程輝 楊松 李秀容等

[摘要] 目的 探討反復(fù)熔鑄對(duì)金鉑烤瓷合金力學(xué)性能的影響。方法 金鉑烤瓷合金經(jīng)過單純反復(fù)熔鑄3次后，用拉伸實(shí)驗(yàn)對(duì)各代試件的拉伸強(qiáng)度、0.2%屈服強(qiáng)度、延伸率進(jìn)行比較；用彎曲實(shí)驗(yàn)對(duì)各代試件的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量進(jìn)行比較；用硬度實(shí)驗(yàn)對(duì)各代試件的維氏硬度值進(jìn)行比較。結(jié)果 經(jīng)過不同熔鑄次數(shù)的金鉑烤瓷合金的拉伸強(qiáng)度、0.2%屈服強(qiáng)度、延伸率、彎曲強(qiáng)度及維氏硬度值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Ⅱ代、Ⅲ代試件的彎曲模量與Ⅰ代相比，顯著升高（P<0.05）。結(jié)論 金鉑烤瓷合金至少可以反復(fù)熔鑄3次而不引起力學(xué)性能的下降。

[關(guān)鍵詞] 金鉑烤瓷合金； 反復(fù)熔鑄； 力學(xué)性能

[中圖分類號(hào)] R 783.2 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [doi] 10.7518/hxkq.2013.04.020

金瓷修復(fù)體因?yàn)榧嬗薪饘俨牧系膹?qiáng)度以及陶瓷材料的美觀，已成為目前口腔修復(fù)中應(yīng)用最廣泛的臨床修復(fù)體。其中，金鉑烤瓷合金因?yàn)槠渚哂袃?yōu)秀的物理、化學(xué)及生物學(xué)性能，在臨床上的使用逐漸增多。由于口腔傳統(tǒng)鑄造工藝的限制，鑄造后形成了鑄道、底座、儲(chǔ)金球等金鉑烤瓷合金廢舊料，對(duì)其進(jìn)行回收可以節(jié)約資源及降低成本，但是能否再利用，取決于其各項(xiàng)性能指標(biāo)。因此，本研究在前期反復(fù)熔鑄對(duì)鈷鉻烤瓷合金性能影響研究的基礎(chǔ)上，從力學(xué)角度探討反復(fù)熔鑄對(duì)金鉑烤瓷合金性能的影響。

1 材料和方法

1.1 材料和設(shè)備

金鉑烤瓷合金（Alfa Ceramic 90，Alldental公司，瑞典），萬能材料測(cè)試機(jī)（Instron 1342，Instron公司，英國(guó)），微硬度計(jì)（DHV-1000，上海尚材試驗(yàn)機(jī)有限公司），牙科磷酸鹽鑄造包埋材料（Vesto-Fix，DFS公司，德國(guó)），真空鑄造機(jī)（ARGONCASTER-C，SHO-

FU公司，日本）。

1.2 廢舊烤瓷合金重鑄前的處理

先用粒度為80 μm玻璃珠砂粒在0.2 MPa壓力下常規(guī)噴砂，去凈表面黏附的包埋料和異物，噴砂后依次在95%乙醇中超聲振蕩30 min、超純水中超聲振蕩30 min，自然干燥，備用。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

參照ISO的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，將金鉑烤瓷合金經(jīng)1～3次真空壓力熔鑄后，獲得經(jīng)1～3次熔鑄后的金鉑烤瓷合金的彎曲、拉伸和顯微硬度測(cè)試試件。分別測(cè)試相應(yīng)試件的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、拉伸強(qiáng)度、0.2%屈服強(qiáng)度、延伸率和顯微硬度等力學(xué)性能指標(biāo)，具體的合金重復(fù)利用方法和實(shí)驗(yàn)方法與前期對(duì)鈷鉻烤瓷合金反復(fù)熔鑄后力學(xué)性能變化研究的方法一致[1]。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 13.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，拉伸強(qiáng)度、0.2%屈服強(qiáng)度、延伸率、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量及維氏硬度值采用單因素方差分析及Dunnett-t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 拉伸性能

