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CAD/CAM复合陶瓷材料表面处理

期刊目录网应用电子技术论文发表2019-11-21 10:50关注(1)

  随着CAD/CAM技术的不断发展,越来越多的CAD/CAM复合陶瓷材料被应用于口腔修复学,其远期修复效果很大程度取决于修复体的粘接强度,其中影响修复体与牙体粘接强度的主要因素就是修复体的表面处理,该文就CAD/CAM材料的表面处理的研究进展作一综述。

CAD/CAM复合陶瓷材料表面处理

  [关键词]CAD/CAM;表面处理;粘接强度

  随着科学技术的不断发展,计算机辅助设计和计算机辅助制造(CAD/CAM)技术越来越广泛地应用于口腔修复学,CAD/CAM陶瓷材料的应用也日趋广泛。在过去的25年里,CAD/CAM技术越来越多地应用于口腔修复临床中,数字化工作流程的广泛应用是即将到来的趋势[1]。目前,新的CAD/CAM材料的开发是牙科行业中最活跃的领域,并且已经有大量这些材料可用。当前,CAD/CAM材料被分类为全瓷(即硅酸盐陶瓷和氧化物陶瓷)、树脂复合物和复合陶瓷[2-3]。CAD/CAM陶瓷修复体由高度均匀和优质的陶瓷制成,在修复体制作过程中具有稳定性;且CAD/CAM陶瓷美学效果好,精确度高。CAD/CAM陶瓷修复成功与否的影响因素中粘结十分重要。其中修复体的表面处理是影响粘接强度的关键因素。本文就影响CAD/CAM复合陶瓷材料的表面处理方法进行综述,以便为临床选择表面处理方法提供指导和帮助。现从以下几个方面讨论CAD/CAM复合陶瓷材料的表面处理。

  1酸蚀

  氢氟酸(HF)能够溶解玻璃相,破坏硅氧键,使复合陶瓷表面形成微沟和小孔,呈蜂窝状结构,增加陶瓷材料表面粗糙度,利于与粘接剂形成牢固的机械嵌合。Matinlinna等[4]研究发现:HF是陶瓷修复材料表面最有效的处理剂。HF能与陶瓷材料的硅基成分发生反应,破坏Si—O键,形成水溶性的SiF6,在水气枪的流水冲击下,这种水溶性的物质被冲洗掉后,在陶瓷表面留下蜂窝状的结构,增加了陶瓷材料表面面积,因而提高了陶瓷修复体与粘接性水门汀的粘结力。大量研究[5-7]表明氢氟酸酸蚀方案的变化对陶瓷材料和树脂水门汀之间的粘接强度粘合有影响,其具体影响取决于HF酸蚀的时间、浓度和陶瓷种类。HF蚀刻可以削弱陶瓷材料,甚至影响其与树脂粘接剂的粘接性能,这取决于其浓度和使用时间[8]。HF酸蚀的时间及浓度的变化影响CAD/CAM复合陶瓷材料的微观结构配置(亚表面和内部)。HF浓度和施加时间越长,它可以更深地溶解材料的玻璃相,5%HF20s处理的情况下产生最低的蚀刻深度,10%HF可以产生更大和更深的玻璃相溶解,这对材料的完整性有害,因为材料内部微观结构中的缺陷数量增加,可能导致在张力下裂纹扩展的更大风险。影响的范围取决于酸的类型、浓度和使用时间以及材料的成分。当施加60s时,10%HF可以将材料的玻璃相溶解在施加蚀刻剂的陶瓷表面深处0.3~0.6mm的范围内[9]。

