專利名稱：牙科復色可切削氧化鋯陶瓷及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及牙科氧化鋯陶瓷，具體地說是一種牙科復色可切削氧化鋯陶瓷及制備方法。
背景技術(shù)：
生物陶瓷材料具有良好的美觀效果和生物相容性，在牙科修復領(lǐng)域中，常用于制作金屬烤瓷修復體和全瓷修復體。金屬烤瓷修復體將金屬的強度與陶瓷的美學效果有效地結(jié)合起來，但存在口腔環(huán)境下金屬易腐蝕導致牙齦變色和炎癥，金屬基底的透光性差會影響修復體的最終美觀效果等缺點。因此不含金屬的全瓷修復體(全瓷貼面、嵌體、高嵌體、 全瓷冠等)受到越來越多醫(yī)生和患者的歡迎。用于制作全瓷修復體的陶瓷材料按主要成分可以分為三類，包括硅酸鹽類陶瓷、 玻璃滲透氧化鋁陶瓷以及氧化鋯陶瓷。其中，硅酸鹽類陶瓷以及玻璃滲透氧化鋁陶瓷脆性較大、強度不高，僅能用于單冠、貼面和前牙三單位橋體的修復，而不能用于后牙區(qū)或者多單位固定橋修復。氧化鋯陶瓷自20世紀90年代中期開始用于制作牙科修復體，特別是添加穩(wěn)定劑增韌的氧化鋯陶瓷具有良好的機械強度、化學穩(wěn)定性和生物相容性。添加3mol%釔的穩(wěn)定四方多晶二氧化鋯陶瓷(以下氧化鋯粉體或陶瓷的主要成分均為三釔穩(wěn)定四方多晶二氧化鋯)在增韌氧化鋯陶瓷中力學性能最好，也是目前應(yīng)用最為廣泛的一種牙科全瓷修復材料。特有的馬氏相變增韌機制使其在完全燒結(jié)之后彎曲強度可達到900 1200MPa， 斷裂韌性9 IOMPa · ml/2，有效抑制裂紋形成并阻止裂紋擴展從而提高修復成功率，可以用于制作后牙全瓷冠或者多單位固定橋。氧化鋯陶瓷可以利用CAD/CAM系統(tǒng)進行切削加工，臨床應(yīng)用時主要有兩種方法 一種是對燒結(jié)致密的氧化鋯陶瓷瓷塊進行切削加工，成型的牙科修復體無需再次燒結(jié)，但這種致密的氧化鋯陶瓷瓷塊硬度非常高，切削困難，加工成本高、耗時長。90年代后期出現(xiàn)了多孔陶瓷切削系統(tǒng)，預(yù)燒結(jié)的氧化鋯瓷坯疏松多孔但又具備一定的強度，非常便于切削加工。通過計算機放大切削成型的修復體，經(jīng)歷第二階段完全燒結(jié)達到致密，在此過程中發(fā)生一定程度的體積收縮，因此切削成型時的放大率應(yīng)和燒結(jié)過程中的收縮率匹配，以提高最終氧化鋯修復體的邊緣適合性。不同廠家生產(chǎn)的氧化鋯瓷塊燒結(jié)線性收縮率不同，約為 20 30%。隨著CAD/CAM(計算機輔助設(shè)計與加工)技術(shù)日趨成熟，全瓷修復體制作的精度和加工效率顯著提高，可切削的氧化鋯陶瓷應(yīng)用也越來越廣泛。但是，臨床上可用于牙科CAD/CAM系統(tǒng)的可切削氧化鋯陶瓷顏色單一、呈白堊色， 半透明性差，與天然牙面顏色和半透明性差別很大，而且不能重現(xiàn)天然牙色彩分布規(guī)律，即天然牙面從牙體的切1/3到頸1/3半透明性逐漸下降，明度下降，色彩飽和度增加，偏紅、黃色?？汕邢餮趸喬沾傻拿烙^不足限制了其在美容修復，特別是前牙美容修復中的應(yīng)用。 為了改善美觀，制作氧化鋯全瓷修復體時必須進行較厚的表面飾瓷。這種基于氧化鋯基底-較厚飾瓷的疊層全瓷修復體存在以下缺點(1)為保證飾瓷的厚度需要較大的牙體預(yù)備量，不利于基牙的存留與保護；(2)需要技工室完成外染色和飾瓷，調(diào)色步驟繁瑣，加工工藝復雜，無法充分發(fā)揮CAD/CAM最大的優(yōu)勢——簡化加工工藝，節(jié)省時間和費用；(3)較厚的飾瓷與氧化鋯基底瓷之間的界面會增加光的散射，進一步降低修復體的半透明性；(4) 飾瓷與氧化鋯基底瓷的界面狀態(tài)和力學相容性較差，容易發(fā)生崩瓷、脫瓷或瓷層完全斷裂的現(xiàn)象，從而導致修復體失敗。