口腔材料学2013版-陶瓷部分

第三节陶瓷材料基本知识一、陶瓷的概念及分类陶瓷（ceramic）是陶器和瓷器的总称。陶瓷还可以由玻璃晶化而来，由此产生的陶瓷称为玻璃陶瓷（glass-ceramic）。陶瓷的分类方法很多。按原料来源分为普通陶瓷（传统陶瓷）和特种陶瓷（精细陶瓷），普通陶瓷是以天然的硅酸盐矿物原料制成，特种陶瓷则采用纯度较高的人工合成化合物。陶瓷还可按其主要晶相来命名。二、陶瓷的结构陶瓷是多相多晶材料，显微结构通常由晶相、玻璃相和气相（孔）组成，各组成相结构、所占比例及分布对陶瓷性能有显著影响。（一）晶相晶相是由原子、离子、分子在空间有规律排列成的结晶相。

1、晶相的结合键陶瓷的晶相以离子键或共价键为主的离子晶体或共价晶体为主。大多数为混合键。晶相对陶瓷的物理、化学和力学性能起决定作用。离子键和共价键决定了陶瓷具有高熔点、高耐热性、高化学稳定性、高绝缘性和高脆性。2、晶相的晶体结构普通陶瓷的晶体相主要是硅酸盐晶体，特种陶瓷的晶相为氧化物、氮化物、碳化物、硼化物和硅化物晶体。（二）玻璃相陶瓷烧结时原料中有些硅酸盐已处于熔化状态，熔化后黏度大，冷却时原子迁移比较困难，很难重新结晶，成为过冷液体，当其继续冷却到玻璃化温度时，成非晶态玻璃质（相）。不同的陶瓷材料玻璃相的含量不同。

玻璃相的作用：①起粘接剂和填充剂的作用，填充晶粒间隙和气孔，将晶粒粘接在一起，使材料致密化；②降低烧成温度，加快烧结过程；③阻止晶型转变，抑制晶粒长大，使晶粒细化；④增加陶瓷的透明度；⑤降低陶瓷材料的力学强度和热稳定性。云母玻璃陶瓷中的玻璃相

（三）气相气相是指陶瓷中的气孔，在陶瓷烧制过程中形成并保留下来的，显著降低陶瓷的强度、断裂韧性和半透明性。应当尽量减少气孔。植入陶瓷材料往往需要含有一定的气孔。三、陶瓷的性能特点

1、力学性能（1）高硬度（2）高弹性模量、高脆性：韧性对其表面上的缺陷特别敏感；受载时，裂纹尖端产生很高的应力集中，很快扩展，表现出很高的脆性。陶瓷在拉伸时几乎没有塑性变形，直接脆断。

（3）低拉伸强度、弯曲强度和较高的压缩强度：陶瓷的实际拉伸强度要比金属低很多。陶瓷在受压时，气孔等缺陷不易扩展成宏观裂纹，压缩强度较高。对陶瓷表面进行处理，减少表面缺陷或在表面造成残余压应力层，可以有效地提高陶瓷强度。测定陶瓷的弯曲强度表示其强度，同时反映拉伸强度和压缩强度。

（4）优良高温强度和低抗热震性：陶瓷的熔点高于金属。陶瓷在高温下不仅保持高硬度，而且基本保持其室温下的强度，具有高的蠕变抗力，同时抗氧化性能好。当温度剧烈变化时容易破裂，烧结和使用时要加以注意。2、物理性能和化学性能

(1)热性能：陶瓷的熔点高。（2）电性能：可用作绝缘材料。（3）化学稳定性：结构稳定，对酸、碱、盐有良好的抗蚀能力。（4）美观性能：表面光泽度高，具有透明和半透明性，与真牙极为相似，具有优秀的审美性。3、生物性能化学稳定性赋予陶瓷良好的生物惰性和生物相容性，无毒、无味、无刺激，耐人体体液腐蚀。四、陶瓷制品的制备方法

1、传统烧结法（1）坯料制备：天然原料，人工合成原料。根据成型工艺要求，可以是粉料、浆料或可塑泥团。（2）成型：最常用的成型方法有堆塑法和压制法。（3）烧结：在高温下，陶瓷生坯固体颗粒表面熔化，相互熔结，气孔逐步排除或减少，陶瓷致密度增加，体积收缩，最后成为具有一定强度的致密的瓷体，这种现象称为烧结（sintering）。2、玻璃晶化法玻璃在高温熔化后具有良好的流动性，可浇铸成任意形状的铸件，置于特定温度下进行结晶化处理，使玻璃中析出大量的晶体而转变为陶瓷结构，这种制备陶瓷的方法称为玻璃晶化法，陶瓷质地致密，具有较高的强度，称为玻璃陶瓷（glass-ceramics）或微晶玻璃（microcrystallingglass）。第十三章口腔修复陶瓷材料

