口腔材料学教学口腔修复陶瓷材料.ppt

四川大学华西口腔医学院口腔材料学教研室 李 伟,第十三章 口腔修复陶瓷材料,1,无机非金属材料,无机胶凝材料,天然矿物材料,玻 璃,氧化物陶瓷,非氧化物陶瓷,2,无机胶凝材料：水泥，石膏，石灰等（有机胶凝材料：沥青，树脂等）天然矿物材料：来源于矿物或岩石，改造但不改变其理化性质直接应用的材料，如大理石，石棉,什么是玻璃？物质的三种聚集状态：气、固、液态固态和液态又存在两种：晶态、非晶态玻璃是具有非晶态结构的固体材料玻璃内的原子排列和液体相似，又被称作“固态液体”制作玻璃一般需要快速冷却，让原子来不及有序排列形成结晶。,内 容,陶瓷材料概述金属烤瓷材料全瓷材料：烧结全瓷材料 热压铸全瓷材料 粉浆堆涂玻璃渗透全瓷材料 切削成型全瓷材料成品义齿瓷牙,5,第一节 陶瓷材料相关知识Introduction to ceramic materials,一、陶瓷简介 二、陶瓷的结构 三、普通陶瓷 四、特种陶瓷 五、陶瓷的性能,6,一、陶瓷简介,粉体,坯体,陶瓷,1.陶瓷的定义 以粘土、长石、石英为主要原料，经过粉碎、混炼、成型、煅烧等制作的产品。,广义陶瓷：用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料。,7,8,2.历史,陶瓷是我国古代劳动人民的伟大发明之一。china：陶瓷；中国 china:昌南镇(北宋后改为景德镇),8,陶和瓷是一回事吗？,陶（pottery,earthware）：历史约11.5万年，世界各地共同起源，坯料普通粘土，烧结温度低于1000度瓷（china,ceramic）：历史约3000年，起源于中国（景德镇？郑州？），坯料高岭土（特殊粘土，又叫瓷土），烧结温度高于1200度,SiO2 Al2O3 R2O+RO 6575 730 433,3.普通陶瓷的主要化学组成（质量%）,10,11,4.陶瓷的结构,离子晶体-以离子键结合的晶体。金属氧化物。MgO、Al2O3、ZrO2共价晶体-以共价键结合的晶体。金刚石、SiC、Si3N4、BN,12,陶瓷材料的相组成,陶瓷一般是多相多晶材料。由晶体相、玻璃相、气相组成。（陶瓷的三相结构）,12,13,一、晶体相 陶瓷材料最主要的组成相 主晶相 氧酸盐（硅酸盐、钛酸盐）、氧化物、非氧化物,13,14,二、玻璃相,玻璃相是陶瓷材料的原子不规则排列的组成部分，其结构类似于玻璃。积极作用：填充晶体之间的空隙，提高材料的致密度；降低烧结温度；阻止晶型转变、抑制晶粒长大。不利影响：降低陶瓷强度和耐热性能。,15,云母玻璃陶瓷中的玻璃相,16,三、气相,陶瓷气孔主要是坯体各成分在加热过程中发生物理、化学作用所生成的空隙。气孔对陶瓷的机械性能是不利的，它降低材料的强度，是造成裂纹的根源。但对降低陶瓷比重，增加吸水性，促进细胞生长等有利。,17,二硅酸锂玻璃陶瓷中的气孔,植骨用多孔陶瓷,18,日用瓷建卫瓷工业瓷,三、普通陶瓷(traditional ceramics),普通陶瓷,以天然硅酸盐(粘土、石英、长石)为原料烧成的制品。,普通陶瓷的分类,19,1.日用瓷,餐具瓷,茶具瓷,20,2.建卫瓷,建筑瓷,卫浴瓷,21,3.工业瓷,电瓷绝缘子,微孔陶瓷,22,四、特种陶瓷(advanced ceramics),结构陶瓷 功能陶瓷,以非硅酸盐类化合物或人工合成化合物为原料烧成的制品。