宮琪 孫惠強 胡以俊 陳佳 丁偉山

1.濟南市口腔醫(yī)院醫(yī)學美容中心，濟南?250001；2.山東大學口腔醫(yī)院修復科，山東省口腔組織再生重點實驗室；3.特診科，濟南?250012

不同表面處理方法對氧化鋯基底材料與飾面瓷結合強度的影響

宮琪1孫惠強2胡以俊3陳佳3丁偉山3

1.濟南市口腔醫(yī)院醫(yī)學美容中心，濟南?250001；2.山東大學口腔醫(yī)院修復科，山東省口腔組織再生重點實驗室；3.特診科，濟南?250012

目的 比較不同表面處理方法對氧化鋯基底與飾面瓷之間的結合強度及結合界面微觀結構的影響。方法將WIELAND氧化鋯瓷塊胚體燒結制成10?mm×5?mm×5?mm大小試件33個。將試件隨機分為3組，每組11個。噴砂組在燒結前進行噴砂處理；處理劑組先噴砂處理，再燒結結合襯底瓷；對照組不做處理。3組基底瓷材料采用粉漿涂塑法燒結5?mm×5?mm×5?mm大小的飾面瓷。每組隨機抽取1個基底瓷及雙層瓷試件，采用掃描電鏡、能譜分析方法，研究氧化鋯底瓷與飾面瓷之間的結合情況。其余試件則通過電子拉伸機測試結合界面的剪切強度，并用SPSS?17.0軟件對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析。結果 噴砂組、處理劑組、對照組試件的剪切強度分別為（18.06±0.59）、（21.04±1.23）、（13.80±1.54）?MPa，各組間差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.01）。結論 氧化鋯胚體燒結前噴砂處理能提高氧化鋯基底冠與飾面瓷的結合強度，結合襯底瓷的應用能提高氧化鋯基底冠與飾面瓷的結合強度。

氧化鋯； 飾面瓷； 表面處理； 結合強度

氧化鋯陶瓷由于其機械性能優(yōu)異、化學性能穩(wěn)定、生物相容性好、耐腐蝕、不導電等特性逐漸得到醫(yī)生和患者的認可[1]。但氧化鋯顏色單一且透明度較差，無法滿足臨床的美觀需求，需在其表面燒結飾面瓷以滿足臨床需求[2]。因此氧化鋯底瓷與飾面瓷的結合強度成為決定全瓷修復體修復效果的重要指標[3]。表面預處理是提高二者結合強度的常用處理方法。噴砂處理是通過粗化氧化鋯陶瓷表面增加機械嵌合從而提高結合強度[4]。而結合襯底瓷的應用也具有同樣的效果[5]。本實驗旨在對比和研究不同的氧化鋯表面處理方法對氧化鋯基底與飾面瓷結合強度的影響，并為臨床選擇提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料和儀器

氧化鋯瓷塊（WIELAND公司，德國），IPS?e.max?ZirPress氧化鋯飾面瓷瓷粉、IPS?e.max?Ceram?ZirLiner結合瓷瓷粉、IPS?e.max?Ceram?ZirLiner?Build-Up?Liquid（Ivoclar?Vivadent公司，列支敦士登），J5060-1型內(nèi)圓切片機（上海無線電專用機械廠），噴砂機（Bego公司，德國），高溫燒結爐（Vita公司，德國），Multimat?Touchamp;Press烤瓷爐（Dentsply公司，德國），RGD-5電子拉伸機（深圳瑞格爾公司），SU-70熱場發(fā)射掃描電鏡（scanning?electron?microscope，SEM）（日立公司，日本）。

1.2 方法

1.2.1 試件的制作 將WIELAND氧化鋯胚體瓷塊切割成12?mm×6.25?mm×6.25?mm大小試件33個，用放大鏡檢查每個試件表面，排除有缺陷者。實驗分為噴砂組、處理劑組和對照組，每組各11個試件。噴砂組和處理劑組做噴砂處理，條件為80 μm的氧化鋁顆粒在0.4?MPa的壓強下噴10?s，噴嘴與氧化鋯瓷塊表面垂直，距瓷塊表面10?mm。對照組用金相砂紙拋光處理。然后將試件放入高溫燒結爐內(nèi)按產(chǎn)品說明書要求燒結，自然冷卻后所有試件用金相砂紙打磨至最終尺寸10?mm×5?mm×5?mm。使用游標卡尺將試件尺寸誤差控制在±0.01?mm。氧化鋯上飾面瓷前所有試件結合面均超聲清洗10?min，處理劑組先按廠家推薦程序燒制0.1?mm厚的結合襯底瓷。所有試件處理完后，利用自制模具在試件結合面距離短邊一端1?mm處采用粉漿涂塑法燒結5?mm×5?mm×5?mm大小的相應飾瓷。全部試件制作完成后，機械加工精細調(diào)整，游標卡尺控制結合面面積均為（25±0.01）?mm2，且飾面瓷的加載面與氧化鋯基底面垂直。所有試件均由同一名經(jīng)驗豐富的技師操作完成。

