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        反復(fù)熔鑄對(duì)金鉑烤瓷合金力學(xué)性能影響的研究

        2013-09-12 03:34:28程輝楊松李秀容等
        華西口腔醫(yī)學(xué)雜志 2013年4期
        關(guān)鍵詞:力學(xué)性能

        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。

        [參考文獻(xiàn)]

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        (本文編輯 杜冰)

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