无机非金属材料及陶瓷(1)

(一)长石质陶瓷 (feldspathic porcelain)
1.结构特点：
长石：熔化时成熔剂，使石英和白陶土结合 石英：增加陶瓷材料的强度 白陶土：具可塑性，易与长石结合，增加陶瓷的韧 性和不透明性，缺点为失水后收缩大 助熔剂：碳酸钠，硼酸钠及碳酸钾
2.主要性能：热膨胀系数
(二)羟基磷灰石陶瓷 (Hydroxyapatite,HA)



(四)氧化铝陶瓷(Alumina Ceramic)
1.结构特点：主要成分为Al2O3，晶型为α， 晶系为六方晶系，可分为多晶和单晶氧 化铝陶瓷 2.主要性能：硬度高，抗弯强度较大 3.生物性能：陶瓷表面存在一层亲水分子 结构－－水化膜
(四)氧化铝陶瓷(Alumina Ceramic)
水化膜：通过偶极和氢键作用，使水分
5.生物性能：四无产品 6.审美性能：最佳
四．口腔陶瓷材料 及制品的制备

口腔陶瓷材料（粉）的制备 （高于熔点）
合成原料—配合—热处理（熔融）--粉碎—混合

成形

口腔陶瓷制品的制备 （低于熔点）
１．烧结 ２．表面涂层 ３．铸造 熔模铸造法（investment casting)
失蜡铸造法 (lost-wax process)

金属烤瓷材料与金属结合的匹配
热膨胀系数
金属烤瓷材料的烧结温度与金属熔点的
关系
金属烤瓷材料与金属结合界面的润湿
热膨胀系数
主要影响因素： *烤瓷热膨胀系数 > 金属热膨胀系数时,烤瓷产生 龟裂,破碎 *烤瓷热膨胀系数 < 金属热膨胀系数时,烤瓷产生 剥脱 两者之差应控制在0.5×10-6· -1的范围内 K 加入白榴石、硅酸铝锂等改变膨胀系数
它与人体牙和骨组织无机结构相似,目前 是一种优良的牙和骨缺损代用材料 1.合成：水热法，干热法，湿热法 2.主要性能 3.生物性能：与骨形成骨性结合，是良 好骨引导材料
(二)羟基磷灰石陶瓷 (Hydroxyapatite,HA)
骨引导osteoconduction：为血管的长入和
新骨的形成提供一个支架；例如磷酸三 钙，羟基磷灰石等

四.材料与组织界面

种植材料与机体组织间的作用决定于: 1. 陶瓷材料的组织和结构 2. 陶瓷材料的表面性态(粗糙程度,孔隙率 及形态 3. 材料力学性质
(一)材料组织结构与界面
生物反应性陶瓷--骨性界面结合
骨性结合：成骨细胞的突起包绕附着于种植体表面，
骨细胞成熟，界面无结缔组织
生物惰性陶瓷--纤维接触界面 生物可吸收性陶瓷--存在新骨形成伴随
一. 概念与发展史 二. 口腔无机非金属材料的分类 三. 口腔陶瓷材料的性质 四. 口腔陶瓷材料及制品的制备 五. 几类口腔陶瓷材料的特征
一、概念与发展史
陶瓷概念
陶瓷是由中国人发明的陶器和瓷器的总
称 ，以各种天然矿物经过粉碎混炼、成 型和煅烧制得的材料以及各种制品
陶瓷义齿基托 （1774） ↓ 充填修复 （1820） ↓ 陶瓷嵌体 （1880） ↓ 陶瓷烧结冠（1889） ↓ 金属烤瓷（1940） ↓ 多种全瓷系统 （1965 ~ ）

3. 碳纤维：以丙稀腈为原料，在张力牵
引下隔氧培烧，链状分子脱氢脱氮，留 下碳原子按同一方向整齐排列的纤维， 呈直径7～9 m黑色细丝，抗拉强度可达 3040 MPa。
(七) 非氧化物陶瓷（Nonoxide Ceramic）
报道少，主要用作硬组织的替换材料。
SiC材料：硬度高、强度大，导热导电性
二、口腔无机非金属材料的分类
1.按性质分 2.按临床使用部位 3.按临床用途 4. 按临床制作工艺：粉浆烧结陶瓷（烤 瓷），铸造陶瓷，玻璃渗透陶瓷，切 削陶瓷（CAD/CAM），热压陶瓷
三.口腔陶瓷材料的结构与性能
1.结构： 相组成：晶相、玻璃相和气相 2.物理性能：体积收缩率，透光率
3.机械性能：抗压强度高 硬度高 耐磨性高 抗拉强度低 抗弯强度低 抗冲击强度低
为合金表面氧化层(锡,铟)与金属烤瓷材料中的氧化物和非晶 质玻璃界面发生化学反应,通过离子键、共价键、金属键所形成的 结合.
化学键
金属键（metallic bond）：主要在金属中存在。 由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的 静电吸引力组合而成 离子键（ionic bond）：指阴离子，阳离子间通 过静电作用形成的化学键 ，此类化学键往往在 金属与非金属间形成 共价键（covalent bond）：两个或多个原子共 同使用它们的外层电子，在理想情况下达到电 子饱和的状态，由此组成比较稳定的化学结构 叫做共价键，常发生在非金属间的结合