,特种陶瓷,特种陶瓷的分类,23,氧化物结构陶瓷 Al2O3 ZrO2 碳化物结构陶瓷 SiC C氮化物结构陶瓷 Si3N4,1.结构陶瓷,结构陶瓷的种类,24,特点：化学稳定性好、抗氧化性强、熔融温度高、高温强度高。,25,强度高、硬度高：机械加工磨料、磨具熔点高、抗腐蚀：耐火材料优良的化学稳定性：坩埚 人体关节 优良的光学特性：透光材料 纳蒸汽灯管,26,氧化铝坩埚,透明氧化铝,27,性能特点：高硬度、高的高温强度、高导热性、抗蠕变性好、抗酸和金属熔体、不抗碱,应用：高温结构材料 发动机、喷管等。,28,碳化硅陶瓷轴承,碳化硅耐腐蚀潜水泵部件,29,2.功能陶瓷,功能陶瓷的种类,光学陶瓷:光纤 激光晶体材料 生物陶瓷:人工关节 口腔陶瓷,30,光学陶瓷,光纤陶瓷插芯,掺钕钇铝石榴石陶瓷（Nd:YAG）激光材料,31,生物陶瓷,人工关节,口腔陶瓷,陶瓷在口腔医学中的应用,29,口腔修复用陶瓷材料的种类,30,第二节 金属烤瓷材料porcelain-fused-to-metal,34,概述烤瓷粉烤瓷合金金瓷结合制作步骤,一、概 述,1.概念 烤瓷熔附金属修复体也称金属烤瓷冠或桥(porcelain-fused-to-metal crown and bridge)，是由低熔瓷粉熔附到金属基底冠上的金-瓷复合结构(ceramic-metal system)。低熔瓷粉就是金属烤瓷材料，又叫金属烤瓷粉。,35,2.金属烤瓷冠的结构,36,1940年 Woolson提出在金属 上烧结陶瓷的想法。1950S，解决了金瓷匹配。,1774年 法国的Duchateau采用陶瓷制作义齿,3.历史及发展,历史,37,发展 1956年 美国 低熔烤瓷与金合金联合制成混合冠 形态好，表面光洁，精度高；大气中烧结气孔多，美观差，强度低 1960S 真空烧结技术运用，美观好，强度高 随后 非贵金属的使用极大普及 镍铬合金、纯钛、钛合金、钴铬合金 1970年代末 我国开始自行研制 1980年代 我国逐步开展此项业务,38,4.特点(1).兼有金属全冠的强度和瓷的美观(2).颜色、外观、质感逼真，色泽稳定(3).表面光滑，耐磨性强(4).不易变形，抗折力强(5).具有一定的耐腐蚀性(6).属“长久性”修复体,39,5.应用现状,应用广泛，是牙体、牙列缺损常见的修复形式。,40,二、烤瓷粉(ceramics for porcelain-fused-to-metal),金属烤瓷修复工艺中使用的陶瓷材料是以瓷粉的形态供货的，所以一般被称为齿科烤瓷粉(dental porcelain powder)。,41,(一)组成 齿科烤瓷粉（简称烤瓷粉）是由长石、石英、陶土的混合物经烧结、粉碎后制备而成。烤瓷粉中主要包括三种不同使用功能的瓷粉：遮色瓷(opaque)、体瓷(body)或本质瓷（dentine）、釉质瓷（enamel）。,42,长 石,长石为造岩矿物，化学成分为不含水的碱金属与碱土金属铝硅酸盐，主要是钾、钠、钙和少量钡的铝硅酸盐。口腔陶瓷中的长石为钠长石与钾长石的混合物，作为熔剂使用，是形成玻璃相的主要成分。烧结中大部分长石形成玻璃质，少部分与其它金属氧化物形成白榴石晶体，起改善金瓷结合，提高强度的作用。