镍钛合金弓丝机械性能的研究进展

牙科设备镍钛合金弓丝机械性能

1 镍钛合金弓丝及其机械性能

牙科设备镍钛合金弓丝自20 世纪70 年代由Andreasen等[1- 2]引入正畸临床以来，以其能释放出较为持续、柔和的矫治力受到临床正畸医生的推崇。镍钛合金弓丝在正畸临床应用大致经历了以下3 个主要的发展阶段。

第1 代，普通镍钛合金弓丝时代，由Andreasen引入正畸临床。其相变温度（austenite finaltemperature，Af）高于口腔正常温度（37 ℃），在临床使用过程中不会发生相变，不表现出超弹性与形状记忆功能。因其形变释放的力偏大，力值衰减较快且不易弯曲成形，其临床使用受到限制。

第2 代，超弹性镍钛合金弓丝时代，诞生于20 世纪80 年。超弹性镍钛合金弓丝在应力作用下会发生相变且具有超弹性（又称拟弹性），其释放的力值较第1 代更柔和，也更持久。因其相变温度Af 远低于人体温度，故在口腔正常温度下此类镍钛弓丝不会发生相变，不能在临床应用中表达形状记忆功能。第2 代超弹性镍钛合金弓丝目前仍在临床广泛使用。

第3 代，诞生于20 世纪90 年代，是具有真正形状记忆功能的镍钛弓丝，又称作第3 代温控型镍钛合金弓丝和热激活型镍钛合金。该类弓丝刚性低、回弹性好，其相变温度Af 在35 ℃左右，可在正常口腔温度内发生相变，从而表现出超弹性和临床所需要的形状记忆功能。

2 温度对牙科设备镍钛合金弓丝机械性能的影响

人的口腔温度受体温、外界温度、口腔呼吸、摄入食物、吸烟、开闭口等因素的影响[3]，并非恒定不变。有学者发现，口腔温度的波动对正畸弓丝，尤其是具有温度敏感性的镍钛丝的机械性能会产生影响。Iijima等[4]在23、37、60 ℃的恒定温度条件下检测超弹性镍钛合金方丝与温控型镍钛合金方丝的机械性能后发现，根据克劳修斯- 克拉佩隆（Clausius- Clapayron）模式，随温度的升高，镍钛合金弓丝诱导马氏体相变所需的临界应力增大；在温度由37 ℃上升至60 ℃再降回至37 ℃状态下时，以上镍钛合金弓丝在最后37 ℃的力值较最初37 ℃的力值大0.530～1.039 N。他们认为，这与加热或降温时镍钛合金相变过程中发生位错现象所导致的弓丝相变温度改变有关。Mullins等[5]在研究温度变化状态下温控型镍钛合金方丝机械性能时发现：在5 ℃加载、37 ℃卸载复合检测时，弓丝表现出在5 ℃单独加、卸载时的加载行为和在37 ℃单独加、卸载时的卸载行为，但所有测得的力值均小于5 ℃和37 ℃单独检测所获的试验结果。

镍钛合金弓丝能够表现出超弹性，是因为相变过程中产生了应力诱导的马氏体。这种马氏体相变与温度和加载应力密切相关，只有在弓丝相变温度与马氏体能存在的最高温度这一温度区间内，加载应力与弓丝才能产生应力诱导的马氏体，弓丝才能表现出超弹性。因此，镍钛合金弓丝的工作温度与其Af 之间的差值会影响此类弓丝力学性能。Meling等[6]的研究证实，相对于Af 为27 ℃和40 ℃的Cu- Ni- Ti 合金而言，Af 为35 ℃的Cu- Ni- Ti 合金弓丝具有更好的温度敏感性。

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