口腔陶瓷材料南京医科大学课件.ppt

1、 口腔陶瓷材料口腔陶瓷材料 南京医科大学口腔医学院南京医科大学口腔医学院 修复教研室修复教研室 钱钱 敏敏 2002008 8年年1111月月概述概述 烧结全瓷材料烧结全瓷材料 金属烤瓷材料金属烤瓷材料铸造陶瓷铸造陶瓷 成品陶瓷牙成品陶瓷牙概概 述述概念概念发展史发展史 分类分类 结构结构性能性能 陶瓷陶瓷（CeramicsCeramics）:凡是非金属、凡是非金属、非有机物的材料都称为非有机物的材料都称为CeramicsCeramics。为了同岩石和矿物区别，又限定为：为了同岩石和矿物区别，又限定为：凡是人工在高温下焙烧制成的固体凡是人工在高温下焙烧制成的固体物都称之为物都称之为Cerami

2、csCeramics,这些无机固体这些无机固体材料由材料由氧化物氧化物、氮化物氮化物、碳化物碳化物等等原料制成。该词来源于希腊语的原料制成。该词来源于希腊语的KeramosKeramos，意为烧过的材料。中文为意为烧过的材料。中文为“陶瓷或陶器陶瓷或陶器”。瓷瓷（PorcelainPorcelain）:一类特殊的一类特殊的CeramicsCeramics，它由它由白粘土白粘土、石英石英和和长石长石三种材料混合，经过粉碎、三种材料混合，经过粉碎、混合、成形和烧结形成的白色陶混合、成形和烧结形成的白色陶器。中文为器。中文为“瓷、瓷器瓷、瓷器”。发展史发展史 据出土的古陶瓷文物分析，陶瓷的历史据出土

3、的古陶瓷文物分析，陶瓷的历史可以追溯到九千年以前。早期的陶瓷只可以追溯到九千年以前。早期的陶瓷只是陶器，人们用泥土作原料，以树木燃是陶器，人们用泥土作原料，以树木燃烧获得温度，使之烧结，得到一定强度、烧获得温度，使之烧结，得到一定强度、多孔和透气的制品。多孔和透气的制品。随着含铝成份较高的瓷土及高岭土原料随着含铝成份较高的瓷土及高岭土原料的应用、高温技术的发展和釉的发明，的应用、高温技术的发展和釉的发明，产生了陶器到瓷器的第一个台阶。在中产生了陶器到瓷器的第一个台阶。在中国出现了著名的唐三彩和邢窑白釉瓷。国出现了著名的唐三彩和邢窑白釉瓷。进入二十世纪以来，出现了一系列不进入二十世纪以来，出现了

4、一系列不同于硅酸盐化合物的陶瓷材料，如以同于硅酸盐化合物的陶瓷材料，如以氧化物、氮化物、硅化物、硼化物等氧化物、氮化物、硅化物、硼化物等制成的陶瓷材料，进而由传统发展到制成的陶瓷材料，进而由传统发展到先进陶瓷。这一阶段的先进陶瓷无论先进陶瓷。这一阶段的先进陶瓷无论从原料、显微结构中体现的晶粒、晶从原料、显微结构中体现的晶粒、晶界、气孔、缺陷等，在尺度上都处于界、气孔、缺陷等，在尺度上都处于微米级水平。因此，又称为微米级水平。因此，又称为微米先进微米先进陶瓷或精细陶瓷陶瓷或精细陶瓷(fine ceramics)fine ceramics)。随着各种新型功能陶瓷的随着各种新型功能陶瓷的研究并应用于

5、医学研究并应用于医学,形成了形成了生物陶瓷概念生物陶瓷概念。应用在口腔。应用在口腔医学领域医学领域,称为称为口腔生物陶口腔生物陶瓷材料。瓷材料。口腔应用口腔应用遗憾之一是：中国有几千年的遗憾之一是：中国有几千年的瓷文化历史，却在口腔应用研瓷文化历史，却在口腔应用研究方面远远落后于发达国家。究方面远远落后于发达国家。遗憾之二是遗憾之二是:当国人在接受瓷材当国人在接受瓷材修复的时候，相当部分牙科医修复的时候，相当部分牙科医师在滥用误用。师在滥用误用。我国烤瓷修复我国烤瓷修复19771977年研制国产烤瓷粉年研制国产烤瓷粉19801980年华东地区办烤瓷学习班年华东地区办烤瓷学习班19901990s

