上釉和抛光后口腔陶瓷材料力学性能改变的研究进展

张时松，郭震威，王桃

(1郑州大学第一附属医院，郑州450052；2郑州市中心医院)

口腔陶瓷修复材料具有良好的耐磨性、极佳的生物相容性和自然逼真的美学效果，广泛应用于口腔临床。陶瓷材料的力学性能与其组成、结构和性质等密切相关[1,2]，其基本力学性能包括密度、硬度、泊松比、拉伸强度、剪切强度、压缩强度、弯曲强度、弹性模量以及断裂韧性等。陶瓷修复体在试戴过程中或粘固后需要进行调磨，如修整外形、调磨咬合关系和邻接关系等，调磨后的修复体表面粗糙度增加，强度降低，力学性能发生改变[3，4]。上釉和抛光可降低修复体表面粗糙度，恢复其光滑的表面形貌。上釉包括自身上釉和釉瓷上釉两种，自身上釉是把调磨后的陶瓷修复体放入烤瓷炉内，烧结后其表面形成一层均匀的玻璃样薄膜；釉瓷上釉是在调磨后的修复体表面均匀涂塑一层釉瓷，烧结后其表面形成一层均匀的玻璃样薄膜。抛光是指在一定压力条件下，通过磨粒与修复体表面的摩擦作用，使表面达到光滑一致的效果[5]，较上釉更为简单、易操作。然而关于上釉和抛光是否影响陶瓷修复体力学性能，目前仍存在一定争议[6，7]。脆性陶瓷材料具有抗压而不抗拉的特性，弯曲强度、硬度和断裂韧性等力学性能可反映脆性材料的破坏和抗折机理，因此我们以弯曲强度、硬度和断裂韧性为切入点，对上釉和抛光后玻璃陶瓷与氧化锆陶瓷力学性能的改变综述如下。

1 上釉和抛光对玻璃陶瓷力学性能的影响

玻璃陶瓷是由玻璃相和晶相组成的复合材料，集中了陶瓷和玻璃的优点，具有优良的机械性能、良好的耐磨性、出色的美学效果。尽管如此，脆性大、断裂韧性差仍然是玻璃陶瓷材料存在的主要问题。

1.1 上釉和抛光对玻璃陶瓷弯曲强度的影响 弯曲强度可反映陶瓷材料抵抗弯曲变形的能力，决定了陶瓷材料临床表现的优劣，是评价陶瓷材料的重要指标。研究表明，玻璃陶瓷修复体调磨后，其表面粗糙度增加引起的应力集中是导致弯曲强度降低的主要原因[8，9]。由于表面粗糙度的影响，裂纹不是随机出现的，而是在应力较高的位置发生发展的，应力最集中的位置即裂纹聚集处，包括玻璃陶瓷在内的许多材料的破坏都是由密集分布的裂纹系统扩展引起的。

上釉封闭了临床调磨过程中产生的裂纹，降低了粗糙度，限制了裂纹的扩展；抛光磨除了调磨产生的裂纹，减少陶瓷表面的应力集中，还在陶瓷表面产生残余压应力。De Jager等[6]对白榴石增强型玻璃陶瓷进行上釉和抛光处理，发现陶瓷表面粗糙度与弯曲强度显著相关，表面越光滑，试样的弯曲强度越高；抛光和上釉通过降低表面粗糙度增加玻璃陶瓷弯曲强度，而抛光对弯曲强度的影响更为显著。Flury等[7]采用80、120、220、320、500、1 000目的碳化硅砂纸对白榴石玻璃陶瓷进行抛光处理，发现砂纸目数越大，玻璃陶瓷修复体表面粗糙度越低；陶瓷表面粗糙度与弯曲强度具有显著相关性，抛光后表面粗糙度降低，弯曲强度增加。玻璃陶瓷应力集中不仅可由表面粗糙度引起，还可由其他因素引起，如内部应力(微观结构)、孔隙率和裂纹等，因此玻璃陶瓷表面粗糙度并不是决定弯曲强度的惟一因素。

1.2 上釉和抛光对玻璃陶瓷硬度的影响 硬度是评价陶瓷材料软硬程度、耐磨性和延展性的一项重要的性能指标。

玻璃陶瓷表面粗糙度与硬度有极强的相关性[10]，表面粗糙度高意味着玻璃陶瓷表面有明显的划痕或裂纹，裂纹越多，硬度越低。Flury等[7]采用不同目数的碳化硅砂纸对白榴石玻璃陶瓷进行抛光处理，发现抛光可以阻止尖端裂纹发展，且砂纸目数越大，表面裂纹越少，表面粗糙度低，抛光效果越好，陶瓷硬度相应提高。于海洋等[11]观察了上釉和机械打磨抛光后长石质玻璃陶瓷粗糙度与硬度的关系以及摩擦学特性，发现上釉和抛光均可降低玻璃陶瓷表面粗糙度，提高修复体硬度，并且抛光后的硬度大于上釉。临床上对玻璃陶瓷修复体进行调磨后需要进行抛光或上釉处理，不仅可以提高玻璃陶瓷修复体表面光滑度，而且能够减少修复体表面的磨损。

