反复熔铸对金铂烤瓷合金力学性能影响的研究

程辉 杨松 李秀容等

[摘要] 目的 探讨反复熔铸对金铂烤瓷合金力学性能的影响。方法 金铂烤瓷合金经过单纯反复熔铸3次后，用拉伸实验对各代试件的拉伸强度、0.2%屈服强度、延伸率进行比较；用弯曲实验对各代试件的弯曲强度、弯曲模量进行比较；用硬度实验对各代试件的维氏硬度值进行比较。结果 经过不同熔铸次数的金铂烤瓷合金的拉伸强度、0.2%屈服强度、延伸率、弯曲强度及维氏硬度值差异均无统计学意义。Ⅱ代、Ⅲ代试件的弯曲模量与Ⅰ代相比，显著升高（P<0.05）。结论 金铂烤瓷合金至少可以反复熔铸3次而不引起力学性能的下降。

[关键词] 金铂烤瓷合金； 反复熔铸； 力学性能

[中图分类号] R 783.2 [文献标志码] A [doi] 10.7518/hxkq.2013.04.020

金瓷修复体因为兼有金属材料的强度以及陶瓷材料的美观，已成为目前口腔修复中应用最广泛的临床修复体。其中，金铂烤瓷合金因为其具有优秀的物理、化学及生物学性能，在临床上的使用逐渐增多。由于口腔传统铸造工艺的限制，铸造后形成了铸道、底座、储金球等金铂烤瓷合金废旧料，对其进行回收可以节约资源及降低成本，但是能否再利用，取决于其各项性能指标。因此，本研究在前期反复熔铸对钴铬烤瓷合金性能影响研究的基础上，从力学角度探讨反复熔铸对金铂烤瓷合金性能的影响。

1 材料和方法

1.1 材料和设备

金铂烤瓷合金（Alfa Ceramic 90，Alldental公司，瑞典），万能材料测试机（Instron 1342，Instron公司，英国），微硬度计（DHV-1000，上海尚材试验机有限公司），牙科磷酸盐铸造包埋材料（Vesto-Fix，DFS公司，德国），真空铸造机（ARGONCASTER-C，SHO-

FU公司，日本）。

1.2 废旧烤瓷合金重铸前的处理

先用粒度为80 μm玻璃珠砂粒在0.2 MPa压力下常规喷砂，去净表面黏附的包埋料和异物，喷砂后依次在95%乙醇中超声振荡30 min、超纯水中超声振荡30 min，自然干燥，备用。

1.3 实验方法

参照ISO的相关标准要求，将金铂烤瓷合金经1～3次真空压力熔铸后，获得经1～3次熔铸后的金铂烤瓷合金的弯曲、拉伸和显微硬度测试试件。分别测试相应试件的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、0.2%屈服强度、延伸率和显微硬度等力学性能指标，具体的合金重复利用方法和实验方法与前期对钴铬烤瓷合金反复熔铸后力学性能变化研究的方法一致[1]。

1.4 统计学分析

采用SPSS 13.0软件对数据进行处理，拉伸强度、0.2%屈服强度、延伸率、弯曲强度、弯曲模量及维氏硬度值采用单因素方差分析及Dunnett-t检验。

2 结果

2.1 拉伸性能

各代试件拉伸强度、0.2%屈服强度、延伸率的测试结果见表1。由表1可见，随着熔铸次数的增加，各代试件间拉伸强度、0.2%屈服强度及延伸率的差异无统计学意义（P>0.05）。

2.2 弯曲性能

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ代试件的弯曲强度分别为（293.20±

44.08）、（275.05±41.84）、（297.72±24.72） MPa，各

代试件间弯曲强度的差异无统计学意义（P>0.05）。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ代试件的弯曲模量分别为（87.88±8.84）、

（104.49±7.32）、（112.31±3.71） GPa，Ⅱ代和Ⅲ代试件的弯曲模量与Ⅰ代相比，显著升高（P<0.05），但是Ⅱ代和Ⅲ代弯曲模量的差异无统计学意义（P>0.05）。

2.3 硬度

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ代试件的显微硬度分别为（115.29±

5.64）、（114.88±7.08）、（116.02±6.08） kg·mm-2。随着熔铸次数的增加，各代试件间显微硬度的差异无统计学意义（P>0.05）。

3 讨论

金瓷修复体的铸件应当具备足够的强度，使其在正常口腔功能状态下不发生变形和破损。而烤瓷合金经过熔铸后发生的化学成分和结构组织的变化可能会影响其力学性能[2]。因此，烤瓷合金要成功地