  2喷砂

  喷砂处理方法广泛用于工业上来使物体表面粗化,这一方法也被用于口腔修复领域,使陶瓷材料表面粗化,增加表面面积,提高单位面积的粘接强度。喷砂有效地消除了表面污染,提供清洁的表面,更易于粘接。Yang等[10]比较了陶瓷样品唾液浸泡后,使用水冲洗、异丙醇、磷酸凝胶、喷砂等不同处理后的粘接强度,结果表明喷砂是去除复合材料上唾液污染的最有效方法。喷砂使CAD/CAM材料产生不规则表面,而且喷砂后的硅烷处理提高了粘合强度[11]。常用于CAD/CAM复合陶瓷材料的喷砂材料为50μm的三氧化二铝(Al2O3)。不同喷砂方式对复合陶瓷材料表面影响有所不同。2.1不同喷砂压力的影响口腔修复陶材喷砂的压力对表面粗糙度有重要影响。Strasser等[12]的研究发现随着高压喷砂的进行,CAD/CAM瓷块表面发生了进一步的损坏。Flury等[13]的研究也表明随着喷砂压力的增大,修复体粗糙度增加,表面裂缝就会发展和扩展,从而降低修复体的强度。根据Yoshihara等的数据,建议使用0.1~0.2MPa的压力对CAD/CAM复合陶瓷材料进行喷砂[14]。这个压力低于陶瓷和金属修复体通常推荐的压力,是因为CAD/CAM复合陶瓷的维氏硬度低于玻璃陶瓷[15]。2.2不同喷砂时间的影响在喷砂的压力和颗粒相同的条件下,喷砂时间直接影响被喷砂陶瓷材料的体积丧失量,经喷砂处理后的陶瓷材料表面粗糙度增加,因此机械强度也有所降低。Kern等[16]经研究表明不同的陶瓷材料选择不同的喷砂条件是非常重要的。Yoshihara等[14]研究表明喷砂过度会损坏CAD/CAM复合陶瓷表面,因此,用于CAD/CAM复合陶瓷的喷砂处理必须温和。Tekçe等[17]的研究也发现喷砂过度对CAD/CAM复合陶瓷不利,其实验将粘接样本5000次热循环后,发现60s喷砂试样组的粘结耐久性低于15s、30s的喷砂试样组,建议临床上CAD/CAM陶瓷有益的喷砂时间是不超过30s,这与Su等[18]的实验结果相一致。

  3硅烷化

  硅烷偶联剂是用于实现陶瓷和树脂之间化学粘接必不可少的陶瓷表面处理剂。硅烷化产生硅氧烷键,这有助于混合不同的材料[19]。在口腔领域中应用的硅烷偶联剂含有三烷氧基硅烷,即是3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)作为反应性关键组分[20]。硅烷(杂化有机-无机化合物)可以是单官能的、双官能的或三官能的。硅烷通过双反应性起到不同基质之间的介体和粘附促进剂的作用。硅烷由大量有机化合物和硅原子(Si)组成。硅烷的有机功能部分可以与有机基质(树脂复合物的单体)聚合,烷氧基可与无机基质反应,两种情况下均在基质之间形成共价键。硅烷分子必须首先水解(活化),与水反应形成亲水的酸性硅烷醇基团,并释放游离醇作为副产物。然后硅烷醇基团进一步反应以与二氧化硅表面形成疏水性硅氧烷键(—Si—O—Si—O—)。硅烷低聚物相互反应[21],形成硅氧烷键,与无机基质反应,形成—Si—O—M—键(金属),硅烷提供不同材料之间的化学键合。有研究表明,通过在材料之间提供化学键合,硅烷化改善了CAD/CAM复合陶瓷与树脂粘固剂的粘接强度[22]。硅烷水解速率影响树脂与复合陶瓷之间粘接强度,水解速率与粘接强度之间成正比。硅烷水解速率取决于硅烷分子结构、硅烷剂浓度、pH、温度、湿度和溶剂体系。

  3.1烷氧基的尺寸

  庞大的硅烷基尺寸会影响水解速率[20]。对于具有大的烷氧基的硅烷偶联剂,向硅原子移动的水的空间排斥增加。这就是说,水解速率随着烷氧基的大尺寸而降低:戊氧基<丁氧基<丙氧基<乙氧基<甲氧基。