金属与烤瓷结合失败的类型
4.氧化膜内部的破裂: 由于基底合金氧化 程度较高,形成的氧化膜厚度过厚,且氧化 膜本身是一较脆弱的结构,易产生化学性 或机械性的破坏 5.金属与氧化膜界面间: 这表示金属与氧 化膜之间的粘结强度比陶瓷与氧化膜之 间的粘结强度差

四.工艺步骤

1.金属(冠核)修复体的制作 2.金属(冠核)修复体的预处理
分子间作用力又称为范德华力，按其实
质来说是一种形成偶极后的电性吸引力， 包括取向力，诱导力和色散力
取向力：极性分子与极性分子之间
诱导力：极性分子和非极性分子之间
色散力：非极性分子和非极性分子之间
三.金属烤瓷材料与金属的结合
金属烤瓷材料与金属的结合形式 1.机械结合：摩擦力 2.物理结合：两者之间的范德华力 3.压力结合：热胀系数 4.化学结合：起关键作用
子在表面形成定向排列，与晶体表面离 子牢固结合，不能移动，且难于去除
水化膜能够通过氢键与糖蛋白结合，赋
予铝瓷良好的生物性能
(五)氧化锆陶瓷（Zirconia Ceramic ）
1.结构特点：氧化锆晶体包括单斜m-ZrO2、 四方t-ZrO2和立方c-ZrO2，存在于不同的 温度范围，并可以相互转化 2.主要性能：高韧性、高抗弯强度和高耐 磨性 3.加工性能：采用静电压成形技术，生产 出瓷块，再通过CAM/CADA切削成形
陶瓷材料的降解
（二）材料表面状态与界面
1.陶瓷材料的表面能

种类和组成

(二) 组成 1.原料组成 长石 石英 白陶土 硼砂 结合剂
氧化铝 着色剂 釉料 荧光剂
组成
2.常见种类：
长石质全瓷 氧化铝质全瓷 白榴石增强长石质陶瓷
三.性能
(一)物理性能： 硬度及耐磨性高,与牙釉质相当 长石质陶瓷抗拉性能较差 (二)化学性能 (三)生物性能 (四)审美性能: 着色性，半透明性
四.工艺步骤
(一)成形：体积代偿 (二)烧结： 分为三阶段: 低温烧结--中温烧结--高温烧结 烧结次数和烧结温度对修复体强度和 颜色有影响
五. 其他工艺全瓷修复体

热压全瓷材料 粉浆浇铸全瓷材料 可切削全瓷材料


热压全瓷材料
白榴石基瓷（empress I） 1180º 0.3MPa C 抗弯强度 120MPa
核心过程－－烧结

在高温作用下，粉状物料自发填充颗粒间隙的 过程，随着温度和时间的延长，过程中发生： 固体颗粒相互键联，晶粒长大，空隙（气孔）
和晶界逐渐消失，通过物质传递，物料的体积
收缩、密度增加，最后成为坚实的整体
五.几类口腔陶瓷材料的特征
长石质陶瓷 羟基磷灰石陶瓷
玻璃陶瓷
氧化铝陶瓷 氧化锆陶瓷 碳素陶瓷 非氧化物陶瓷
相
相（Phase)
系统中具有相同化学属性和物理特性的 一种聚集状态
三.口腔陶瓷材料的结构与性能
1.结构： 相组成：晶相、玻璃相和气相 2.物理性能：体积收缩率，透光率
3.机械性能：抗压强度高 硬度高 耐磨性高 抗拉强度低 抗弯强度低 抗冲击强度低
三.口腔陶瓷材料的结构与性能
4.化学性能：稳定

粉浆浇铸全瓷源自文库料
氧化铝基质＋含镧玻璃
抗弯强度 450MPa
尖晶石基质＋含锆玻璃
抗弯强度 600MPa
可切削陶瓷
氧化锆陶瓷（zircon@，cercon@， lava@）
抗弯强度可达900MPa以上
第三节 金属烤瓷材料 （Porcelain-fused-to-metal）
一.概念和应用范围 二.种类组成和性能 (一)均为与各类金属烤瓷合金相匹配的 低熔烤瓷材料. 常见:德国的Vita和日本的Shofu (二)组成 不透明瓷,颈部瓷,体瓷,釉瓷
骨诱导osteoinduction：内含成骨诱导蛋
白，能够刺激植骨区周围的间充质干细 胞向成软骨细胞或成骨细胞分化，形成 新骨；例如脱钙骨
(三)玻璃陶瓷(Glass Ceramics)

