不同实验方法对牙科陶瓷材料抗压强度的影响

罗玉玲（综述），黄 玮（审校）

（南昌大学附属口腔医院VIP诊室，南昌 330006）

牙科陶瓷与人天然牙色泽相似，且化学稳定性和生物相容性良好。陶瓷材料具有良好的机械性能，其密度及硬度与釉质接近，透明度及折射率也与釉质相似，是牙科领域重要的冠桥修复材料。但是陶瓷属于脆性材料，抗弯曲强度和韧性低，在0.1%的应变范围内就会发生断裂［1］，因而陶瓷材料的脆性特点限制了其运用和发展。Y.Makoto［2］报道，有7%的金瓷修复体为瓷折裂导致失败，而且瓷折裂后修补困难，最终导致修复体拆除重做。因此预防和减少金瓷修复体瓷折裂已经成为当前口腔科急需解决的问题。

烤瓷修复材料的抗压强度是学者们评价其临床应用前景的重要指标之一。国内外学者对口腔修复用陶瓷材料的抗压强度进行了大量研究，目前对陶瓷材料的研究方法也多种多样，不同的测试方法对测量结果的影响不同。本文就实验方法对牙科陶瓷材料抗压强度的影响作一综述。

1 试件制作方法

烤瓷修复材料抗压强度的测量所需的试件有瓷片法和全冠法2种，为了更好地模拟临床实践，一般采用全冠法，全冠法可以分为恢复牙冠解剖形态和不恢复牙冠解剖形态:恢复牙冠解剖形态即制作的全冠牙合面恢复牙尖的正常解剖形态。C.W.Ku等［3］在实验中采用上颌中切牙树脂模型进行牙体预备、翻制模型、制作全冠后测量抗折强度。上颌中切牙形态易恢复，出现的误差小，因此大多数实验均采用上颌中切牙作为基牙测量陶瓷冠的抗压强度。但也有学者选择离体第三磨牙作为标本制作烤瓷全冠，并恢复牙冠的轴面和牙合面的解剖形态［4］。

然而影响全冠抗压强度的因素很多，有报道认为，瓷层过厚或过薄同样会造成瓷崩裂［5］。因此为避免瓷层厚度对烤瓷全冠抗压强度带来的影响，实验用烤瓷全冠特别是牙尖多，形态复杂的后牙多不恢复牙合面解剖形态，即将实验牙轴面按常规进行牙体预备，而牙合面则预备成平面［6］，形成的烤瓷冠牙合面同样制作成平面，以达到冠蜡型厚度一致。

2 加载方式

修复体在口腔中所处的载荷状态和受影响的环境因素错综复杂，因此烤瓷冠的强度也受诸多因素影响。其中除修复体的材质、种类和几何形态以外，还包括载荷特性和水域环境等。测量烤瓷冠材料强度的常用方法有3种:静态载荷、动态载荷及循环载荷。

2.1 静态载荷

目前口腔修复领域采用的加载方式大多属于静态载荷，主要为垂直、水平和斜向载荷3种。李雅娟等［7］将样本置于万能材料测试机上以1 mm·min-1的速度缓慢加载于标本牙合面，直至金瓷冠瓷层碎裂崩脱时的压力值。静止加载的实验设备简单，易操作，但只能模拟一种负重条件下独立的、呈点状的受力情况，缺乏整体力学研究，与实际情况有一定的差异。

2.2 动态载荷

口腔内牙科修复体长期承受各种外力的作用，外力作用方式错综复杂、多种多样，不仅有摩擦力，还有压缩力、剪切力等。为了更好的模拟口腔环境，大量的实验采用动态加载方式对陶瓷材料的力学性能进行分析。

动态载荷是指恒定加载速率下进行的力学测试。王俊成等［8］以1 Hz的频率、50 N的力进行循环加载10000次后测量黏结强度，发现3种牙本质黏结剂的微拉伸黏结强度下降。有研究表明:50 N的力循环加载120万次，相当于临床使用5年的咬合疲劳次数［9-10］。动态载荷下牙体的受力状态更接近人类牙的咀嚼运动受力过程。

2.3 循环加载

当下颌牙列以较快的速度、非常短的时间与上下颌牙列接触时产生的冲击力较大，长期受这些复杂的作用力可能对金瓷结合强度产生影响。为了更好的模拟实际口腔环境，K.X.Michalakis 等［11］采用循环加载的方式测试烤瓷修复体的抗压强度，即:用0～200N的载荷以1Hz的频率，循环加载600000次，模拟临床使用2.5年,再测量其抗折强度。林苇等［12］还发现随着加载次数的增加，金瓷结合强度表现为不断降低。

另外加载头的设计多种多样，有钝性、曲率半径不同的球体和平面加载等，各种设计方法不同所测结果亦有很大的差异［13］。 李明哲等［14］研究发现，平面加载头对氧化铝玻璃陶瓷底冠的破裂强度明显大于圆弧形加载头，张骏等［15］发现大直径压头加载时，冠的抗折载荷值大于小压头加载，小直径压头加载时的折裂模式与临床全瓷冠的失效模式相似。