1.2.2 剪切強度的測定 將試件用自凝樹脂包埋后，固定于特制不銹鋼夾具-底層-體式模具（圖1）上，放置于RGD-5電子拉伸機萬能實驗機中，調(diào)整加載頭的位置，使其切端豎直面與結合界面緊貼，向下滑行至底座標記位置，確保每個試件測試時位置相同并使加載力均作用于雙層瓷界面處，以1?mm·min-1的速度加載至飾面瓷脫落，記錄破壞時的最大載荷力F（N）和瓷結合面積S（mm2），計算剪切強度P，公式為P=F/S。

圖1 加載實驗及試件示意圖Fig ?1 Schematic?diagrams?of?loading?test?and?specimen

1.2.3 處理面和結合界面的SEM觀察和能譜分析 燒結飾瓷前每組試件隨機抽取一個氧化鋯底瓷試件，用于處理面的SEM觀察。每組試件上飾瓷后再隨機抽取一個雙層瓷試件用于SEM觀察和能譜分析。用金剛砂磨盤對所要檢測的試件結合面進行拋光，超聲清洗，噴金后將試件放入SEM下進行界面觀察和元素分析。在氧化鋯-飾面瓷雙層瓷材料兩側(cè)選兩點連接成垂直于結合界面的直線，并對該線上的元素進行線掃描能譜分析。

1.3 統(tǒng)計學分析

采用SPSS?17.0統(tǒng)計軟件對實驗結果進行分析，以單因素方差分析（one-way?ANOVA）和LSD-t檢驗兩兩比較法對各實驗組結合強度值進行分析，各項分析的檢驗標準均為α=0.05，當Plt;0.05時有統(tǒng)計學意義，當Plt;0.01時有顯著統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 剪切強度測試結果

噴砂組、處理劑組、對照組試件的剪切強度分別為（18.06±0.59）、（21.04±1.23）、（13.80±1.54）?MPa。3組試件結合強度的單因素方差分析得出F=40.601?0，P=0.000，可認為3組不同處理因素存在極顯著差異，故須進行多重比較。3組試件結合強度的樣本均數(shù)兩兩比較的t檢驗分析得出，各組均數(shù)之間的差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.01）。

2.2 SEM觀察結果

氧化鋯陶瓷表面的SEM觀察結果見圖2。由圖2可見，噴砂組和處理劑組的表面形成了不規(guī)則的凹陷和凸起，而對照組的試件表面可見規(guī)則而清晰的溝槽和嵴，但深度并不明顯。結合界面的SEM觀察結果見圖3。由圖3可見，噴砂組和處理劑組的結合界面緊密結合無間隙，有明顯的鑲嵌融合；而對照組的結合界面平直，無明顯相互滲透嵌合。

2.3 結合界面能譜分析結果

噴砂組和處理劑組Zr元素在結合界面處急劇下降，在飾瓷側(cè)可檢測到微量的Zr元素，而對照組在飾瓷側(cè)未檢測到Zr元素（圖4）。

圖2 噴砂對氧化鋯底瓷表面形貌的影響 SEM ×?1?000? ?Fig ?2 The?effect?of?sandblasting?on?surface?morphology?of?zirconia? ??SEM ×?1?000

圖3 噴砂對結合面形貌的影響 SEM ×?1?000Fig ?3 The?effects?of?sandblasting?on?interface?morphology SEM ×?1?000

圖4 雙層瓷試件界面兩側(cè)線掃描結果Fig ?4 Line?scanning?of?bilayered?across?the?interface

Si元素在飾面瓷中含量高，在底瓷側(cè)含量少，在結合界面3 μm的范圍內(nèi)變化較為明顯，之后趨于穩(wěn)定。界面兩側(cè)Al元素含量的曲線變化是一個平緩的坡度而不是突然變化的，這說明界面兩側(cè)Si、Al元素存在化學元素的滲透（圖4）。

3 討論

氧化鋯基底類的全瓷材料具有良好的機械性能、化學性能穩(wěn)定等特性，但其色澤及透明性等較其他全瓷材料有差異，因而需要燒結飾面瓷以達到良好的美學效果。已有文獻[6]報道，氧化鋯底瓷與飾瓷雙層結構的全瓷修復體的飾瓷崩瓷幾率明顯高于其他種類的修復體。因此如何提高氧化鋯基底與飾瓷之間的結合強度成為修復體修復成敗的關鍵。