白榴石：Na2OAl2O34SiO2,Na2OAl2O36SiO2 K2OAl2O3 6SiO2,长石,43,表 两种齿科烤瓷粉的化学成分,44,45,以上各种金属烤瓷粉在组成及含量范围上的差异，形成各层瓷的特点。如遮色瓷应具备良好的遮盖底层金属色的作用，而且它与底层金属直接接触，对于金属和陶瓷的结合特别重要。根据这两方面的特殊要求，在其基本组成中，一般降低SiO2含量，而增加SnO2、ZrO2和TiO2等氧化物的含量，既达到遮色效果，又有利于与金属的结合。,46,（二）特性具有天然牙的色泽能够遮盖金属基底冠的颜色具有良好的可操作性与金属形成机械、化学结合,47,(三)机械和物理性能,48,三、烤瓷合金(Alloys for porcelain-fused-to-metal),(一)分类:贵金属与非贵金属 贵金属是指在口腔潮湿环境中耐腐蚀、耐氧化的金属，包括金（Au）、铂（Pt）、铱（Ir）、锇（Os）、钯（Pd）、铑（Rh）、钌（Ru）等。因为银（Ag）在口腔内容易腐蚀，所以未将银包括在内。贵金属在加热铸造、焊接过程中能保持良好的色泽，并且有优良的抗氧化和抗腐蚀性能，是比较理想的口腔用金属材料。,49,(二)贵金属合金 合金中一种或几种贵金属总含量不小于25%的合金属于贵金属合金。1)金合金(gold alloys)金铂钯合金 Au-Pt-Pd 金钯合金Au-Pd 金钯银合金 Au-Pd-Ag2)钯合金 钯银合金 Pd-Ag 钯铜合金 Pd-Cu(三)非贵金属合金1)镍铬合金 Ni-Cr2)钴铬合金 Co-Cr3)纯钛和钛合金,50,(一)金属烤瓷材料与金属的结合形式 1.机械结合 金属表面粗化形成凹凸不平表面。,四、金瓷结合,51,2.物理结合 主要是指两者之间的范德华力，即分子之间的吸引力。,3.压力结合 是指当烤瓷的热膨胀系数略小于合金时，在烧结温度降到室温时产生压缩应力而增强烤瓷材料与金属之间的结合。,52,4.化学结合 是指合金表面氧化层与烤瓷材料中的氧化物发生化学反应，通过金属键、离子键、共价键等化学键所形成的结合。,53,（二）烤瓷与金属结合的匹配问题,烤瓷与金属结合的匹配，主要受二者的热胀系数及瓷在金属表面的润湿性两方面的影响。,1.热胀系数的影响,54,55,(一)金属冠核的制作(二)金属冠核的预处理:表面粗化 清洁 800除气 1100预氧化(三)涂瓷及烧结成型,五、制作步骤,56,57,58,第三节 全瓷材料 dental all-ceramic materials,59,概述烧结全瓷材料粉浆堆涂玻璃渗透全瓷材料热压铸全瓷材料切削成型全瓷材料,60,一、概述,61,全瓷材料的优点,良好生物相容性,良好的美观性,61,金属烤瓷和全瓷透光性对比,金属烤瓷修复体,全瓷修复体,62,全瓷材料的缺点,难以制造价格昂贵（与制造复杂有关）高的临床失败率,63,全瓷材料的种类,64,几种代表性全瓷材料,一、长石基烤瓷材料(Vita 1960)二、热压白榴石增强陶瓷(Empress 1986)三、热压二硅酸锂玻璃陶瓷(Empress 1994)四、氧化铝基玻璃渗透陶瓷(Inceram 1996)五、氧化锆基切削陶瓷(Procera Lava Cercon Everest 2002),65,二、烧结全瓷材料,先将材料堆积在代型上，然后通过高温烧结成型。1.白榴石增强长石质烤瓷材料 组成：与金属烤瓷材料类似，含35-45%白榴石晶体（普通金属烤瓷材料白榴石约15-25%）性能：强度韧性增加，抗裂纹能力加强 应用：前牙冠，贴面，嵌体，高嵌体等,66,2.