1.3 上釉和抛光对玻璃陶瓷断裂韧性的影响 断裂韧性是指陶瓷材料抵抗裂纹扩展的断裂力学参数[12]，是研究脆性陶瓷材料抗折裂机理的一项重要指标。

上釉可以封闭玻璃陶瓷表面划痕，去除其表面缺陷和裂纹；抛光可以磨除玻璃陶瓷表面裂纹，防止裂纹扩展，进而提高陶瓷材料的断裂韧性；此外，抛光还可产生微裂纹，达到微裂纹增韧的效果[13]。张志升等[14]对IPS-Empress2玻璃陶瓷分别进行上釉和抛光处理，扫描电镜显示，处理后陶瓷表面晶体均匀密集分布。上釉和抛光均可加强玻璃陶瓷断裂韧性，但与上釉相比，抛光不仅去除了陶瓷表面裂纹，还产生微裂纹增韧，效果更好，无需二次上釉，大大节约了患者和医生的时间。

2 上釉和抛光对氧化锆陶瓷力学性能的影响

与玻璃陶瓷不同，氧化锆是相间转化的多晶型陶瓷材料，随着温度变化氧化锆陶瓷各相间可发生转化。氧化锆较高的弯曲强度、优越的抗断裂强度、良好的生物相容性及与计算机辅助设计和制作(CAD/CAM)技术良好结合，使其在口腔领域得到临床医师及患者的普遍青睐。

2.1 上釉和抛光对氧化锆陶瓷弯曲强度的影响 Mohammadi-Bassir等[15]研究调磨、上釉以及两种抛光系统(Busch&Co和Luster，Meisinger)对氧化锆弯曲强度和相变的影响，X射线衍射分析显示，上釉后氧化锆单斜相含量不变，两种系统抛光后单斜相含量均增加；抛光的机械载荷促使氧化锆发生应力诱导相变，氧化锆由四方相转变到单斜相，单斜相含量增加，此时氧化锆体积膨胀3%～4%并可阻止裂纹扩展，改善了氧化锆弯曲强度；结果显示抛光增加氧化锆弯曲强度，上釉未改变氧化锆弯曲强度。陈昶等[16]认为，上釉虽使氧化锆在200 ℃左右发生单斜相急剧增加，但随着温度继续升高，单斜相含量降低最终保持不变，氧化锆弯曲强度也未改变。Guazzato等[17]研究金刚石圆盘抛光和上釉对氧化锆弯曲强度的影响，发现抛光可通过增加氧化锆单斜相含量来提高弯曲强度，上釉未改变氧化锆单斜相含量，相应地弯曲强度也未发生改变。以上研究表明，抛光改善氧化锆弯曲强度的效果优于上釉。

2.2 上釉和抛光对氧化锆陶瓷硬度的影响 Ghailen等[18]认为，硬度是氧化锆陶瓷的固有特性，而不依赖于硬度测试方法。邓青完[19]比较了固美套装抛光和EVE套装抛光对氧化锆陶瓷表面形貌和硬度的影响，认为抛光后虽然在氧化锆陶瓷表面遗留少量的划痕，但对氧化锆陶瓷硬度未产生影响。王辉等[20]分析上釉和金刚砂抛光对氧化锆陶瓷硬度的影响，认为抛光和上釉均可提高氧化锆陶瓷的硬度。以上研究结论不同的原因可能与上釉和抛光受多种因素影响，不同研究中的抛光压力、转速、时间、磨料以及保持时间、冷却速度等控制不一致等有关。

2.3 上釉和抛光对氧化锆陶瓷断裂韧性的影响 氧化锆陶瓷可在应力诱导下发生相变增韧，其机制是：当氧化锆陶瓷受到外来应力时，受到内部基质束缚的氧化锆颗粒得到松弛，可由四方相向单斜相转变，并伴有体积膨胀和压应力的产生[21]。Traini等[22]对氧化锆陶瓷分别进行绿砂石粗抛光和黄砂石精细抛光处理，发现精细抛光后诱发氧化锆相变增韧，增强氧化锆陶瓷的断裂韧性和可靠性；但粗抛光后粗糙度较高，表面仍见裂纹，应力集中导致氧化锆陶瓷断裂韧性降低。Yondem等[23]研究上釉和抛光处理对氧化钇稳定氧化锆(Y-TZP)断裂韧性的影响，实验证明上釉和抛光均可通过降低Y-TZP表面裂纹提高其断裂韧性。根据断裂力学理论分析，影响氧化锆断裂韧性的因素有裂纹、单斜相含量及相变转化等，对氧化锆断裂韧性进行讨论时应综合分析各种可能的影响因素。

目前关于上釉和抛光对口腔陶瓷材料力学性能的影响仍存在极大争议，甚至得出相反的结论。随着加工工艺和抛光技术的迅速发展，需要进一步探索和研究上釉和抛光对陶瓷力学性能的影响，更深入地剖析其内在的机理和机制，帮助口腔临床医生寻求一种方便、快捷的陶瓷修复体表面处理技术。