目前對于氧化鋯基底與飾面瓷結合的具體機制尚未達成一致。理論上二者的結合力主要有物理結合力、化學結合力和范德華力。物理結合力包括壓縮結合力和機械嵌合力。其中壓縮結合力主要是由于瓷層之間的熱膨脹系數(shù)不一致導致的。機械嵌合力是飾面瓷與基底瓷表面的不規(guī)則結構相互鎖結構成的，機械嵌合力的大小主要取決于結合面的比表面積大小。比表面積增加則基底瓷與飾面瓷的結合面積就增加，二者結合界面的強度就會增加?；瘜W結合力則是基底瓷層與飾面瓷之間有一種或一種以上的成分在飾面瓷燒結時熔融即可產(chǎn)生。范德華力即分子與分子間的作用力[7]。目前認為氧化鋯基底與飾面瓷之間的結合力主要是物理結合力，是否存在化學結合力及其作用力的大小有待于進一步研究。

氧化鋁噴砂是一種常用的材料表面粗化方法，其目的是增大陶瓷表面粗糙度，增大結合面積，以提高二者的機械嵌合力，并且可以通過增大陶瓷表面粗糙度減小其表面接觸角，增強潤濕性，提高親和力。Kim等[8]對Kavo氧化鋯陶瓷試件燒結后進行噴砂處理再燒結飾面瓷后進行SEM觀察，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過噴砂后的氧化鋯試件表面形貌改變，粗糙度增加，與飾面瓷的結合更為緊密，氧化鋯與飾面瓷結合面無明顯界線，相互滲透嵌合，較未噴砂組的剪切強度大。但閆海鑫等[9]對Vita氧化鋯陶瓷燒結后進行噴砂處理后再燒結飾面瓷進行SEM觀察，發(fā)現(xiàn)兩組間燒結面的表面形貌有差異，但結合面無差異。目前氧化鋯燒結后進行噴砂處理對于結合強度的增加沒有得到一致的結論。而本實驗是對氧化鋯胚體燒結前進行噴砂處理，SEM觀察示噴砂組和處理劑組的表面形成了不規(guī)則的凹陷和凸起，而對照組的試件表面可見規(guī)則而清晰的溝槽和嵴，但深度并不明顯。而氧化鋯胚體燒結后再燒結飾面瓷的結合界面的SEM觀察示噴砂組與處理劑組的結合界面緊密結合無間隙，并且有明顯的鑲嵌融合。而對照組的結合界面平直，無明顯相互滲透嵌合。出現(xiàn)此種情況的原因可能是本實驗是對氧化鋯胚體進行的噴砂處理，而其他學者是對氧化鋯燒結后進行的噴砂處理。氧化鋯胚體與燒結后的氧化鋯硬度相差很大，導致噴砂處理后界面粗糙度及結合面積也相差很大，對于二者的結合強度也有明顯的差異。但氧化鋯胚體噴砂后再進行燒結處理對于氧化鋯表面粗糙度及晶相的改變有待于進一步深入的研究。

燒結結合襯底瓷是增強氧化鋯底瓷與飾瓷結合強度的常用方法，研究[5]表明該操作具有良好的瓷/瓷結合增強效果，其原理是底瓷與薄層結合瓷熔融結合比直接燒結較厚的飾面瓷能產(chǎn)生更大的分子間范德華力結合；而由于結合瓷與飾面瓷的化學成分接近，當燒結飾面瓷時二者的某些成分相互熔融，產(chǎn)生較強的化學結合力。陳宇暉等[10]研究表明氧化鋯預燒結前涂布飾瓷一起燒結與氧化鋯先燒結然后再燒結飾面瓷相比，能顯著提高二者的結合強度。此外結合瓷的燒結可輕微改變氧化鋯的熱膨脹系數(shù)，對于提高瓷/瓷結合強度有積極作用[11-12]。本實驗噴砂組與處理劑組的剪切強度測試結果具有統(tǒng)計學差異，表明燒結結合襯底瓷能提高氧化鋯底瓷與飾瓷的結合強度，這與馬婷婷等[13]的研究結果一致。