  3.2pH

  硅烷水解强烈依赖于pH。在酸性和碱性介质中硅烷水解速率很快,但在中性pH下,烷氧基硅烷的硅烷水解速率最低。H+和OH-离子通过形成活化的五价中间体以促进水的亲核攻击,充当催化剂以加速硅烷水解[23]。

  3.3温度

  温度是一个重要参数。水解反应速率随着温度的增加而加快,但是如果温度高于100℃加热对硅烷偶联剂效能的提高没有意义,建议水解反应的温度为40~60℃[24]。

  3.4溶剂混合物中共溶剂的性质

  水解速率还取决于溶剂混合物中共溶剂的性质,主要是溶剂的亲水性。随着亲水性从甲醇、乙醇和丙-1-醇降低,水解速率降低。这是由于能够将“游离”水分子与大量水状态(氢键网状结构)分离[25]。然后“游离”水分子参与硅烷水解反应。乙醇通常是溶剂体系的一部分,因为硅烷易溶于乙醇不溶于水。复合陶瓷材料硅烷化之前的表面处理是一个关键步骤,应激活基材表面,以便与树脂复合材料持久粘合。对复合陶瓷材料进行表面预处理的常规程序包括使用氧化铝粉末进行喷砂处理;高温化学二氧化硅涂层,其基本原理是硅烷在高温下形成二氧化硅的化学反应[26];摩擦二氧化硅涂层,是一种高温化学二氧化硅涂层的改进方法,CoJet系统是目前常用的方法,使用二氧化硅涂覆的氧化铝粉末(氧化铝颗粒作为载体)在压缩空气下对基材表面进行喷砂处理;环境温度下酸和碱的处理,可在陶瓷和金属表面上形成表面羟基,使材料表面产生粗糙的表面[27];二氧化硅溶胶凝胶通过表面羟基沉积在基板表面上并形成二氧化硅涂层[28]。

  4激光

  激光照射被认为是一种有前景的陶瓷表面处理方法。修复体上的激光蚀刻是表面处理中提高树脂粘接强度的最新方法之一。已经测试了许多类型的激光器,包括CO2(二氧化碳)和Er,Cr:YSGG激光[29]。一些研究已经报道,用CO2激光照射能增加树脂粘固剂的粘接强度,非常适合于陶瓷表面处理,其发射波长陶瓷几乎完全吸收[30]。在激光照射期间,聚焦的CO2激光束在陶瓷表面产生热量,在表面产生贝壳状撕裂,这使得陶瓷与复合树脂之间有更强的机械嵌合。根据Rocca等的说法,无论二氧化硅锂陶瓷上的CO2照射功率密度如何,它都使陶瓷具有亲水性[31]。最近的研究已发现Er,Cr:YSGG(铒,铬:钇钪镓石榴石)激光是有效的表面处理方法[32]。2780nm波长的Er,Cr:YSGG激光因其产生表面粗糙化的修饰能力,在修复领域很受欢迎[33]。使用Er,Cr:YSGG激光作为表面预处理方法,提高了键合效率。Sofi等[34]研究证实了Er,Cr:YSGG激光是增强复合陶瓷与树脂之间粘接强度的有效方法。Kimyai等[35]研究认为与使用金刚石钻头进行表面处理相比,使用氧化铝喷砂和Er,Cr:YSGG激光可使实验室复合材料获得更大的修复粘接强度,而激光处理组和氧化铝喷砂组之间的粘接强度未显示有任何显著差异。本研究的结果与Mirzaei等[36]的结果一致。此外,使用不同功率设置(1.5W、2W和3W)的Er,Cr:YSGG激光器处理间接树脂复合材料,扫描电镜下可见材料表面出现的不规则微孔组间并无明显差距。综上所述,影响CAD/CAM复合陶瓷与树脂粘接剂之间粘接性的表面处理方法较多,其效果有所差异。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。相关表面处理的研究应在保证不会影响CAD/CAM复合陶瓷材料深部物理化学性质的前提下,再来探讨对CAD/CAM复合陶瓷表面的粘接性的作用,这样才能更快地被运用于临床。

  作者:熊成立 郝爽 李娴静 王景云

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