過程按照廠家提供的參數進行加工.待鑄圈冷卻后，噴砂去除包埋料，砂粒為50m，壓力為1500.124mmHg（1mmHg=0.133kPa），金鋼砂片切除鑄道，金鋼砂車車打磨，采用千分尺測量其厚度和直經，使其最終厚度為（2.00.1）mm，直徑為（18.00.1）mm.發現任何拆裂，或裂縫則重新制做，實驗組共80個試件.試件依次采用普通粗沙紙、320目、400目、600目打磨.再經超聲清洗，試件放入烤瓷爐內上釉，上釉程序按制造商推薦的程序.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400，450，500，離子交換時間為3h，每組試件10個.然后在確定最佳離子交換溫度的基礎上以不同時間分組即交換時間為3，5，7，9，11h，每組試件10個.將打磨、上釉完成的試件隨即放入三氧化二鋁燒杯中，浸泡于固態的硝酸鉀離子交換劑中，將燒杯放置于烤箱內，自室溫開始分別升溫至400，450，500升溫速度為3/min，保持3，5，7，9，11h.完成后立刻從烤箱中取出燒杯，室溫冷卻，同時去除試件表面的殘余的離子交換劑.以不做離子交換的為對照組(n=10).1.2.2測試根據ASTM標準F39478.1991（美國材料實驗協會），采用三點彎曲實驗.將試件放置于測試裝置上，裝置上部為三半球支柱，半球直徑為3.18mm，半球間夾角為120.在試件與半球間放置厚度為0.05mm的塑料薄片，將測試裝置于萬能測試儀底座上壓力由直徑為1.58mm的圓形鋼頭加載，傳感器為2000N，壓力通過壓頭以0.25mm/min的速度加載直至碎裂，計算機記錄碎裂載荷.雙軸彎曲強度計算公式為:S=-0.2387P(X-Y)/d2.X=(1+v)1n(B/C)2+(1-v)/2(B/C)2,Y=(1+v)1+1n(A/C)2+(1-v)(A/C)2.其中P為碎裂載荷(N)，A為支柱半徑(mm)，B為加載半徑(mm)，C為試件的半徑(mm)，d為試件厚度(mm)，v為設定的泊松比（0.25）.統計學處理: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結果方差齊性檢驗發現，第一部分實驗數據方差不齊，故采用KruskalWallis秩和檢驗.統計學分析可知，同一處理時間不同處理溫度下的各組雙軸彎曲強度之間均有統計學差異(P<；0.01，表1).各組與對照組比較均存在統計學差異(P<；0.01)；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計學差異(P<；0.01,表2).LSD檢驗證實各組與對照組比較均存在統計學差異(P<；0.01).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發現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.離子擴散和應力釋放都取決于溫度，因此多數學者認為其影響大于時間因素.K+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，Q為活化能，R為氣體定律常數，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力）.這種壓應力并不能阻止裂紋的產生，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力層.隨溫度升高的同時，應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）.隨溫度升高，玻璃基質粘度迅速下降.粘度下降使玻璃相分子流動加快，最終形成玻璃質的流動體導致應力釋放.本試驗我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，硝酸鉀溶液將發生離子溶解，從而降低了離子交換的效果.離子交換時間以3h為起點是因為離子交換時間小于3h，試件的硬度隨時間增加而增加，大于3h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(P<；0.01).通過以往的研究顯示6，適當的離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(P<；0.01).當離子交換時間達到11h，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熱壓鑄瓷據報道三點彎曲強度可達到118.2MPa8,本試驗的雙軸彎曲強度為81.5MPa,可能是實驗方法不同造成的.Cerinate熱壓鑄瓷經離子交換的雙軸彎曲強度提高了167%，這較以往研究的經離子交換的雙軸彎曲強度提高值（134%170%）4,9-10較高或接近.由于試驗中對試件采取打磨、上釉等處理，然后再進行離子交換，這區別于以往研究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11h.【參考文獻】1DunnB,LevyMN,ReisbeckMH.ImprovingthefractureresistanceofdentalceramicsJ.JDentRes,1977,56:1209-1213.2CannonWR,LangdonTG.Reviewcreepofceramics.Part2.AnexaminationofflowmechanismsJ.JMatSci,1988,23:1-20.3AsaokaK,KonM,KuwayamaN.ViscosityofdentalporcelainsinglasstransitionrangeJ.DentMater,1990,9:193-202.4WhiteSN,SeghiRR.Theeffectofionstrengtheningtime/temperaturekineticsontheflexuralstrengthoffeldspathicporcelainsJ.DentMater,1992,8:320-323.5FischerH,MaierHR,MarxR.ImprovedreliabilityofleucitereinforcedglassbyionexchangeJ.DentMater,2000,16:120-128.6SaneAY,CooperAR.Stre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