本實驗結合界面的SEM觀察顯示，噴砂組與處理劑組結合界面緊密結合無間隙，有明顯的鑲嵌融合，而對照組的結合界面平直，且結合較為緊密，無明顯相互滲透嵌合。雙層瓷結合界面處的化學元素滲透可由兩方面因素產(chǎn)生：一是界面處的元素成分發(fā)生化學反應；二是因為元素的質(zhì)量分數(shù)不同而形成的物理性滲透[14]。能譜分析結果顯示，噴砂組及處理劑組Zr元素在結合界面處急劇下降，在飾瓷側(cè)可檢測到微量的Zr元素，而對照組在飾瓷側(cè)未檢測到Zr元素。Si元素在飾面瓷中含量高，在底瓷側(cè)含量少，在結合界面3 μm的范圍內(nèi)變化較為明顯，之后趨于穩(wěn)定。界面兩側(cè)Al元素含量的曲線變化是一個平緩的坡度而不是突然變化的，這說明界面兩側(cè)Si、Al元素存在化學元素的滲透。IPS?e.max?Ceram飾面瓷中含有少量的Al2O3和ZrO2，而WIELAND氧化鋯瓷塊中還有少量的Al2O3，IPS?e.max?Ceram?Zir-Liner結合瓷瓷粉中含少量的SiO2和Al2O3。根據(jù)以上結果推斷在燒結的過程中底瓷中的Zr元素與飾面瓷中的含Zr的物質(zhì)在界面處熔融，飾面瓷中的Al元素與基底冠中的含Al的物質(zhì)熔融。這與其他[4,10]研究結果相符。但也有學者未觀察到元素的化學滲透，他們認為氧化鋯基底冠與飾面瓷的結合界面處的結合力以機械鎖合為主。因此氧化鋯基底冠與飾面瓷結合界面是否存在化學結合有待于進一步的研究。

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Effect of different surface processes on the bond strength between zirconia framework and veneering ceramic

Gong Qi1, Sun Huiqiang2, Hu Yijun3, Chen Jia3, Ding Weishan3.
(1. Dept. of Cosmetic Center, Jinan Stomatological Hospital,Jinan 250001, China; 2. Dept. of Prosthodontics, School of Stomatology, Shandong University, Shandong Provincial Key Laboratory of Oral Tissue Regeneration, Jinan 250012, China; 3. Dept. of Special Clinic, School of Stomatology, Shandong University, Shandong Provincial Key Laboratory of Oral Tissue Regeneration, Jinan 250012, China)
Supported by: Shandong Province Science and Technology Development Plan (2014GSF118065). Correspondence: Ding Weishan, E-mail: dws@sdu.edu.cn.

Objective To?compare?the?effect?of?different?surface?processes?on?bond?strength?and?microscopic?structure?using?a?scanning?electron?microscope?(SEM)?and?an?energy?distribution?spectrum?(EDS)?at?the?bonding?interface?between?zirconia?framework?and?veneering?ceramic.?Methods WIELAND?zirconia?core?material?was?cut?into?33?rectangular?specimens?and?fired?on?into?rectangular?specimens?(10?mm×5?mm×5?mm).?The?specimens?were?randomly?divided?into?three?groups?(n=11).?The?sandblasting?group?was?sandblasted?before?firing.?The?sandblasting?and?liner?coverage?group?was?sandblasted?before?firing?and?then?sintered?with?liner?coverage?after?firing.?The?control?group?was?not?processed.?All?the?veneering?ceramics?(5?mm×5?mm×5?mm)?were?fired?on?into?the?zirconia?substructure?by?slip-casting?technique.?One?bilayered?specimen?in?each?group?was?prepared?for?SEM?and?EDS?to?examine?the?bonding?conditions.?The?other?specimens?were?measured?for?shear?force?using?an?electronic?universal?dynamometer.?The?data?obtained?were?analyzed?by?using?the?statistical?software?SPSS?17.0.?Results The?values?of?the?shear?bond?strength?test?were?(13.80±1.54)?MPa?for?the?control?group,?(18.06±0.59)?MPa?for?the?sandblasting?group,?and?(21.04±1.23)?MPa?for?the?sandblasting?and?liner?coverage?group.?Significant?differences?existed?among?the?three?groups?(P＜0.01).?Conclusion Abrasion?before?firing?significantly?increases?the?shear?bond?strength?of?zirconia?to?veneering?porcelain.?The?use?of?porcelain?combined?with?liner?increases?the?shear?bond?strength.

zirconia; ?veneering?ceramic; ?surface?treatment; ?bond?strength

R?783.2

A

10.7518/hxkq.2017.06.007

2017-01-16；

2017-09-10

山東省科技發(fā)展計劃（2014GSF118065）

宮琪，住院醫(yī)師，碩士，E-mail：gongqi0631@163.com

丁偉山，副主任醫(yī)師，學士，E-mail：dws@sdu.edu.cn

（本文編輯 ??杜冰）