6、 s全国广泛应用烤瓷修复全国广泛应用烤瓷修复19981998年召开烤瓷修复研讨会年召开烤瓷修复研讨会 分分 类类 按性质：按性质：单纯陶瓷和陶瓷基复合材料；单纯陶瓷和陶瓷基复合材料；氧化物系陶瓷和非氧化物系陶瓷；氧化物系陶瓷和非氧化物系陶瓷；惰性陶瓷和反应性陶瓷；惰性陶瓷和反应性陶瓷；吸收性陶瓷和非吸收性陶瓷吸收性陶瓷和非吸收性陶瓷 按临床使用部位：按临床使用部位：植入性陶瓷植入性陶瓷 非植入性陶瓷非植入性陶瓷 按临床用途：按临床用途：烧结全瓷烧结全瓷 金属烤瓷金属烤瓷 铸造陶瓷铸造陶瓷 种植陶瓷种植陶瓷 成品陶瓷牙等成品陶瓷牙等口腔陶瓷材料的结构口腔陶瓷材料的结构相组成相组成晶相晶相玻璃相玻

7、璃相气相气相/气孔气孔结合键结合键离子键离子键共价键共价键混合键混合键口腔陶瓷材料性能口腔陶瓷材料性能 物理性能物理性能 密度密度 2.4(2.4(g/cmg/cm3 3)热膨胀系数热膨胀系数 6 61010-6-68 81010-6-6 热导率热导率 0.042(0.042(J/cm.J/cm.s s)吸水率吸水率 0%0%-2%-2%光透过率光透过率 50%(2 50%(2mmmm板板)体积收缩率体积收缩率 35%35%-50%-50%体积收缩问题：体积收缩问题：透明性问题：透明性问题：机械性能机械性能 抗压强度（抗压强度（MpaMpa）345 345 抗拉强度（抗拉强度（MpaMpa）3

8、4.6 34.6 抗弯强度（抗弯强度（MpaMpa）55 55 努氏硬度（努氏硬度（MpaMpa）4600 4600 特点：特点：抗压强度、硬度及耐磨度非常高抗压强度、硬度及耐磨度非常高 抗拉强度、抗弯强度及抗冲击强度较低抗拉强度、抗弯强度及抗冲击强度较低 函待解决问题：函待解决问题：质脆易折。质脆易折。“纳米纳米”技技术术化学性能：化学性能：口腔材料中化学性能最稳定口腔材料中化学性能最稳定生物性能：生物性能：口腔材料中生物性能最优良口腔材料中生物性能最优良审美性能：审美性能：口腔材料中最佳口腔材料中最佳影响陶瓷性能的主要因素影响陶瓷性能的主要因素 组成组成 结构结构 性质性质 晶体结构晶体结

9、构 相分布相分布 晶粒尺寸和形状晶粒尺寸和形状 气孔气孔 杂质杂质 缺陷缺陷 晶界等晶界等口腔陶瓷制品的成型口腔陶瓷制品的成型烧结烧结表面涂层表面涂层烤瓷熔附金属修复烤瓷熔附金属修复体体铸造铸造铸造陶瓷；失蜡铸造铸造陶瓷；失蜡铸造烧结全瓷材料烧结全瓷材料 烧结全瓷材料烧结全瓷材料（sintered all ceramic sintered all ceramic materialsmaterials）系指烧结制作口腔全瓷修复体系指烧结制作口腔全瓷修复体的一种瓷料，以往称为的一种瓷料，以往称为烤瓷材料烤瓷材料（porcelain materialsporcelain materials）,又称为

10、烤瓷粉，又称为烤瓷粉，但目前为了区别与其它全瓷工艺及材料上但目前为了区别与其它全瓷工艺及材料上的差别，改称为烧结全瓷材料的差别，改称为烧结全瓷材料种类和组成种类和组成 种类种类根据熔点分类根据熔点分类高熔烤瓷瓷料高熔烤瓷瓷料 12001200-1450-1450中熔烤瓷瓷料中熔烤瓷瓷料 10501050-1200-1200低熔烤瓷瓷料低熔烤瓷瓷料 850850-1050-1050根据成分和性质分根据成分和性质分长石质烤瓷长石质烤瓷氧化铝质烤瓷氧化铝质烤瓷 组组 成成 长石长石(NaNa2 2O OAlAl2 2O O3 36SiO6SiO2 2 钠长石钠长石/K K2 2O OAlAl2 2O

