純鈦表面制備復(fù)合納米薄膜對(duì)鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度影響的研究.pdf

1、近年來(lái)，純鈦金屬憑借其優(yōu)良的生物相容性、耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于口腔修復(fù)臨床。隨著低熔點(diǎn)、低熱膨脹系數(shù)的鈦瓷粉成功投放于市場(chǎng)，鈦烤瓷技術(shù)也有了較大的發(fā)展，但是鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度仍明顯低于鎳鉻合金與瓷的結(jié)合強(qiáng)度。其原因主要是由于高溫環(huán)境下，鈦表面極易形成疏松多孔且附著性差的氧化膜。納米材料顆粒粒徑小，表面張力大，表面結(jié)合能高，具有不飽和性，所以表現(xiàn)出極強(qiáng)的化學(xué)活性，易與瓷及金屬表面的氧發(fā)生鍵合作用。本實(shí)驗(yàn)采用溶膠-凝膠技術(shù)，在鈦金屬表面

2、均勻的涂附一層納米薄膜，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的熱處理，以期能限制在瓷燒結(jié)過(guò)程中鈦表面的過(guò)度氧化，改善鈦瓷結(jié)合性能，提高鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度；并模擬口腔環(huán)境，研究鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度在酸性含F(xiàn)-的人工唾液中的變化規(guī)律，探討其腐蝕機(jī)理，為鈦瓷修復(fù)體進(jìn)一步的臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)。
　　研究結(jié)果如下：
　　1．采用溶膠-凝膠技術(shù)均勻的在鈦金屬表面涂附TiO2-SiO2納米薄膜，經(jīng)750°C熱處理后其鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度與對(duì)照組相比提高了21.77％，而300°C

3、熱處理后的鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度卻降低了13.28％，兩者均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；經(jīng)750°C熱處理不同時(shí)間后的鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度均顯著增加，但是相互間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；納米薄膜各組成成分的摩爾比率對(duì)鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度也無(wú)顯著的影響，但是隨著Ti含量降低，Si含量增高，鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。
　　2.不同溫度熱處理的TiO2-SiO2納米薄膜X線衍射圖譜(XRD)顯示，盡管750°C組的XRD圖明顯不同于300°C和500°C組，但是所有試件均未發(fā)現(xiàn)金紅石

4、相TiO2。這說(shuō)明涂附在鈦金屬表面的TiO2-SiO2納米薄膜可以作為氧隔離屏障，能夠有效的防止鈦在瓷熔附過(guò)程中繼續(xù)氧化。改變熱處理時(shí)間和各組成成分的摩爾比率，TiO2-SiO2納米薄膜的晶型無(wú)明顯變化。
　　3.通過(guò)對(duì)表面涂附TiO2-SiO2納米薄膜的鈦瓷界面進(jìn)行掃描電鏡(SEM)觀察發(fā)現(xiàn)，300°C和500°C熱處理后的納米薄膜較為松散凌亂，薄膜開(kāi)裂，且縫隙較大。而經(jīng)750°C熱處理的納米薄膜相對(duì)較為致密，未見(jiàn)明顯的裂縫存在

5、。觀察750°C熱處理后的鈦瓷試件在三點(diǎn)彎曲測(cè)試后其橫切面的SEM圖發(fā)現(xiàn)，鈦瓷斷裂的位置發(fā)生了變化，不再是鈦表面氧化膜與鈦基底之間，而是位于TiO2-SiO2納米薄膜內(nèi)部。
　　4.在上述研究的基礎(chǔ)上，將Sn元素加入到TiO2-SiO2納米薄膜中，研究在不同處理?xiàng)l件下該復(fù)合型納米薄膜對(duì)鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，影響TiO2-SiO2-SnOx納米薄膜增強(qiáng)鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度的熱處理溫度與TiO2-SiO2納米薄膜截然相反。其顯著增

6、強(qiáng)鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度的溫度為300°C，約可提高21.32％。隨著熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)，鈦瓷間的結(jié)合強(qiáng)度逐漸增大，但是無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。各組成成分的摩爾比率對(duì)鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度也有一定的影響作用，Ti:Si:Sn摩爾比率為5:4:1和2:2:1時(shí)的鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度顯著提高，但是當(dāng)三者比率為4:5.5:0.5時(shí)卻無(wú)明顯改變。
　　5.比較不同溫度熱處理的TiO2-SiO2-SnOx納米薄膜X線衍射圖譜(XRD)發(fā)現(xiàn)，與300°C組和500°C組相比，750

7、°C組的XRD相圖中無(wú)SnO晶相，取而代之的是SnO2晶相。表明隨著溫度的升高SnO可能被氧化為SnO2。而所有試件中均未發(fā)現(xiàn)金紅石相TiO2的結(jié)果則說(shuō)明涂附在鈦金屬表面的TiO2-SiO2-SnOx納米薄膜可以作為氧隔離屏障，有效的防止鈦在瓷熔附過(guò)程中繼續(xù)氧化。熱處理時(shí)間和各組成成分的摩爾比率對(duì)TiO2-SiO2-SnOx納米薄膜的晶型變化無(wú)明顯影響。
　　6.通過(guò)觀察比較不同處理?xiàng)l件下表面涂附TiO2-SiO2-SnOx納米薄

8、膜的鈦瓷界面SEM圖發(fā)現(xiàn)，經(jīng)300°C熱處理的納米薄膜較為致密，均勻一致，無(wú)明顯的裂縫存在。而500°C和750°C熱處理后的納米薄膜則雜亂無(wú)序，且表面存在著明顯的縫隙。對(duì)300°C熱處理后的鈦瓷試件在三點(diǎn)彎曲測(cè)試后其橫切面進(jìn)行SEM觀察發(fā)現(xiàn)，鈦瓷斷裂的位置發(fā)生了變化，不再是鈦表面氧化膜與鈦基底之間，而是位于TiO2-SiO2-SnOx納米薄膜內(nèi)部。
　　7.分別采用劃痕法對(duì)不同熱處理溫度下TiO2-SiO2和TiO2-SiO2-

9、SnOx納米薄膜與鈦基底間的膜基結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熱處理溫度為300°C、500°C和750°C時(shí)，TiO2-SiO2納米薄膜與鈦基底的膜基結(jié)合力分別為15.3N、22N和28.5N，說(shuō)明隨著溫度的升高，TiO2-SiO2納米薄膜與鈦基底的膜基結(jié)合力也隨之升高；而TiO2-SiO2-SnOx納米薄膜與鈦基底的膜基結(jié)合力則分別為18.5N、24.5N和22.8N，說(shuō)明隨著溫度的升高，TiO2-SiO2-SnOx納米薄膜與鈦基底的膜基