3 加载环境

口腔中牙科修复体除要承受咀嚼磨耗外还会受到不同酸碱唾液的化学腐蚀和不同温度的影响。为了更好的模拟口腔环境，A.Shirakura等［16］将黏固好的试件放在5℃和55℃水槽中各浸泡5 s，转移时间各为30 s，一个循环周期为70 s，共循环1000次后，再测量烤瓷冠的抗压强度，F.Lehmann 等［4］用同样方法处理试件后发现，玻璃离子黏固剂黏结的修复材料的抗折强度明显下降，而采用树脂黏结剂黏结的修复材料则无明显影响。

覃小凤等［17］研究发现:干燥环境下对氧化锆/饰面瓷叠层瓷结构经过10000次循环疲劳实验后，表面裂纹主要为赫兹锥状裂纹，破碎模式主要为完全断裂。在唾液环境下，表面裂纹除了赫兹锥状裂纹外还有环状裂纹，破碎模式主要为饰瓷脱瓷，而且在干燥环境下的样品抗弯强度比在湿润环境下平均要高70%。另外还发现在酸性环境下氧化锆/饰面瓷叠层瓷抗弯强度比碱性环境下要高30%左右。氧化锆/饰面瓷叠层瓷经过循环载荷后弯曲强度不仅与测试环境的湿度有关，而且还和环境的酸碱度有关。

4 是否模拟牙周膜

天然牙牙根周围有一层厚度为0.15～0.38 mm的牙周膜，天然牙在受力时有一定的缓冲作用。在实验中直接将牙根包埋于自凝塑料底座内，牙冠受力时，力量直接由牙根向自凝塑料底座传递，底座就起到“领圈”的作用，保护了牙根，防止其抗折。M.Rosentritt［18］等研究发现，基牙表面使用弹性材料模拟牙周膜后，修复体亚临界裂纹或者初始裂纹会因额外的弯曲和扭转力而进一步增长，导致陶瓷修复体的抗折强度降低40%～50%。因此，为求得与天然牙相似的受力情况，在自凝塑料底座与牙根之间填入一定厚度的材料，以模拟牙周膜。目前用于模拟牙周膜的材料有硅橡胶、蜡、金属箔及软衬材料等［19］。在模拟牙周膜时，直接将牙根表面涂布一层硅橡胶，但是会导致硅橡胶厚度不够均匀。李萍［20］先在牙根表面包裹一层胶布，胶布厚度为0.24～0.26 mm，然后用自凝塑料包埋，待自凝塑料初凝后，取出离体牙，去除其牙根表面的胶布，将硅橡胶注入所形成的“牙槽窝”中，再次插入离体牙，形成比较均匀的硅橡胶厚度。

5 支持组织性质

冠修复体的抗压强度受多种因素的影响，支持模型的弹性模量同样影响修复体的抗压强度。支持模型的性质有很多种:离体牙、树脂代型、金属代型、铅代型等。采用离体牙作为实验材料［21］尽可能的模拟了临床修复体与牙齿之间的关系，但离体牙形态变异较大、发育程度不同、髓腔的大小高低不同，以及实验加载位置的也不同，将对实验结果造成较大影响［22］。因此，越来越多的学者采用代型替代离体牙，其优点是保证了每组预备体与冠修复体大小及形态的一致，提高了实验的一致性和可信性［23］。但是不同的代型材料弹性模量不同，对烤瓷冠的抗压强度的影响不同。S.K.Lee等［24］的研究表明:冠的抗折强度随着代型的弹性模量的增加而提高，金属代型材料的弹性模量约为100 GPa，复合树脂材料的弹性模量为5.4～25.3 GPa，而牙本质的弹性模量为12～18.6 GPa，因而树脂代型比金属代型更接近临床实际，因此在实验中采用树脂模型代替天然牙，可达到理想的实验效果。

综上所述，牙科陶瓷材料抗压强度的测试方法多种多样，根据实验要求可以选择不同的实验方法。前牙区烤瓷冠强度的研究可恢复牙冠的解剖形态，以便更好地模拟口腔临床环境，而后牙区为了避免实验误差的影响可选择不恢复牙合面的解剖形态，而将牙合面制成平面。静态载荷只能模拟一种负重条件下独立的呈点状的受力情况，与实际情况有一定差异，动态载荷及循环载荷的出现，一定程度上解决了静态载荷的不足，因此条件允许的情况下尽量使用动态或者循环载荷。另外，随着实验技术的发展及辅助设备的更新，模拟口腔湿性和酸碱环境、热循环加载及模拟牙周膜等新方法逐步运用于牙科陶瓷抗压强度的研究中，使得实验结果能更好的指导临床实践。因此，口腔医学领域研究只有不断跟进新的实验方法，才能加速本研究领域的研究过程。

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