各代試件拉伸強(qiáng)度、0.2%屈服強(qiáng)度、延伸率的測(cè)試結(jié)果見表1。由表1可見，隨著熔鑄次數(shù)的增加，各代試件間拉伸強(qiáng)度、0.2%屈服強(qiáng)度及延伸率的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。

2.2 彎曲性能

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ代試件的彎曲強(qiáng)度分別為（293.20±

44.08）、（275.05±41.84）、（297.72±24.72） MPa，各

代試件間彎曲強(qiáng)度的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ代試件的彎曲模量分別為（87.88±8.84）、

（104.49±7.32）、（112.31±3.71） GPa，Ⅱ代和Ⅲ代試件的彎曲模量與Ⅰ代相比，顯著升高（P<0.05），但是Ⅱ代和Ⅲ代彎曲模量的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。

2.3 硬度

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ代試件的顯微硬度分別為（115.29±

5.64）、（114.88±7.08）、（116.02±6.08） kg·mm-2。隨著熔鑄次數(shù)的增加，各代試件間顯微硬度的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。

3 討論

金瓷修復(fù)體的鑄件應(yīng)當(dāng)具備足夠的強(qiáng)度，使其在正?？谇还δ軤顟B(tài)下不發(fā)生變形和破損。而烤瓷合金經(jīng)過熔鑄后發(fā)生的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)組織的變化可能會(huì)影響其力學(xué)性能[2]。因此，烤瓷合金要成功地

應(yīng)用于臨床，其鑄件應(yīng)當(dāng)具備良好的力學(xué)性能，其中拉伸性能、彎曲性能及硬度至關(guān)重要[3]。

3.1 拉伸性能

本研究中拉伸試件的尺寸參考了曹洪喜等[4]和楊松等[1]的研究，縮小至ISO9693標(biāo)準(zhǔn)拉伸試件的2/5，

目的是為了減少鑄造缺陷[5]發(fā)生的幾率，減小因此產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)誤差。研究結(jié)果顯示，金鉑烤瓷合金經(jīng)過3次熔鑄后，拉伸強(qiáng)度、0.2%屈服強(qiáng)度、延伸率差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

在反復(fù)熔鑄對(duì)烤瓷合金拉伸性能影響的研究中，楊松等[1]將鈷鉻烤瓷合金在真空加氬氣保護(hù)環(huán)境下

單純反復(fù)熔鑄3次，發(fā)現(xiàn)拉伸強(qiáng)度、0.2%屈服強(qiáng)度、延伸率差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Reisbick等[6]將低貴金屬

烤瓷合金在離心鑄造環(huán)境下單純反復(fù)熔鑄3次，發(fā)現(xiàn)低貴金屬烤瓷合金的屈服強(qiáng)度隨熔鑄次數(shù)的增加而下降，而拉伸強(qiáng)度、延伸率的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。張壽華等[7]將貴金屬烤瓷合金在真空壓力鑄造環(huán)境

下單純反復(fù)熔鑄4次，發(fā)現(xiàn)拉伸強(qiáng)度隨著熔鑄次數(shù)的增加而下降。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與上述研究結(jié)果不同，可能原因是：1）楊松等[1]采用的是鈷鉻烤瓷合金，主要成分是鈷（61%）、鉻（26%）、鎢（5%）、鉬（6%）；Reisbick等[6]采用的是低貴金屬烤瓷合金，其主要成分是金（46%）、銀（39.5%）、鈀（6%），而本實(shí)驗(yàn)采用的是高貴金屬烤瓷合金，其主要成分為金（89.5%）、鉑（4.8%）、鈀（1.6%）、銀（1.2%）。合金某種組分的燒損程度與該組分沸點(diǎn)相對(duì)于合金熔點(diǎn)的高低有關(guān)，沸點(diǎn)明顯低于合金熔點(diǎn)的，經(jīng)過反復(fù)熔鑄后燒損量較大，而當(dāng)合金中成分燒損量達(dá)到一定程度，將明顯改變合金的性能。2）Reisbick等[6]是在離心鑄造環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，本實(shí)驗(yàn)采用的是真空加氬氣保護(hù)下的壓力鑄造方法。3）張壽華等[7]研究中拉伸試樣的尺寸比本實(shí)驗(yàn)拉伸試樣的尺寸大。周敏等[5]對(duì)鑄件