1.结构特点： 玻璃:由无定形或非晶态的玻璃相组成 玻璃陶瓷:由一种或数种结晶相和玻璃相 组成，结晶相在数量上多于玻璃相 2.主要性能：透光率与真牙相似 3.生物性能： 能在体内与骨形成骨性结 合，同样是骨引导材料

玻璃陶瓷，按其与生物体组织相互作用情况分 为两类：近似惰性和生物活性 惰性生物玻璃在体液的作用下，表面出现少量 的脱碱作用或因硅氧网络稍有溶解而产生变化， 基体则未发生改变 活性玻璃则由于体液作用，玻璃中碱性离子和 硅氧网络在浸蚀过程中逐渐破坏，离子溶解并 进入体液中循环
总体上看，生物玻璃较HA降解速度慢，组织 反应活性差一些，但活性高于惰性生物材料。
好，是耐磨、耐腐蚀材料。
Si3N4材料：可代替氧化锆作关节置换假
体，比氧化锆有更好的使用寿命。
第二节 烧结全瓷材料 sintered all ceramic materials
一.概念：又称烤瓷材料？ 二.种类和组成 (一)种类 高熔烤瓷材料 1200-1450º C 中熔烤瓷材料 1050-1200º C 低熔烤瓷材料 850-1050º C
(六) 碳素陶瓷（Carbon Ceramic）
1. 热解碳： 1500 C热解碳氢化合物沉积在
石墨基体上的低温各向同性碳，以制作 牙根种植体
2.蒸汽沉积碳：在真空过程中通过电弧或
高能电子束等手段加热碳氢化合物，使 其分解，升华或溅射，沉积在钛金属表 面，以制作牙根种植体
(六) 碳素陶瓷（Carbon Ceramic）
三.金属烤瓷材料与金属的结合
(一)金属烤瓷材料与金属的结合形式 1.机械结合：摩擦力 2.物理结合：两者之间的范德华力 3.压力结合：热胀系数 4.化学结合：起关键作用
为合金表面氧化层(锡,铟)与金属烤瓷材料中的氧化物和非晶 质玻璃界面发生化学反应,通过离子键、共价键、金属键所形成的 结合.
范德华力


3.涂瓷及烧结成形
瓷折裂的原因

无金属支持：铸造缺陷/颈缘游离瓷过长 金瓷结合失败：上底层瓷前金属处理不当 瓷层内应力过大： 烧结应力：厚度不均匀/烧烤时冷却过快 外力过大：就位时压力过大/咬合过高/咬 硬物
第四节 种植陶瓷材料
一.概念（implantation) 二.种类和组成： 生物惰性陶瓷 氧化铝 氧化锆 碳素等 生物反应性陶瓷 HAP 玻璃陶瓷 生物可吸收性陶瓷 TCP 铝酸钙陶瓷 三.性能： 机械强度与人体硬组织相适应 耐消毒灭菌性能

二硅酸锂基瓷（empress II） 920º 0.4MPa C 抗弯强度 350MPa

粉浆浇铸全瓷材料

将瓷粉水桨体灌注入特殊耐火代型上 多孔耐火代型通过毛细管虹吸现象从粉浆中吸 收水分，压缩粉浆以代偿收缩 连代型一起烧结，形成多孔瓷核 在多孔瓷核中渗透融化的玻璃，以减少孔隙， 提高韧性
金属烤瓷材料的烧结温度 与金属熔点的关系
烤瓷材料的烧结温度 < 金属熔点
金属烤瓷材料与金属结合界面的润湿

金属表面高度清洁光滑

烤瓷熔融时有良好流动性
增大金属的表面能

金属与烤瓷结合失败的类型
1.烤瓷与金属之间: 由于氧化膜形成受阻, 使陶瓷无法结合于金属表面 2.氧化膜与瓷层间: 可能原因是氧化膜受 污染或是陶瓷材料与氧化膜发生相容性 问题 3.瓷层内部的分裂: 主要是瓷层内部有应 力集中现象或有杂质、气泡等造成完整 性的破坏与强度的减弱
口腔无机非金属材料 Dental Ceramic Dental Porcelain
陶？瓷？
高岭石（黏土 白陶土） Al2O3 · 2SiO2 · 2O 2H 长石 K2O · 2O3 ·6SiO2 Al
陶？瓷？
烧成温度 总气孔率 吸水率 硬度 透明度 原料不同

第一节 概述