氧化锆陶瓷的表面处理方法研究现状

氧化锆陶瓷的表面处理方法研究现状

张恩硕 张文凤 王造时 刘重深

华北理工大学 口腔医学院 河北唐山 063210

氧化锆是一种理想的修复材料^[1]。因为氧化锆全瓷冠具有良好的力学性能，能满足临床需要，所以被广泛应用。其中，影响全瓷冠修复效果的重要因素是其粘结强度^[2]。不同的表面处理方法对研究氧化锆的键合效应具有重要意义。为了提高氧化锆与胶粘剂的结合强度，临床上通常采用不同的表面处理方法。目前，国内外常用的传统方法有硅烷化法、喷砂法和硅涂层法。

1.硅烷化处理

硅烷化处理是粘结硅酸盐陶瓷之前的常见步骤。也是表面处理的必要步骤^[3]。硅烷偶联剂可以改善包含玻璃相和树脂灰浆的陶瓷表面的润湿性，并形成稳定的Si-O-Si化学键。硅烷含有硅并且具有双重活性。一端是有机端，其与树脂水泥的有机基团形成聚合反应。另一端通常包括可结合至羟基化表面的烷氧基。

硅烷还可以帮助提高粘结强度，因为它可以改善陶瓷表面的润湿性。然而，氧化锆基陶瓷之内不包含或仅包含少量的氧化硅，这意味着硅烷偶联剂不能与其直接形成化学键，不能在氧化锆和粘合剂之间提供足够的结合力。刘振海等学者的研究^[4]表明：当与硅烷偶联剂组合使用时，可以改善瓷器表面和树脂粘合剂的润湿性，并且树脂粘合剂可以更容易地渗透到瓷器表面的孔中，从而提高效率。瓷器之间的结合力。树脂粘结剂和瓷器区域可以提高氧化锆与树脂水泥之间的粘结强度。

2.喷砂

喷砂被认为是国内外氧化锆陶瓷表面处理最方便，最经济，最有效的方法。喷砂是目前推荐用于氧化锆陶瓷的表面粗糙化技术，以增加表面粗糙度，通常使用50-250μm的Al₂O₃或其他喷砂颗粒^[5]。孟祥峰等学者^[6]认为，喷砂处理不仅增加了氧化锆陶瓷的表面粗糙度和表面积，而且增加了表面锆元素的质量和原子百分比，从而将氧化锆陶瓷与磷酸盐单体结合在一起，改善了树脂粘合剂之间化学粘合的耐久性。但是，反复喷砂，喷砂过程中的粗颗粒以及喷砂过程中的过大压力可能会导致晶体相变和微裂纹，从而降低氧化锆陶瓷的机械性能。

当前的实验已经证明，喷砂处理对于大多数树脂粘合剂都是有效的。但是，根据临床反馈，仅喷砂氧化锆陶瓷的长期粘结效果仍然不理想。李思文^[7]等学者提出喷砂处理后的硅涂层处理可以显着提高氧化锆陶瓷与牙组织的结合强度。这是一种理想的表面改性方法。

3.二氧化硅涂层

作为对传统喷砂技术的改良，二氧化硅涂层技术是在氧化铝颗粒的表面覆盖一层二氧化硅。在高温条件下，在处理好陶瓷表面和二氧化硅覆盖的氧化铝之后，它们二者中的物质以及通过化学反应产生的颗粒进行化学反应，从而形成硅酸盐涂层覆盖于氧化锆表层。常用的处理方法是摩擦化学硅涂覆法。发生反应的能量来源为：（1）化学反应是由机械冲击触发的； （2）在化学反应发生时的摩擦热能产生于二氧化硅覆盖的氧化铝颗粒与氧化锆间隙之间。区别是：一方面，外界机械冲击能够拉伸扩展物质表面上原子的原子键，从而降低了界面反应的活化能。另一方面，部分动能也可以转化为热能，导致局部温度快速升高，这又进一步促进了二氧化硅包覆的氧化铝颗粒与氧化锆表面之间的化学反应^[8]。

该方法可以大幅增加陶瓷表面的表面积和粗糙度。它不但可以像传统喷砂一样增强陶瓷和树脂粘合剂之间的微机械保持力，还可以在陶瓷外层引入硅以完成硅烷偶联。在氧化锆表面形成化学键，进而可以取得更好的效果。

4.等离子表面处理技术

使用等离子弧作为热源，将金属或非金属粉末加热到熔融或半熔融状态，并以高速气流将其喷涂在工件表面上以形成涂层，以改善涂层质量。这种方法被称为等离子表面处理技术。性能表面工程技术是现代表面工程技术中最重要的部分^[9]。这种技术最大的特点是它具有很高的温度，中心最高温度可以达到15000K，它可以熔化任何油漆。因此，对涂层没有大的限制。原则上，在一定温度下不会升华或分解的固体材料都可用作喷涂材料，某些高熔点材料也可用作涂料。例如，二氧化锆等可以通过改变材料表面的物理结构和化学成分来显著增强材料的性能。但是，很少有人尝试通过这种方法来提高氧化锆的附着力，因此需要进一步的研究。

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[9]董允, 张延森, 林晓聘.现代表面工程技术.北京：机械工业出版社，2000.7．