氧化铝增强烤瓷材料 组成：长石玻璃相+氧化铝晶体 性能：氧化铝晶体含量，强度，透明性 应用：前牙及后牙基底3.烧结全氧化铝瓷 组成：全氧化铝粉 性能：密度高，强度高，半透明 应用：适合后牙冠桥,67,三、粉浆堆涂玻璃渗透全瓷材料,1、氧化铝基玻璃渗透陶瓷瓷粉为纯氧化铝，玻璃渗透后形成氧化铝+玻璃相互贯穿体，强度高，透明性差，适合做桥基底核2、尖晶石基玻璃渗透陶瓷主晶相为镁铝尖晶石，与渗透玻璃透明度相近，半透明性高，强度略低，适合前牙3、玻璃渗透氧化锆增韧氧化铝陶瓷氧化铝+33%氧化铈稳定的四方晶型氧化锆，强度极高，半透明性差，适合后牙,68,使用方法：,制作工艺：堆塑烧结,优缺点：美观性好，强度低,69,70,四、热压铸全瓷材料,高温软化陶瓷后，高压注入型腔并烧结成型，简称铸瓷。铸瓷强度高，美观，边沿密合性好1.白榴石增强热压铸全瓷材料2.二硅酸锂增强热压铸全瓷材料,71,组成：传统长石陶瓷中包含有15%20%的白榴石；白榴石增强陶瓷包含有35%45%的白榴石；晶体尺寸为：1-5m性能：透明度接近天然牙，气孔少，致密度高；强度高（弯曲强度112MPa，断裂韧性1.3MPa.m1/2，比传统长石陶瓷高50%。）,1、白榴石增强热压铸全瓷材料,72,微观结构,白榴石晶体(Na2O.Al2O3.4SiO2),73,双层结构,核瓷,饰瓷,74,修复效果图,75,2、二硅酸锂增强热压铸全瓷材料,组成：SiO2(60-80%),Li2O(11-19%),K2O(5-13%),P2O5(3-11%),ZrO(2-8%).结构：玻璃基质+二硅酸锂晶体（70%）性能：晶体长棒状，交互锁结，强度高，韧性好应用：前后牙修复体，三单位桥，贴面及嵌体,76,Empress 微观结构,二硅酸锂晶体(Li2O-2SiO2)核瓷,氟基磷灰石晶体饰瓷,77,Empress 修复效果图,78,五、切削成型全瓷材料,预烧结瓷块：将瓷粉加压成块，以较低的温度进行预烧结，使瓷块粉体颗粒间形成少量的玻璃相，构成低强度的颗粒间粘结。这样瓷块有一定强度，但又能进行切削加工。陶瓷胚体：瓷块经切削加工形成胚体后，还需进一步加工，比如玻璃渗透陶瓷进行渗透处理后再烧结，非玻璃渗透陶瓷进行再烧结等。完成：饰瓷调色，上釉。,79,种 类,可切削长石基烤瓷 长石为增强晶相，晶粒小，切削性能好，无需烧结可上饰面瓷二硅酸锂基切削陶瓷 二硅酸锂为增强晶相，晶粒小，切削性能好，压铸瓷块，切削后热处理切削成型玻璃渗透陶瓷 瓷粉经热等静压成型，预烧结，切削，玻璃渗透再烧结烧结切削陶瓷 纯氧化铝或氧化锆粉，等静压成型，预烧结，切削加工，再烧结。晶相致密，玻璃相少，强度高，半透明度较差。,80,1、切削成型玻璃渗透全瓷材料,尖晶石基玻璃渗透切削陶瓷氧化铝基玻璃渗透切削陶瓷氧化锆基玻璃渗透切削陶瓷,81,切削成型玻璃渗透牙冠制作过程,82,微观结构,83,制作工艺和修复效果,84,2、烧结切削陶瓷,氧化钇稳定氧化锆陶瓷成分为 ZrO2Y2O3(少量)，强度很高。氧化铝烧结切削陶瓷成分为 纯Al2O3，密度大，强度高。,氧化钇稳定氧化锆陶瓷,是室温下强度最高的陶瓷之一。氧化锆高强度的原因：四方相氧化锆的存在，相变增韧机制。