11、 O3 36SiO6SiO2 2钾钾长石长石)：烤瓷材料的主要成分；助熔作用：烤瓷材料的主要成分；助熔作用 石英石英(SiOSiO2 2)：增强材料，但透明度低增强材料，但透明度低 白陶土白陶土(AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O O)：具粘性，赋予陶瓷成具粘性，赋予陶瓷成形和烧结形和烧结 ，增加陶瓷的韧性和不透明性；烧结，增加陶瓷的韧性和不透明性；烧结后体积收缩大后体积收缩大 硼砂硼砂 ：助熔作用：助熔作用 硅石硅石：增加强度和透明度：增加强度和透明度 氧化铝氧化铝：增加强度，减少烧结收缩：增加强度，减少烧结收缩 着色剂着色剂 ：金属氧化物金属氧化物 釉料釉料：

12、增加光泽度：增加光泽度 荧光剂荧光剂：增加烤瓷的自然色感：增加烤瓷的自然色感 结合剂结合剂 ：长石质烤瓷长石质烤瓷：P103P103氧化铝质烤瓷氧化铝质烤瓷：核心部材料：核心部材料：40405050的氧化铝，粒度的氧化铝，粒度3030umum，烧结温度烧结温度10501050外层材料：外层材料：氧化铝瓷外层材料的组成氧化铝瓷外层材料的组成性性 能能 物理机械性能物理机械性能 化学性能：稳定化学性能：稳定 生物性能：良好生物性能：良好 审美性能审美性能 工艺步骤（工艺步骤（P105P105）成型成型 烧结烧结用用 途途嵌体、冠、牙面嵌体、冠、牙面因脆性大易折，已逐渐被金属烤瓷因脆性大易折，已逐渐

13、被金属烤瓷修复体所替代修复体所替代新开发的烤瓷材料新开发的烤瓷材料（如玻璃陶瓷、如玻璃陶瓷、In-creamIn-cream渗透陶瓷、高纯铝瓷、渗透陶瓷、高纯铝瓷、e.maxe.max铸瓷等铸瓷等),),其强度得到保证后，其强度得到保证后，应用逐步广泛。应用逐步广泛。金属烤瓷材料金属烤瓷材料 金属烤瓷修复技术金属烤瓷修复技术(porcelianporcelian-fused-to-metal)fused-to-metal)：又称又称金瓷修复技金瓷修复技术术，是研究将烤瓷烧结到合金表面形成，是研究将烤瓷烧结到合金表面形成修复体的技术，瓷熔附金属形成的修复修复体的技术，瓷熔附金属形成的修复体称体称

14、 金金-瓷修复体。用于金瓷修复的烤瓷修复体。用于金瓷修复的烤瓷材料称之为金属烤瓷材料，又称为瓷材料称之为金属烤瓷材料，又称为金金属烤瓷粉属烤瓷粉（porcelain-fused-to-porcelain-fused-to-metal-powdermetal-powder）金属烤瓷材料种类、金属烤瓷材料种类、组成和性能组成和性能属低熔瓷，熔点在属低熔瓷，熔点在85085010501050 组组 成成(P102)P102)性性 能能(P102)P102)金属烤瓷材料与金属烤瓷材料与 金属的结合金属的结合 金属烤瓷瓷料与金属的金属烤瓷瓷料与金属的 结合形式结合形式 机械结合：表面机械嵌合机械结合：表

15、面机械嵌合物理结合：范德华力物理结合：范德华力压力结合：金属的热膨胀系数压力结合：金属的热膨胀系数瓷的热膨胀系数瓷的热膨胀系数化学结合：化学键（离子键、化学结合：化学键（离子键、共价键和混合键）共价键和混合键）机械性结合机械性结合：指烤瓷熔融后流入指烤瓷熔融后流入粗化的、凹凸不平的合金表面而形粗化的、凹凸不平的合金表面而形成相互融合的机械锁结作用，属物成相互融合的机械锁结作用，属物理性结合；表面过于粗糙，界面易理性结合；表面过于粗糙，界面易产生气泡或介入异物，影响金瓷结产生气泡或介入异物，影响金瓷结合。合。范德华力结合（范德华力结合（Van Van derder Weals Weals for

16、ceforce）：亦称为分子间引力，是指两个亦称为分子间引力，是指两个极化的分子或原子密切接触时产生的静电极化的分子或原子密切接触时产生的静电吸引力。此过程不发生电子的转移。瓷对吸引力。此过程不发生电子的转移。瓷对合金表面的润湿度越大，其间产生的范德合金表面的润湿度越大，其间产生的范德华力越大。华力越大。压缩力结合压缩力结合：压缩力是当烤瓷熔附压缩力是当烤瓷熔附金属修复体冷却后，因合金比瓷的金属修复体冷却后，因合金比瓷的收缩大而快，使瓷的界面受到合金收缩大而快，使瓷的界面受到合金收缩的影响，内部产生的一种压力。收缩的影响，内部产生的一种压力。主要由于金瓷之间主要由于金瓷之间热膨胀系数的差热膨胀