应用于临床，其铸件应当具备良好的力学性能，其中拉伸性能、弯曲性能及硬度至关重要[3]。

3.1 拉伸性能

本研究中拉伸试件的尺寸参考了曹洪喜等[4]和杨松等[1]的研究，缩小至ISO9693标准拉伸试件的2/5，

目的是为了减少铸造缺陷[5]发生的几率，减小因此产生的实验误差。研究结果显示，金铂烤瓷合金经过3次熔铸后，拉伸强度、0.2%屈服强度、延伸率差异无统计学意义。

在反复熔铸对烤瓷合金拉伸性能影响的研究中，杨松等[1]将钴铬烤瓷合金在真空加氩气保护环境下

单纯反复熔铸3次，发现拉伸强度、0.2%屈服强度、延伸率差异无统计学意义。Reisbick等[6]将低贵金属

烤瓷合金在离心铸造环境下单纯反复熔铸3次，发现低贵金属烤瓷合金的屈服强度随熔铸次数的增加而下降，而拉伸强度、延伸率的差异无统计学意义。张寿华等[7]将贵金属烤瓷合金在真空压力铸造环境

下单纯反复熔铸4次，发现拉伸强度随着熔铸次数的增加而下降。本实验结果与上述研究结果不同，可能原因是：1）杨松等[1]采用的是钴铬烤瓷合金，主要成分是钴（61%）、铬（26%）、钨（5%）、钼（6%）；Reisbick等[6]采用的是低贵金属烤瓷合金，其主要成分是金（46%）、银（39.5%）、钯（6%），而本实验采用的是高贵金属烤瓷合金，其主要成分为金（89.5%）、铂（4.8%）、钯（1.6%）、银（1.2%）。合金某种组分的烧损程度与该组分沸点相对于合金熔点的高低有关，沸点明显低于合金熔点的，经过反复熔铸后烧损量较大，而当合金中成分烧损量达到一定程度，将明显改变合金的性能。2）Reisbick等[6]是在离心铸造环境下进行实验，本实验采用的是真空加氩气保护下的压力铸造方法。3）张寿华等[7]研究中拉伸试样的尺寸比本实验拉伸试样的尺寸大。周敏等[5]对铸件

尺寸大小和内部缺陷发生频率的关系进行分析，发现内部缺陷发生频率和缺陷面积均随着尺寸的增大而增加，而这些潜在的内部缺陷将直接影响铸件的质量。

3.2 弯曲性能

本研究采用三点弯曲实验，研究反复熔铸对金铂烤瓷合金弯曲性能的影响，结果显示，Ⅱ、Ⅲ代金铂烤瓷合金的弯曲强度与Ⅰ代金铂烤瓷合金的弯曲强度的差异无统计学意义（P>0.05）；Ⅱ、Ⅲ代金

铂烤瓷合金的弯曲模量与Ⅰ代金铂烤瓷合金相比，显著升高（P<0.05）。

在反复熔铸对烤瓷合金弯曲性能影响的研究中，连颂峰等[8]发现镍铬烤瓷合金进行5次单纯反复熔铸后，合金的弯曲强度、弯曲模量没有发生降低。杨松等[1]发现钴铬烤瓷合金进行3次单纯反复熔铸后，

合金的弯曲强度、弯曲模量差异无统计学意义。本实验结果与上述实验结果类似，主要原因可能是铸造均在真空加氩气保护环境下进行。在空气环境中，熔化合金时空气中的氮、氢和氧等分子与金属表面接触，分解成为原子进入金属液中，在合金凝固时形成小气孔。而各种形态气孔的存在，将会减少铸件的有效承载面积且在气孔周围形成应力集中，降低铸件的力学性能[9]。朱松等[10]研究发现，在空气环境中熔铸的钴铬合金至多只能单纯反复熔铸2次，而在真空加氩气保护环境中进行熔铸，至少可以单纯反复熔铸3次而不影响其主要的力学性能。金铂烤瓷合金的弯曲模量随着熔铸次数的增加而升高，可能原因是晶粒在反复熔铸的过程中发生细化。合金在凝固结晶过程中，随着熔铸次数的增加而增多的第二相质点和内部气孔阻碍了晶粒的增长，使得晶粒变小[11]。细化的晶粒能够对裂纹的形成和扩展起

抵抗的作用，从而提高合金的弯曲性能[12]。

3.3 硬度

本实验中的硬度试件按照ISO6507-1的要求进行制作，采用测试维氏硬度值的方法，研究反复熔铸对金铂烤瓷合金硬度的影响，结果显示，随着熔铸次数的增加，各代试件间显微硬度的差异无统计学意义（P>0.05）。

在反复熔铸对烤瓷合金硬度影响的研究中，杨松等[1]研究发现，钴铬烤瓷合金经过3次反复熔铸，

合金硬度的差异无统计学意义。Peraire等[13]发现高

贵金属烤瓷合金经过8次熔铸，合金硬度的差异无统计学意义。本实验结果与上述研究结果相似，其原因可能是均在真空环境下进行铸造。

综上所述，本研究中金铂烤瓷合金在真空环境下经过3次真空压力铸造后，拉伸强度、0.2%屈服强度、延伸率、弯曲强度、弯曲模量及维氏硬度值等力学性能指标均未发生降低。因此，可以认为在本实验条件下，在不添加任何新合金的情况下，金铂烤瓷合金反复熔铸3次仍能够满足烤瓷合金力学性能的要求。

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（本文编辑 杜冰）