,86,氧化锆陶瓷与其他牙科陶瓷机械性能对比,87,88,氧化锆陶瓷微观结构,氧化锆瓷块,氧化锆烧结后,88,89,89,90,91,91,92,常见切削成型氧化锆全瓷材料,3M ESPE Lava 系统Dentsply Cercon系统Noble Biocare Procera系统Kavo Everest系统,92,第四节 成品义齿瓷牙Ceramic denture teeth,93,定义：指用陶瓷材料制成的成品人造牙。一般用高温烤瓷粉制作成分：长石、石英高岭土等材料，经模制工艺形成牙坯，并用真空烧结（12501350）、上釉再烧结制成。特点：陶瓷牙的密度、强度、耐磨性均较高，而且色泽稳定，形象逼真，但有质脆、不耐冲击、与基托的结合强度不高等缺点。使用：陶瓷牙一般由工厂加工生产，有各种规格型号和色号供临床选用，使用时一般借固位钉或孔固定于义齿基托上。由于瓷牙坚硬，咬合力较大，为减轻牙槽骨吸收，对无牙颌病人不推荐使用。,94,95,谢谢！,问题1.陶瓷通常发生脆性断裂，哪一项原因是恰当的解释？A 低电导率 B 高弹性模量 C 高熔点 D低断裂韧性2.在金属烤瓷中，下面哪个氧化物不是主要成分？A 氧化钙 B 氧化铝 C 氧化硅 D 氧化钾3.在金属烤瓷组成中，下列哪个种类的材料没有被发现？A 高岭土 B 长石 C 石英 D 碳化硅 E 金属氧化物4.在遮色瓷组成中，下面哪种成分没有发现？A 硫酸钙 B 氧化硅 C 氧化钛 D 氧化锆 E 氧化钾5.在遮色瓷组成中，下面哪个成分是关键氧化物？A 氧化硅 B 氧化钾 C 氧化锡 D 氧化钙,问题1.陶瓷通常发生脆性断裂，哪一项原因是恰当的解释？A 低电导率 B 高弹性模量 C 高熔点 D低断裂韧性2.在金属烤瓷中，下面哪个氧化物不是主要成分？A 氧化钙 B 氧化铝 C 氧化硅 D 氧化钾3.在金属烤瓷组成中，下列哪个种类的材料没有被发现？A 高岭土 B 长石 C 石英 D 碳化硅 E 金属氧化物4.在遮色瓷组成中，下面哪种成分没有发现？A 硫酸钙 B 氧化硅 C 氧化钛 D 氧化锆 E 氧化钾5.在遮色瓷组成中，下面哪个成分是关键氧化物？A 氧化硅 B 氧化钾 C 氧化锡 D 氧化钙,6.烤瓷结合到金属基底上，应被设计在陶瓷内部有：A 轻微的压应力 B 轻微的拉应力 C 轻微的剪应力 D轻微的弯曲应力 E 轻微的扭转应力7.要使烤瓷与金属基底结合良好，烤瓷的热膨胀系数应该是：A 明显低于金属的 B 轻微低于金属的 C 轻微大于金属的 D 明显大于金属的8.在哪种加载下，牙科烤瓷显示出最大的机械变形耐受性？A 压应力 B 拉应力 C 剪应力 D 弯曲应力 E 扭转应力9.制作出烤瓷冠后，什么原因导致烤瓷从基底冠上崩裂下来？A 烤瓷金属界面的污染 B 金属表面调节剂层过厚 C 遮色瓷没有烧结到位 D 所有以上,6.烤瓷结合到金属基底上，应被设计在陶瓷内部有：A 轻微的压应力 B 轻微的拉应力 C 轻微的剪应力 D轻微的弯曲应力 E 轻微的扭转应力7.要使烤瓷与金属基底结合良好，烤瓷的热膨胀系数应该是：A 明显低于金属的 B 轻微低于金属的 C 轻微大于金属的 D 明显大于金属的8.在哪种加载下，牙科烤瓷显示出最大的机械变形耐受性？A 压应力 B 拉应力 C 剪应力 D 弯曲应力 E 扭转应力9.制作出烤瓷冠后，什么原因导致烤瓷从基底冠上崩裂下来？A 烤瓷金属界面的污染 B 金属表面调节剂层过厚 C 遮色瓷没有烧结到位 D 所有以上,