表面处理及树脂水门汀类型对氧化锆陶瓷粘接强度的影响

刘兰 刘晓吉 尹亮

(1.无锡贝齐口腔门诊部，江苏 无锡 214100；2.上海市复旦大学附属中山医院青浦分院，上海 201799)

0 引言

从实际应用情况来看，受氧化锆化学惰性的影响，其粘接效果往往不如硅酸盐类陶瓷。瓷表面处理技术深刻影响粘接强度和效果，在众多粘结剂中，树脂水门汀的粘结性和边缘封闭性最为理想。为了能够达到理想的全瓷修复效果，需要强化氧化锆、树脂水门汀的粘接强度。

1 实验材料和研究方法

1.1 实验材料和器械的准备

氧化锆瓷块、自粘接树脂水门汀、硅烷偶联剂、双笔式喷砂机、质量浓度为30%的硅溶胶。超声波清洗器、超高温炉、电子万能测试机、光学显微镜。

1.2 试件的分组

选择厂家专门制作的102片Lava氧化锆陶瓷片，直径为8mm，高度为3mm，粘接表面分别使用360、600、800、1000#的水砂纸磨光处理，随机分成五组，A组和E组各21片，B、C、D组各20片。

2 氧化锆陶瓷表面处理研究

2.1 氧化锆陶瓷的表面处理

A组是空白对照组，对Lava氧化锆陶瓷片使用99.9%浓度的乙醇超声清洗10min，清洗之后使用无油空气吹干；B组是硅烷偶联剂实验小组，对Lava氧化锆陶瓷片使用99.9%浓度的乙醇超声清洗10min，清洗之后使用无油空气吹干。在粘接之前使用小毛刷的粘结面均匀涂布硅烷偶联剂。在开展一系列操作的时候有时候会挥发30s。C组是喷砂小组，在具体实施操作的时候需要对氧化锆粘接面进行喷砂处理，喷砂的压强为400kPa，时间为10s，距离为10mm。D组是喷砂和硅烷偶联剂组合小组。在经过喷砂整合处理之后对Lava氧化锆陶瓷片使用99.9%浓度的乙醇超声清洗10min，清洗之后使用无油空气吹干，涂布硅烷偶联剂的操作步骤和B组保持在一致的状态，自由挥发30s。E组为硅涂层小组，对Lava氧化锆陶瓷片使用99.9%浓度的乙醇超声清洗10min，清洗之后使用无油空气吹干。用小毛刷蘸取少量硅溶胶在试验件的表面上均匀的涂刷两次，无油空气吹成一薄层，之后放置在具备一定湿度的密封环境中干燥处理，24h候取出放入高温炉中，按照计算机的编写程序加热程序，完成预热处理，再让其以均匀的速度缓慢达到室温，将热处理后的陶瓷样块收集待用。

2.2 样品表面粗糙度的表征

对样品表面粗糙设置进行3次测试分析能够计算出平均粗糙度的数值，粗糙度的数值大小和表面光滑程度呈现出一种反比关系。在操作对手可以从每个小组中分别抽取两个试验件对其表面的粗糙程度进行综合分析，计算出平均数值。在实施操作的时候使用接触式粗糙度分析仪对试件表面的粗糙程度进行检测，控制探头尖的扫描速度，读数的过程中要缓慢进行滑行，每个平面测定3次，然后计算平均数。

2.3 氧化锆和牙本质的粘接

每个试件都可以使用固化树脂粘接系统来完成粘接处理，按照制造商提供的说明书在牙的表面涂抹对应的化学物质，静置20s之后对空气进行后续的压缩处理。在处理硅涂层的时候可以使用小毛刷蘸取等量的硅烷偶合剂进行涂布，然后再取出等量的树脂粘接剂在瓷块表面进行涂抹，将瓷块和牙的本质有效连接在一起，将粘重控制在500砝码。

在处理操作时候要将瓷块和牙齿轻轻的按压处理，让重物的中心线能够顺利穿过瓷块的中心，在顺利穿过时候使用毛刷去除掉多余的粘接剂。在粘接操作的时候还需要注重调节好光固化灯的位置，确保其能够照射到样品的各个方向。在具体照射的时候要求每个样品的侧面要至少有20%的面积被照射。

2.4 剪切强度的测试

按照国家ISO/TS 11405e2003的基本标准来使用万能材料试验机对剪切强度开展必要 测试管理，将各个试验件固定在万能材料试验机，剪切的方向要和瓷-树脂接触面保持平行的状态，加载速度为每分钟0.5mm。在计算的时候要记录最大的载荷数值，按照公式计算粘接剪切强度，粘接的强度是最大载荷和粘接面积的比值，在计算之后将所有数据信息使用SPSS13.0的软件进行LSD比较。