因此，改善可切削氧化鋯陶瓷的美觀效果成為解決這一問題的可能方法。根據(jù) Kubelka-Mimk理論，基底冠與天然牙的顏色越接近，二者顏色越匹配，只需通過少量飾瓷調(diào)節(jié)修復體的明度和彩度即可達到理想的美觀效果。近年來，國內(nèi)外學者對氧化鋯陶瓷的染色方法進行了研究，如國際專利US6709694，涉及可以用于氧化鋯陶瓷多孔瓷坯的染色液的組分和配制方法。又如國際專利US5219805，通過向氧化鋯粉體中摻雜稀土金屬氧化物和過渡金屬氧化物獲得可以用于制作正畸托槽的象牙白色氧化鋯陶瓷。又如國內(nèi)專利 CN1994334，通過向氧化鋯粉體中摻雜具有著色能力的金屬氧化物，獲得可切削的著色氧化鋯陶瓷。其中，基于粉體混合的內(nèi)染色法比使用染色液的外染色法，著色氧化鋯陶瓷的顏色更自然、更穩(wěn)定，制備加工質(zhì)量更容易控制。但是，使用這些單一著色的氧化鋯陶瓷加工獲得的修復體，不具有模擬天然牙顏色漸變效果的能力，因此仍需要復雜繁瑣的表面飾瓷和染色以獲得美觀的牙科全瓷修復體。相比均勻著色的氧化鋯全瓷基底冠，復色漸變、半透明的氧化鋯陶瓷基底冠能夠更好地模擬天然牙的顏色、半透性及其分布特征。但是，目前未見關(guān)于復色漸變半透明氧化鋯陶瓷的研究、加工和應(yīng)用報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了牙科美容修復使用的復色可切削氧化鋯陶瓷及其制備方法，以簡化加工工藝，改善氧化鋯全瓷修復體的美觀性和提高修復成功率為主要目的。為實現(xiàn)上述目的，設(shè)計一種可以應(yīng)用牙科CAD/CAM切削成型的，具有類似天然牙半透明性和顏色漸變效果的牙科氧化鋯陶瓷，特別是具有不同顏色特征的著色氧化鋯粉體的制備以及分層疊加的復色氧化鋯陶瓷素坯的制備方法。一種牙科復色可切削氧化鋯陶瓷，為正方體、長方體或圓柱體，高14士0. 2mm，具有半透明、顏色漸變特征，包含五種以上相同色調(diào)、不同飽和度的瓷層，其中色調(diào)以黃色品和橙黃色品為主，顏色分層疊加，相鄰兩層之間的色差小于1個NBS，即美國國家標準局(NBS National Bureau of Standards)規(guī)定的色差單位，色差小于1時不易被人眼察覺，該氧化鋯陶瓷從頂端到底層明度逐漸降低，飽和度逐漸增加，顏色自然過渡具有層次感。該氧化鋯陶瓷的預(yù)燒結(jié)多孔瓷坯易于進行切削，可以通過牙科CAD/CAM系統(tǒng)進行設(shè)計、加工。CAD系統(tǒng)設(shè)計時，根據(jù)擬修復天然牙的比色結(jié)果，通過軟件控制虛擬修復體在瓷塊中的位置，沿切端到頸部欠狀面上下移動，得到整體飽和度較高或較低的修復體；或者將其位置設(shè)計為與瓷塊水平面、冠狀面呈特定角度后進行切削成型，得到各個面顏色不完全相同的修復體，從而充分發(fā)揮計算機輔助設(shè)計的優(yōu)勢，使氧化鋯全瓷修復體與天然牙顏色范圍和分布特點盡可能一致，利于獲得更佳的美學效果。CAM系統(tǒng)放大切削成型時，放大率為20 22%，以補償完全燒結(jié)過程中氧化鋯修復體的體積收縮，提高邊緣適合性。一種牙科復色可切削氧化鋯陶瓷的制備方法，包括以下步驟(1)參考天然牙色彩范圍，主要成分相同的生物納米級白色氧化鋯粉體和著色氧化鋯粉體，按照一定比例混合，制備介于兩種粉體顏色之間的不同飽和度的著色氧化鋯混合粉體；( 利用分層疊加技術(shù)制備復色可切削氧化鋯陶瓷素坯，干壓、冷等靜壓成型，所述可切削氧化鋯陶瓷素坯是由五種以上的同一色調(diào)、不同飽和度的著色氧化鋯粉體，按照飽和度遞增的順序分層疊加而成；所述干壓壓強為3 4MPa ；所述冷等靜壓壓強為200MPa，保壓1 3分鐘；(3)復色可切削氧化鋯陶瓷素坯經(jīng)高溫預(yù)燒結(jié)制備復色可切削氧化鋯陶瓷多孔瓷坯，所述預(yù)燒結(jié)過程是從室溫開始，勻速升溫150分鐘至950°C，保溫60分鐘，自然冷卻至室溫；(4)復色可切削氧化鋯陶瓷多孔瓷坯經(jīng)高溫完全燒結(jié)制備復色氧化鋯可切削陶瓷，所述完全燒結(jié)過程是從室溫開始，勻速升溫150分鐘至1450°C，保溫120分鐘，自然冷卻至室溫。