尺寸大小和內(nèi)部缺陷發(fā)生頻率的關(guān)系進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷發(fā)生頻率和缺陷面積均隨著尺寸的增大而增加，而這些潛在的內(nèi)部缺陷將直接影響鑄件的質(zhì)量。

3.2 彎曲性能

本研究采用三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)，研究反復(fù)熔鑄對(duì)金鉑烤瓷合金彎曲性能的影響，結(jié)果顯示，Ⅱ、Ⅲ代金鉑烤瓷合金的彎曲強(qiáng)度與Ⅰ代金鉑烤瓷合金的彎曲強(qiáng)度的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）；Ⅱ、Ⅲ代金

鉑烤瓷合金的彎曲模量與Ⅰ代金鉑烤瓷合金相比，顯著升高（P<0.05）。

在反復(fù)熔鑄對(duì)烤瓷合金彎曲性能影響的研究中，連頌峰等[8]發(fā)現(xiàn)鎳鉻烤瓷合金進(jìn)行5次單純反復(fù)熔鑄后，合金的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量沒有發(fā)生降低。楊松等[1]發(fā)現(xiàn)鈷鉻烤瓷合金進(jìn)行3次單純反復(fù)熔鑄后，

合金的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果類似，主要原因可能是鑄造均在真空加氬氣保護(hù)環(huán)境下進(jìn)行。在空氣環(huán)境中，熔化合金時(shí)空氣中的氮、氫和氧等分子與金屬表面接觸，分解成為原子進(jìn)入金屬液中，在合金凝固時(shí)形成小氣孔。而各種形態(tài)氣孔的存在，將會(huì)減少鑄件的有效承載面積且在氣孔周圍形成應(yīng)力集中，降低鑄件的力學(xué)性能[9]。朱松等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在空氣環(huán)境中熔鑄的鈷鉻合金至多只能單純反復(fù)熔鑄2次，而在真空加氬氣保護(hù)環(huán)境中進(jìn)行熔鑄，至少可以單純反復(fù)熔鑄3次而不影響其主要的力學(xué)性能。金鉑烤瓷合金的彎曲模量隨著熔鑄次數(shù)的增加而升高，可能原因是晶粒在反復(fù)熔鑄的過程中發(fā)生細(xì)化。合金在凝固結(jié)晶過程中，隨著熔鑄次數(shù)的增加而增多的第二相質(zhì)點(diǎn)和內(nèi)部氣孔阻礙了晶粒的增長(zhǎng)，使得晶粒變小[11]。細(xì)化的晶粒能夠?qū)α鸭y的形成和擴(kuò)展起

抵抗的作用，從而提高合金的彎曲性能[12]。

3.3 硬度

本實(shí)驗(yàn)中的硬度試件按照ISO6507-1的要求進(jìn)行制作，采用測(cè)試維氏硬度值的方法，研究反復(fù)熔鑄對(duì)金鉑烤瓷合金硬度的影響，結(jié)果顯示，隨著熔鑄次數(shù)的增加，各代試件間顯微硬度的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。

在反復(fù)熔鑄對(duì)烤瓷合金硬度影響的研究中，楊松等[1]研究發(fā)現(xiàn)，鈷鉻烤瓷合金經(jīng)過3次反復(fù)熔鑄，

合金硬度的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Peraire等[13]發(fā)現(xiàn)高

貴金屬烤瓷合金經(jīng)過8次熔鑄，合金硬度的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與上述研究結(jié)果相似，其原因可能是均在真空環(huán)境下進(jìn)行鑄造。

綜上所述，本研究中金鉑烤瓷合金在真空環(huán)境下經(jīng)過3次真空壓力鑄造后，拉伸強(qiáng)度、0.2%屈服強(qiáng)度、延伸率、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量及維氏硬度值等力學(xué)性能指標(biāo)均未發(fā)生降低。因此，可以認(rèn)為在本實(shí)驗(yàn)條件下，在不添加任何新合金的情況下，金鉑烤瓷合金反復(fù)熔鑄3次仍能夠滿足烤瓷合金力學(xué)性能的要求。

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（本文編輯 杜冰）