口腔修复陶瓷材料（dentalceramics）是指通过口腔技工室制作的用于牙齿缺损或缺失修复的瓷质材料。根据瓷修复体的构成可将口腔修复陶瓷材料分为制作全瓷（all-ceramic）修复体的材料、制作瓷熔附金属修复体的烤瓷材料和用于义齿的瓷牙。第一节金属烤瓷材料一、概述金属烤瓷（porcelain）材料是指用于瓷熔附金属（porcelain-fused-to-metal）修复体的陶瓷材料，其烧结后的结构以玻璃相为主。瓷熔附金属修复体由金属基底（冠）和熔附于其表面的瓷构成，它将陶瓷材料的美观性与金属的强韧性结合起来，形成既具有自然牙齿样外观，又具有良好力学性能的修复体。

金属烤瓷材料必须满足以下要求：①能模拟自然牙的外观；②在相对较低的温度下熔结，通常要低于基底金属熔化温度至少100°C左右；③能与金属基底形成牢固的结合；④具有与基底金属相匹配的线胀系数；⑤对金属基底表面有良好的润湿性；⑥耐受口腔环境；⑦具有与釉质相似的硬度，不能过度磨耗对颌牙。二、组成和性能金属烤瓷材料是以瓷粉的形式提供，使用时与水或专用调和液混合成粉浆，涂布于金属基底表面，然后在烧结驴内进行烧制。市售的瓷粉由遮色瓷、牙本质（体）瓷和釉质瓷三部分构成。

（一）组成金属烤瓷材料是以长石（feldspar）为主要原料，添加有石英和助溶剂。长石主要是天然钠长石（Na2O·Al2O3·6SiO2）或钾长石（K2O·Al2O3·6SiO2）。瓷粉中的玻璃质赋予烤瓷良好的半透明性。白榴石晶体具有高线胀系数，可缩小瓷与金属基底在线胀系数上的差异，改善金-瓷结合，也能提高烤瓷的强度。

（二）瓷粉的烧结烧结（sintering）是指高温条件下，瓷坯体孔隙率降低、力学性能提高的致密化过程。温度升高，瓷粉表面发生熔融，瓷粉颗粒间互相熔结，并排出气体，最终形成较为致密的烧结体。在真空下进行烧结，可以获得气孔很少的烧结体。瓷粉在烧结过程中体积会发生明显的收缩。（三）性能三、瓷与金属的结合（一）金属烤瓷材料与金属的结合形式

1、化学性结合贵金属基底合金Fe、In、Sn在金属表面形成Fe2O3、In2O3、SnO2等氧化膜。非贵金属表面氧化形成Cr2O3、NiCr2O4等氧化膜。熔化的遮色瓷能部分溶解这些氧化膜，氧化膜的氧化物与瓷内的氧化物相互扩散，形成化学性吸附，产生牢固的结合。

金属表面的氧化膜的成分必须与瓷的氧化物成分相同或相似，与金属基底结合牢固。瓷粉熔化后能在金属表面充分润湿并流动，以便形成均匀无孔的界面。

2、机械嵌合瓷粉熔化后流入粗糙的金属表面的小凹坑内，凝固后形成机械嵌合力，提高金瓷结合。3、物理性结合是指瓷分子与金属表面氧化物分子间的作用力。

4、界面压缩应力结合当烤瓷的线胀系数略小于基底金属时，冷却过程中基底金属的收缩略大于烤瓷，对界面处的烤瓷形成轻度的压缩力，能够增强界面的机械嵌合作用，提高金-瓷结合力。热胀系数的影响（二）提高金瓷结合的途径

1、基底金属与烤瓷的线胀系数的匹配通常要求两者线胀系数之差在（0~0.5）×10-6·K-1的范围内。理想的情况是两者的线胀系数完全相同，但是这种情况很难达到。所以通常采用烤瓷的线胀系数稍小于金属的线胀系数。2、适当增加金属的表面粗糙度更大的表面积，形成更多的化学性结合，形成牢固的机械嵌合力。采用氧化铝喷砂方法来粗糙金属表面。

3、改善瓷粉熔融后在金属表面的润湿性（无污染）四、工艺步骤简介第二节烧结全瓷材料

一、概念和分类全瓷修复体是指修复体全部由瓷制作而成。烧结全瓷材料是采用瓷粉烧结方法制作全瓷修复体的材料。消除了金属基底对修复体透明性的影响，制作修复体美观性更好。全瓷材料具有足够的强度和韧性，特别是弯曲强度和断裂韧性方面。金属烤瓷和全瓷透光性对比二、白榴石增强长石质烤瓷