( 拋光、清潔。根據(jù)天然牙顏色空間分布，確定制備著色氧化鋯混合粉體時，著色氧化鋯粉體所占質(zhì)量分數(shù)(Wt% )為5 40%。制備復色可切削氧化鋯陶瓷素坯時，相鄰兩層著色氧化鋯混合粉體中，著色氧化鋯粉體的質(zhì)量分數(shù)差值小于等于10%。著色氧化鋯粉體是黃色品氧化鋯或橙黃色品氧化鋯粉體，主要成分與白色氧化鋯粉體相同，混合時不發(fā)生化學反應(yīng)，對氧化鋯陶瓷燒結(jié)體的力學性能和生物相容性無影響。制備復色可切削氧化鋯陶瓷素坯的分層疊加技術(shù)允許通過調(diào)整每層著色氧化鋯粉體的添加量，控制素坯中包含的顏色層數(shù)以及每層的寬度，從而制備具有不同顏色漸變效果的個性化復色半透明氧化鋯陶瓷，以滿足具有不同天然牙的顏色范圍和分布特征的人群對美學修復氧化鋯全瓷材料的需求。技術(shù)效果本發(fā)明的牙科復色可切削氧化鋯陶瓷為復色疊加，包含五種以上相同色調(diào)、不同飽和度的瓷層，呈現(xiàn)半透明、復色漸變效果，更好地模擬了天然牙的顏色和分布特征，無需或僅需薄層飾瓷少量調(diào)節(jié)明度和彩度即可達到充分的美觀性。本發(fā)明的牙科復色可切削氧化鋯陶瓷的預(yù)燒結(jié)多孔瓷坯具有一定的強度和良好的機械加工性能，可用CAD系統(tǒng)進行個性化修復體設(shè)計，得到具有不同顏色特征的氧化鋯全瓷修復體；利用CAM系統(tǒng)進行切削成型制備牙科修復體，提高了加工效率和精度。利用本發(fā)明的牙科復色可切削氧化鋯陶瓷制作氧化鋯全瓷修復體時，基牙牙體預(yù)備需要量少，有利于保存牙體，增加修復體的固位力，提高了基牙和修復體的抗折性以及修復成功率；減少了飾瓷對修復體整體半透明性的影響，通透性更佳；簡化了加工工藝，無需技師進行復雜的配色和外染色加工，充分發(fā)揮CAD/CAM系統(tǒng)加工工藝簡單、快捷的優(yōu)勢，節(jié)省臨床治療時間和費用，操作技術(shù)簡單便于推廣。本發(fā)明的復色可切削氧化鋯陶瓷的制備方法，工藝簡單，效果穩(wěn)定且容易控制。著色氧化鋯粉體的制備方法簡單容易控制，通過調(diào)整混合成分的比例得到具有不同顏色特點的著色氧化鋯粉體。分層疊加技術(shù)可用于制作適合不同人群的個性化復色氧化鋯陶瓷素坯，通過調(diào)整每層著色氧化鋯粉體的添加量，控制素坯中包含的顏色層數(shù)(五層以上)以及每層的寬度，制備具有不同顏色變化程度的瓷塊，更好地模擬具有不同色彩范圍和分布特點的天然牙。例如中國人牙明度高，飽和度低，從切端到頸部顏色變化較大，牙科美容修復時可以采用以分層疊加技術(shù)制備的分層較少，層寬較大，顏色自然過渡且從頂端到底部的三個部分的色差相對較大的氧化鋯陶瓷制作牙科修復體。


圖1是本發(fā)明牙科復色可切削氧化鋯陶瓷的示意圖。圖中“ ”的密度代表色彩飽和度，密度越大的區(qū)域，色彩飽和度越高。圖2是本發(fā)明牙科復色可切削氧化鋯陶瓷的制備方法的加工流程圖。