3 实验结果分析

3.1 粘接剪切强度的测试结果分析

使用专业的SPSS13.0软件进行LSD两两比较分析，结果分析发现A、B小组和C、D、E的组间差异对比显著，具有统计学研究意义，且A、B、C、D小组之间的差异不具备统计学研究意义，E组的粘接剪切强度比较高，各个组件的试件粘接强度对比如表1所示。

表1 各个组件的试件粘接强度对比分析表

3.2 能谱分析结果

采用电子能谱进行硅涂层涂布前后的能谱分析，涂布之前氧化锆表面含有2个元素，其中Zr的元素含量最高，涂布之后氧化锆表面除了含有Zr和O元素，还会含有比较多的Si元素。

3.3 粘接断面的观察结果

使用40x显微镜来观察试件粘接断面的破坏形式，具体情况如表2所示。根据表2 的数据信息我可以发现，各个小组粘接断面的破坏形式以界面破坏为主，在喷砂处理操作时各个试验件会出现混合破坏的问题。

表2 粘接表面破坏形式分析表

4 样品的表面形貌

4.1 表面处理对氧化锆陶瓷粘接强度的影响

没有经过处理的氧化锆陶瓷在进行研磨、烧结之后表面会处于一个相对平整的状态，微观来看表面会存在一些凹坑和少量裂纹，抛光也无法将深度较深的凹坑去除。使用喷砂一定程度上能够对试件表面的粗糙程度加剧，这就会让沟槽和凹陷加剧，有时还会存在一些微小的细纹。在实验中，氧化锆在打磨处理之后，粘接强度和对照组相比会有所提升，SEM下瓷处理面会呈现出比空白小组更加粗糙的表面。喷砂是增加高强度陶瓷表面粗糙的有效方式，喷砂会应用一定压力的氧化铝微粒来冲击瓷的表面，瓷会出现比较明显的断裂，之后增加粗糙度的表面积，去除表面的污染层，增加表面湿润性，最终强化其和树脂的粘接强度。经过SEM观察，喷砂组瓷表面呈现出一致的毛玻璃样外貌，和打磨小组相比粗糙度比较高。

4.2 粘接的破坏形式

整个实验操作中的5个试件断裂方式都以界面破坏为主，没有发现内聚破坏，也由此提升氧化锆陶瓷5种不同表面处理后和自粘接树脂的剪切粘接强度不高，甚至还会出现低于氧化锆陶瓷和自粘接树脂内聚强度，而出现这种现象可能和氧化锆陶瓷的组合成分、试验件的制作方式、粘接操作使用的树脂水门汀类型不一致存在密切的关联。

5 结语

综上所述，氧化锆是一种比较成功的牙科修复材料，但是从实际操作上来看，牙科修复效果不仅和材料性能存在关联，而且还会和修复体的粘接性能存在关联，氧化锆强度比较高，在加工的时候可以使用传播玻璃粘固剂粘接处理，其中，树脂水门汀是一种具备边缘封闭性能和粘接力的材料。A和B、C、D小组之间的差异不具备统计学研究意义，E组的粘接剪切强度比较高，也说明了氧化锆表面涂布硅涂层时粘接前涂布硅烷偶联剂不能够提高氧化锆和树脂水门汀的粘接强度。使用喷砂的处理方法会让表面的粗糙程度加大，还会让样品表面产生部分的裂纹，一定程度上还会产生凹陷。对于这个问题可以选择合理的喷砂处理工艺，让样品表面产生不同的粗糙度，对应来控制氧化锆的粘结性能。为此，在实施喷砂操作的时候可以在其表面上制备硅涂层，使用硅烷偶联剂计来强化氧化锆瓷和树脂水门汀的粘接强度。硅烷偶联剂一端的无机基因能够和硅酸盐陶瓷表面的Si-OH出现反应，另外一端的有机基因则是会和树脂有机基因出现聚合反应，从而湿润陶瓷表面，增强其表面的自由能，强化瓷和树脂的欧联作用。E组试验件采取溶胶-凝胶技术在其表面制作硅涂层，增加其表面的硅元素含量，最终证明硅涂层联合硅烷偶联剂能够提升氧化锆和树脂水门汀的粘接强度。各个小组粘接断面的破坏形式以界面破坏为主，在喷砂处理操作时各个试验件会出现混合破坏的问题，由此证明喷砂能够在一定程度上提高氧化锆和树脂水门汀的粘接强度，但是提升的比值不明显，硅涂层内部会出现内聚的现象，这一现象和硅涂层增加氧化锆表面Si元素含量存在关联，但是内聚破坏形式数量会减少，这个方式还需要相关人员立足实际来做出更深入的研究和思考，通过研究和思考来确保氧化锆和自粘接树脂水门汀形式的稳定。