17、系数的差异异造成。造成。化学性结合：化学性结合：指合金表面的氧化物与烤瓷成分中指合金表面的氧化物与烤瓷成分中的氧化物和非晶型玻璃质之间发生化学反应而相互的氧化物和非晶型玻璃质之间发生化学反应而相互结合；结合的基本条件是合金表面氧化层的存在。结合；结合的基本条件是合金表面氧化层的存在。合金合金 金属烤瓷材料与金属金属烤瓷材料与金属 结合的影响因素结合的影响因素 合金表面氧化膜的厚度合金表面氧化膜的厚度：0.20.22 2umum 热膨胀系数问题：热膨胀系数问题：要求烤瓷的热膨胀系要求烤瓷的热膨胀系数稍小于金属的热膨胀系数，两者之差数稍小于金属的热膨胀系数，两者之差在在(0(00.5)0.5)10

18、106 6/的范围内最为理的范围内最为理想。想。表面粗化程度及界面润湿问题表面粗化程度及界面润湿问题:瓷与金瓷与金属良好结合的前提是烤瓷在熔融状态下属良好结合的前提是烤瓷在熔融状态下与金属界面保持良好的湿润状态，接触与金属界面保持良好的湿润状态，接触角不大于角不大于6060 修复体正确的设计和制作修复体正确的设计和制作控制表面氧化膜厚度的方法控制表面氧化膜厚度的方法 控制合金预氧化时间和温度：控制合金预氧化时间和温度：贵金属合金需要预氧化贵金属合金需要预氧化 负压下烧结负压下烧结 表面涂布粘结剂表面涂布粘结剂 合理打磨合理打磨铸造陶瓷材料铸造陶瓷材料齿科铸造陶瓷齿科铸造陶瓷（castablec

19、astable dental dental ceramicceramic）是可用失蜡铸造工艺（）是可用失蜡铸造工艺（lost-wax lost-wax casting techniquecasting technique）成型的陶瓷。它是一）成型的陶瓷。它是一种玻璃陶瓷材料（种玻璃陶瓷材料（glass ceramicglass ceramic），先经），先经铸造工艺以玻璃态成形，之后经热处理产铸造工艺以玻璃态成形，之后经热处理产生结晶相而瓷化，使材料获得足够的强度。生结晶相而瓷化，使材料获得足够的强度。用铸造陶瓷材料制作修复体的技术称为用铸造陶瓷材料制作修复体的技术称为铸铸造陶瓷修复工艺造陶瓷

20、修复工艺，所制作的修复体称为，所制作的修复体称为铸铸造陶瓷修复体。造陶瓷修复体。种种 类类 云母系玻璃陶瓷（云母系玻璃陶瓷（midamida-based glass-based glass ceramicsceramics）：）：主晶相为硅氟云母（主晶相为硅氟云母（K K2 2MgMg5 5SiSi8 8O O2 20F0F4 4）的铸造）的铸造陶瓷材料。有陶瓷材料。有K K2 2O-MgO-AlO-MgO-Al2 2O3-SiOO3-SiO2 2-F-F2 2系列（国系列（国产）或产）或K K2 2O-MgFO-MgF2 2-MgO-SiO-MgO-SiO2 2-ZrO-ZrO2 2(Dic

21、or)(Dicor)系列。系列。其晶化前玻璃体含二氧化硅（其晶化前玻璃体含二氧化硅（SiOSiO2 2）较多，晶）较多，晶化后生成物的主晶相为硅氟云母。化后生成物的主晶相为硅氟云母。磷灰石系玻璃陶瓷（磷灰石系玻璃陶瓷（apatite-based apatite-based glass glass cetamicscetamics）：）：主晶相为磷灰石的主晶相为磷灰石的铸造陶瓷材料，为磷酸钙结晶类铸造陶铸造陶瓷材料，为磷酸钙结晶类铸造陶瓷。瓷。主晶相为磷灰石主晶相为磷灰石CaCa1010(PO4)(PO4)6 6(OH,F)(OH,F)2 2 的的MgO-CaO-SiOMgO-CaO-SiO2