1、组成组成上与金属烤瓷材料相似，含有更多的白榴石增强晶相，体积含量为35%~45%，均匀分散。白榴石晶相强度较高，可阻止玻璃相中裂纹的扩展或者使裂纹方向偏转，增强强度。2、性能白榴石增强长石质烤瓷的弯曲强度可达104MPa，断裂韧性为1.5MPa·m1/2，压缩强度也较高。白榴石的线胀系数大，这种差异造成瓷在冷却时白榴石晶体周围的玻璃基质中产生切向压缩应力，起到了裂纹挡板的作用，可提高脆弱的玻璃相抗裂纹扩展的能力。

白榴石晶体的折射率与玻璃基质相近，具有很好的透明性。

3、应用适用于制作通过粘接性粘固的单个前牙冠、贴面、嵌体、高嵌体等修复体。

三、氧化铝增强烤瓷

1、组成氧化铝增强烤瓷是在具有相近线胀系数的玻璃基质中的分散许多高熔点氧化铝晶体微粒而形成。氧化铝具有高弹性模量和高断裂韧性，显著提高瓷的强度。

2、性能增加氧化铝的含量可显著提高瓷的强度。瓷的透明性则降低。氧化铝晶体含量较高的瓷用于制作全瓷修复体的基核（例如冠核）。氧化铝晶体的线胀系数与瓷的玻璃基质相近。

3、应用适用于制作通过粘接性粘固的单个前牙及后牙冠的基底修复体。

四、烧结全氧化铝瓷由纯度高达99.9%以上的氧化铝粉末组成。以极高的压力将细粉压在机制代型上，形成修复体坯体。材料高堆积密度，明显降低气孔率，减少烧结时间，减缓晶体长大。然后在1550°C以上温度下烧结，可用于制作后牙冠桥。第三节热压铸全瓷材料一、概念和分类热压铸（heat-pressed）全瓷材料又称为注射成型玻璃陶瓷（injection-moldedglass-ceramic），简称铸瓷。采用注射成型方法将玻璃陶瓷在高温、高压下注入型腔并烧结、制作全瓷修复体的陶瓷。热压铸方法有助于提高致密度和强度，并可促使玻璃基质中晶相很好地分散排列，而且瓷的密度高，晶体粒子小，边缘适合性好。

热压铸全瓷修复体通过失蜡法铸造成型，形态准确，玻璃成分较多，具有半透明性，美观，氢氟酸可蚀刻，粘接性能好。缺点是设备的初次投资大，强度相对较低，与饰瓷的结合不够强，不适用于桥体。根据热压铸全瓷材料中增强晶相的种类可分为：白榴石增强热压铸全瓷材料和二硅酸锂（lithiumdisilicate）增强热压铸全瓷材料。热压烧结炉第四节粉浆堆涂玻璃渗透全瓷材料一、概念和种类粉浆堆涂玻璃渗透（slip-castingglass-infiltrated）全瓷材料简称为玻璃渗透全瓷，是通过粉浆堆涂成型方法将耐高温微晶体颗粒在耐火模型上成型，干燥后进行高温半烧结，烧制成由微粒骨架组成的、具有多孔结构的瓷修复体，随后将镧系玻璃粉熔融后通过毛细血管作用渗透入瓷的孔隙内，最后用线胀系数匹配的饰面瓷对修复体进行饰面。

玻璃渗透全瓷材料的骨架是相互烧结在一起的晶体（相）微粒，约占75%，具有较高的强度。渗透玻璃位于晶体微粒的间隙中，形成一种相互贯穿、互渗的结构，提高了瓷的力学性能，制作无金属基底的全瓷修复体，修复体美观性能好。

根据玻璃渗透全瓷中的晶体骨架的种类可将此类材料分为：氧化铝基、尖晶石基及氧化锆增韧氧化铝玻璃渗透全瓷材料。玻璃渗透全瓷材料的主体是高熔点、高强度的微粒烧结骨架，其玻璃质含量较少，具有优异的力学性能，体积收缩很小，具有优异的边缘适合性。57部分烧结氧化铝块磨削多孔核冠玻璃渗透致密核冠饰瓷全瓷牙冠氧化铝基玻璃渗透牙冠制作过程58制作工艺和修复效果第五节切削成型全瓷材料

切削成型陶瓷（machinedceramic）指通过机械切削工艺制作修复体的陶瓷材料。目前主要有：可切削长石基烤瓷、二硅酸锂基切削陶瓷、玻璃渗透切削陶瓷、烧结切削陶瓷。四、烧结切削陶瓷（一）氧化钇稳定的氧化锆瓷

1、组成主要成分是氧化锆，含量达94%，氧化钇的含量含量为5%，微量的氧化铝，能增强耐久性。通过热等静压方法将氧化铝粉末压制成颗粒间具有微小孔隙的坯块，并进行预烧结。强度较低，容易进行切削加工。进一步的致密化烧结，成为致密的氧化锆四方晶相结构，基本上没有玻璃相。最后在表面涂布饰面瓷并进行烧结，完成修复体的制作。2、性能氧化钇稳定的氧化锆瓷具有非常高的强度和良好的韧性。烧结后的氧化锆瓷以多