具體實施例方式制備主色調(diào)為淺黃色，具有五種飽和度的牙科復色可切削氧化鋯陶瓷，應(yīng)用牙科 CAD/CAM系統(tǒng)制作上頌中切牙全冠修復體氧化鋯粉體的原料白色和黃色品氧化鋯粉體，主要成分為(wt % ) Υ2035· 2 士0. 5，Al2O3O. 1 0. 4，以及微量 Na2O, SiO2, F%03，其余為 ZrO2,實際粒徑約為 90nm。著色氧化鋯粉體的制備將白色氧化鋯粉體和黃色品氧化鋯粉體按照質(zhì)量分數(shù)比例(wt%)分別為60% 40%,70% 30%,80% 20%,90% 10%,95% 5%稱重混合，每種混合粉體總質(zhì)量為IOg ；置入密封管內(nèi)，按照上述比例分別標記為1，2，3，4，5號，混勻。復色可切削氧化鋯陶瓷素坯的制備按照1到5的順序，用電子天平分別稱取著色氧化鋯混合粉體，質(zhì)量如下3，2，2，2，3 (g)，按照飽和度遞增的順序依次添加到長方體模具中(14mmX15mmX20mm)，分層疊加，干壓壓強為4Mpa。將制備好的復色可切削氧化鋯陶瓷坯體以塑料膜嚴密包裹，置入冷等靜壓機內(nèi)，在200MPa的成型壓力下成型并保壓3分鐘。復色可切削氧化鋯陶瓷多孔瓷坯的制備將成型的復色可切削氧化鋯陶瓷素坯 (高18mm士0. 2mm)置入高溫烤瓷爐中預(yù)燒結(jié)從室溫開始，勻速升溫150分鐘至950°C，保溫60分鐘，自然冷卻至室溫。獲得的復色可切削氧化鋯陶瓷多孔瓷坯具有一定強度且易于 CAD/CAM進行設(shè)計、加工。參考擬修復天然牙(上頌中切牙)比色結(jié)果，將虛擬修復體置于瓷塊的中心位置，利用CAM系統(tǒng)進行放大20%切削成型。利用本發(fā)明所述的復色可切削氧化鋯陶瓷多孔瓷坯加工成型的上頌中切牙氧化鋯全瓷修復體，進行完全燒結(jié)從室溫開始，勻速升溫150分鐘至1450°C，保溫120分鐘，自然冷卻至室溫。拋光、清潔。肉眼及體視顯微鏡觀察上頌中切牙氧化鋯全瓷修復體表面光滑、無裂紋無氣孔， 呈現(xiàn)半透明性，修復體各個面的顏色分布均一，顏色分布規(guī)律一致，從切端至頸部飽和度逐漸增加，半透明性逐漸下降，呈現(xiàn)淺黃色逐漸加深的梯度漸變，具有較強的顏色層次感和生動性。Vita EasyShade電子測色儀對上頌中切牙氧化鋯修復體唇面進行測色，按照測色說明切端和頸部各留出2mm避免漏光現(xiàn)象影響測色結(jié)果，中間部分從切端至頸部沿長軸取三等分點，分別代表切端1/3，中1/3以及頸部1/3。結(jié)果顯示參考Vita Classic系統(tǒng)和 Vita 3D-Master 系統(tǒng)比色結(jié)果依次為 B2，B3，B4 以及 2L1. 5,2. 5L2. 5,3. 5M3。根據(jù) Munsell 系統(tǒng)描述顏色特征，L(明度)、C(飽和度)、H(色調(diào))的測量結(jié)果(均值)切端1/383. 52， 18. 55,96. 2 ；中 1/381. 55,27. 87,95. 43 ；頸部 1/379. 06,34. 65,92. 7。以上結(jié)果顯示利用淺黃色色調(diào)的復色可切削氧化鋯陶瓷，通過牙科CAD/CAM系統(tǒng)加工制作的氧化鋯全瓷基底冠，具有類似天然牙的半透明和顏色漸變特征，必要時表面輔以薄層飾瓷即可得到個性化、美觀的氧化鋯全瓷修復體，更好地發(fā)揮了牙科CAD/CAM系統(tǒng)的優(yōu)勢，加工工藝簡單，節(jié)約診療時間和費用。
權(quán)利要求
1.一種牙科復色可切削氧化鋯陶瓷，其特征在于所述氧化鋯陶瓷具有半透明、顏色漸變特征，包含五種以上相同色調(diào)、不同飽和度的瓷層，從陶瓷頂端到底層明度逐漸降低， 飽和度逐漸增加，相鄰兩層之間的色差小于1個NBS，顏色自然過渡具有層次感，可以用于制作牙科氧化鋯全瓷修復體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙科復色可切削氧化鋯陶瓷的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)參考天然牙色彩范圍，主要成分相同的生物納米級白色氧化鋯粉體和著色氧化鋯粉體，按照一定比例混合，制備介于兩種粉體顏色之間的不同飽和度的著色氧化鋯粉體；(2)利用分層疊加技術(shù)制備復色可切削氧化鋯陶瓷素坯，經(jīng)干壓、冷等靜壓成型，所述復色疊加氧化鋯陶瓷素坯是由五種以上相同色調(diào)、不同飽和度的著色氧化鋯粉體，按照飽和度遞增的順序分層疊加而成；所述干壓壓強為3 