22、2-P-P2 2O O5 5-F-F系列系列(如如CerapearlCerapearl)主晶相为偏磷酸钙主晶相为偏磷酸钙-Ca-Ca3 3P P2 2O O4 4 的的CaO-AlCaO-Al2 2O O3 3-P P2 2O O5 5系列系列 其晶化前玻璃体含较多其晶化前玻璃体含较多P P2 2O O5 5和和CaOCaO，晶，晶化后生成物是磷灰石类结晶。化后生成物是磷灰石类结晶。组组 成成 组成中组成中 ZrOZrO2 2、P P2 2O O5 5为结晶成核剂，使材料在热为结晶成核剂，使材料在热处理过程中能在玻璃相中析出结晶相。处理过程中能在玻璃相中析出结晶相。AlAl2 2O O3 3和

23、和SiOSiO2 2可提高陶瓷的强度和硬度。可提高陶瓷的强度和硬度。MgOMgO可提高陶瓷粉熔化后的流动性，减可提高陶瓷粉熔化后的流动性，减少黏滞性。少黏滞性。CaOCaO和和P P2 2O O5 5可改善材料的生物性能。可改善材料的生物性能。性性 能能 物理机械性能物理机械性能(P111)(P111)化学性能化学性能 生物性能生物性能铸造陶瓷的制作工艺铸造陶瓷的制作工艺 铸造（铸造（castingcasting）：）：磷酸盐包埋材无圈包磷酸盐包埋材无圈包埋，铸造埋，铸造 结晶化热处理结晶化热处理（crystallization heat crystallization heat treatm

24、entstreatments）试戴（试戴（try weartry wear）：）：着色与上釉（着色与上釉（cooloringcooloring and glazing and glazing）：）：粘接（粘接（bondingbonding）：）：结晶化热处理结晶化热处理 目的：将经过熔融、铸造后的玻璃态材目的：将经过熔融、铸造后的玻璃态材料转变为具有优于原始材料性能的玻璃料转变为具有优于原始材料性能的玻璃陶瓷。陶瓷。铸造陶瓷铸造后再次加热，使其在玻璃铸造陶瓷铸造后再次加热，使其在玻璃相中析出结晶相，称为相中析出结晶相，称为“结晶化处理结晶化处理”。铸造陶瓷材料在铸造刚刚完成时，还具铸造陶瓷材料

25、在铸造刚刚完成时，还具有一定的流动性，其结构也是非晶态的。有一定的流动性，其结构也是非晶态的。当再次加热时，材料中析出的晶体将以当再次加热时，材料中析出的晶体将以成核剂为中心生长，形成成核剂为中心生长，形成CaCa1010（POPO4 4）6 6O O，但此时的化学性能还不稳定，在接触到但此时的化学性能还不稳定，在接触到水分后，成为结晶结构的水分后，成为结晶结构的CaCa1010（POPO4 4）6 6（OHOH）2 2，即羟基磷灰石晶体。结晶化处，即羟基磷灰石晶体。结晶化处理后的铸件具有高密度结构、高机械强理后的铸件具有高密度结构、高机械强度、硬度大和化学性质稳定等特点。度、硬度大和化学性质

26、稳定等特点。处处 理理 过过 程程 起始温度起始温度750750，保持，保持15min15min；每分钟升高每分钟升高5050，直到，直到870870维持维持1h1h影影 响响 因因 素素 成核剂：是控制结晶化热处理的关键成核剂：是控制结晶化热处理的关键 成核温度：成核温度：结晶化温度：结晶化温度：结晶温度过低，晶体数量过少；结晶温度过低，晶体数量过少；结晶化温度过高，材料强度下降和折光结晶化温度过高，材料强度下降和折光率降低。率降低。结晶化热处理升温速度：升温过快，结晶化热处理升温速度：升温过快，会导致在玻璃相和结晶相之间产生内会导致在玻璃相和结晶相之间产生内应力，导致变形和破裂应力，导致变形和破裂氧化钛（白色）氧化钛（白色）氧化铯（黄色）氧化铯（黄色）氧化镍（灰色）氧化镍（灰色）氧化钴（蓝色）氧化钴（蓝色）氧化铁（褐色）氧化铁（褐色）磷酸锰（红色）磷酸锰（红色）烤瓷及其他材料的硬度比较烤瓷及其他材料的硬度比较 材材 料料 布布 氏氏 硬硬 度度 烤瓷烤瓷 400 400 牙釉质牙釉质 300 300 牙本质牙本质 65 65 银汞合金银汞合金 90 90 硅酸盐水门汀硅酸盐水门汀 70 70 复合树脂复合树脂 75 75 自凝塑料自凝塑料 16 16