4MPa ；所述冷等靜壓壓強為200MPa， 保壓1 3分鐘；(3)復色可切削氧化鋯陶瓷素坯經(jīng)預(yù)燒結(jié)制備復色可切削氧化鋯陶瓷多孔瓷坯，所述預(yù)燒結(jié)過程是從室溫開始，勻速升溫150分鐘至950°C，保溫60分鐘，自然冷卻至室溫；(4)復色可切削氧化鋯陶瓷的多孔瓷坯經(jīng)完全燒結(jié)制備復色可切削氧化鋯陶瓷，所述完全燒結(jié)過程是從室溫開始，勻速升溫150分鐘至1450°C，保溫120分鐘，自然冷卻至室溫。(5)拋光、清潔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的牙科復色可切削氧化鋯陶瓷的制備方法，其中所述著色氧化鋯粉體占混合粉體的質(zhì)量分數(shù)(wt為5 40%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的牙科復色可切削氧化鋯陶瓷的制備方法，其中所述制備復色可切削氧化鋯陶瓷素坯時，相鄰兩層著色氧化鋯混合粉體中，著色氧化鋯粉體的質(zhì)量分數(shù)差值小于等于10%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的著色氧化鋯粉體是黃色品氧化鋯或橙黃色品氧化鋯粉體。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的牙科復色可切削氧化鋯陶瓷的制備方法，其特征在于制備復色氧化鋯瓷塊素坯的分層疊加技術(shù)允許通過調(diào)整每層著色氧化鋯粉體的添加量，控制素坯中包含的顏色層數(shù)以及每層的寬度，從而制備具有不同顏色漸變效果的個性化復色半透明氧化鋯陶瓷，以滿足具有不同天然牙的顏色范圍和分布特征的人群對美學修復氧化鋯全瓷材料的需求。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙科氧化鋯全瓷修復體，其特征在于是由權(quán)利要求1和2所述的牙科復色可切削氧化鋯陶瓷的多孔瓷坯加工成型的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的牙科氧化鋯全瓷修復體，其特征在于加工成型過程可以由牙科CAD/CAM系統(tǒng)完成的，根據(jù)擬修復天然牙的比色結(jié)果，通過CAD系統(tǒng)調(diào)整虛擬修復體在該復色可切削氧化鋯的多孔瓷坯中的位置，設(shè)計修復體各個面的顏色范圍和分布特征，制作個性化美觀牙科全瓷修復體；通過CAM系統(tǒng)放大切削成型，放大率為20 22%，以補償完全燒結(jié)過程中氧化鋯修復體的體積收縮，提高邊緣適合性。
全文摘要
一種牙科復色可切削氧化鋯陶瓷及制備方法，該氧化鋯陶瓷具有半透明、顏色漸變特征，包含五種以上相同色調(diào)、不同飽和度的瓷層，從陶瓷頂端到底層明度逐漸降低，飽和度逐漸增加，顏色自然過渡具有層次感；該氧化鋯陶瓷的預(yù)燒結(jié)多孔瓷坯易于切削成型，可以通過CAD/CAM系統(tǒng)制作個性化、美觀牙科氧化鋯全瓷修復體，有利于保存基牙，提高修復成功率。該牙科復色可切削氧化鋯陶瓷的制備方法簡單有效，易于推廣。
文檔編號C04B35/622GK102285795SQ201110141808
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月30日
發(fā)明者王新知, 王鴻娟, 趙靜 申請人:北京大學口腔醫(yī)學院, 深圳市愛爾創(chuàng)科技有限公司