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鈦及鈦合金口腔醫學中的應用

來源:鈦棒,鈦板,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2015-7-16 11:55:14
鈦在口腔醫學中的應用形式主要有兩種,即鈍鈦和鈦合金。純鈦中也含有極少量的C、H、O、N、Si 和Fe等元素。市售的純鈦分4個等級(TA0 、TA1 、TA2 和TA3),它們之間區別主要在于氧(0.15%-0.30%wt)和鐵(0.15%-0.40% wt)的含量。1995年,芬蘭學者Vallittu等用鈷鉻合金、純鈦、鈦合金(Ti-6Al-4V)和Ⅳ型金合金制作可摘局部義齒的卡環,進行彎曲疲勞實驗,得到鈦合金與鈷鉻合金的抗彎曲疲勞指數相近,高于純鈦。為了彌補純鈦應用于口腔修復體中強度稍顯不足的問題,研制和開發彈性模量低、耐磨性強和機械性能優異的鈦合金成為一個重要的發展方向。1995年,日本學者Kobayshi E首先把鈦鋯合金引入了醫用領域。1999年,第四軍醫大學在牙科鈦鋯(Ti-Zr)鑄造合金方面進行了較深入的研究,得到鈦鋯合金的抗拉強度為795MPa,屈服強度為657MPa,延伸率為22%,彈性模量為100GPa,硬度為249HK。口腔粘膜刺激試驗無異常組織學反應,認為鈦鋯合金是一種有發展前景的口腔修復用鈦合金。 2006年,第四軍醫大學口腔醫學院劉金城等對鈦鈮鋯錫合金(Ti-24Nb-4Zr-7.6Sn)鑄件的機械性能進行研究,得到鈦鈮鋯錫合金的抗拉強度為681.7MPa,屈服強度為410MPa,延伸率為6%,彈性模量為42.1GPa,維氏硬度為453Hv,證明鈦鈮鋯錫合金的機械性能能夠滿足制作口腔修復體的要求。 2006年,哈爾濱工業大學徐麗娟等在純鈦中加入鉬元素制成二元Ti-Mo合金,得到維氏硬度為451 Hv,抗壓強度為1636MPa,壓縮率為22.5%,抗壓彈性模量為29.8GPa,抗彎強度為1432MPa,認為Ti-Mo合金的塑性較好,性能優異,是一種有發展前景的口腔修復用鈦合金。 為了獲得良好的生物相容性,鈦合金的主要研究方向趨向于加入Nb、Zr、Ta、Sn、Pt等無毒元素,但上述鈦合金還未見臨床應用的報道。目前最常用的鈦合金是Ti-6Al-4V,其中仍含有對人體有害的元素鋁和釩等,適用于可摘局部義齒支架的鈦合金還在不斷研制開發之中,因此臨床上仍以使用純鈦可摘局部義齒支架為主導。 1999年,北京大學口腔醫學院孫鳳等為50例牙列缺損和牙列缺失患者制作國產純鈦金屬的活動義齒63件,隨診1年,觀察義齒的使用狀況。對于上頜固位差的局部或全口義齒,純鈦義齒可以克服由于義齒自重產生的脫位,從而增加了義齒的固位力,特別是在全口義齒應用中具有優越性。 2005年,南京大學口腔醫學院張潔等為100例無牙合患者制作鈦制腭托全口義齒,通過1~3年后的臨床療效觀察得知,鈦制腭托全口義齒固位好,異物感小,基托輕薄,沒有金屬味,抗折力強。以前曾戴用過聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)基托的全口義齒的患者更換鈦制腭托全口義齒后感覺更舒適,滿意度達85%。 由此可見,純鈦修復體已經在臨床上得到了廣泛的應用,并顯示出其突出的優越性。
 
口腔修復材料主要包括金屬、陶瓷和樹脂三大類。金屬的強度、硬度、耐磨性、耐久性和韌性等力學性能優于陶瓷和樹脂材料,因而被廣泛地應用于冠橋、嵌體及可摘局部義齒的支架等方面,是口腔修復體中應用最多的材料。 在眾多金屬材料中,鈦及鈦合金以其優良的生物相容性、耐腐蝕性和機械性能等優點,被認為是理想的修復材料。目前純鈦主要用于制作可摘局部義齒的支架。鑄造支架式可摘局部義齒因設計靈活多樣,適應范圍廣,是我國目前牙列缺損患者應用較多的一種修復體。可摘局部義齒的支架以往多采用鈷鉻合金鑄造,但由于鈷鉻合金的耐腐蝕性較差,比重大,制作的義齒較重,患者異物感明顯,難以適應,甚至有的患者在臨床應用中還會出現口腔粘膜刺激和過敏的癥狀。純鈦制作的可摘局部義齒的支架很好地解決了上述問題,所以在70年代后期,純鈦被應用于義齒修復中,并在80年代和90年代初得以迅速發展。
 
自金屬材料應用于口腔修復臨床以來,其成型方法有了長足的進步。1.超塑成型超塑性(Superplasticity)是指材料在一定的組織條件(如晶粒形狀及尺寸,相變等)和變形條件下(如溫度、應變速率等),呈現出異常低的流變抗力、異常高的流變性能(例如大的延伸率)的現象。各種組織狀態的試樣經超塑性拉伸后均為等軸晶組織。目前用途最廣泛的超塑性鈦合金為Ti-6Al-4V鈦合金。高強度的Ti-6Al-4V合金在800~900℃時具有超塑性,用較小的壓力就可產生較大的變形。臨床上可利用這一特性來加工全口或局部活動義齒的基托。先用改性的磷酸鹽包埋料制作模型,取一塊大小適宜的Ti-6A1-4V合金片置于模型上,在850℃進行超塑性成形,制作Ti-6A1-4V合金基托。1997年,日本學者將0.75mm的Ti-6Al-4V合金板加壓制作成義齒支架,戴用6個月~3年后,義齒適合性好,患者滿意。但是由于超塑性目前還只發現于Ti-6A1-4V合金中,限制了這種加工方法的應用。2.粉末冶金 粉末冶金(Powder metallurgy)是用金屬粉末為原料,經過成型和燒結,制造金屬制品的工藝技術。成型是指將粉末制成一定形狀和尺寸的壓坯,并使其具有一定的密度和強度。當金屬粉末顆粒被加熱到超過其熔點2/3 - 3/4的溫度時,顆粒間將會牢固地結合在一起,這種現象叫作燒結。其間粉末顆粒機械聚合體的壓坯發生了一系列物理化學反應,使顆粒間變為金屬健結合,壓坯變為一個晶體結構,從而使制成品具有一定的強度和密度。 2010年,www.dtjoud.co等采用真空燒結粉末冶金法制作鈦合金試件,證明基金屬粉末的配方及成形壓力對燒結體的物理性能有影響,對鈦粉進行化學鍍銅鍍錫處理是改善鈦粉壓制性能、燒結性能、提高燒結體物理性能、減少燒結體孔隙度的理想方法。目前燒結的鈦合金的延展性還不夠,可望通過優化合金粉末的組成和粉末顆粒分布加以改善。目前的研究主要集中在合金粉末配比,燒結體的物理性能測試等,尚未見到應用于臨床的報道。粉末冶金工藝的基本工序包括制粉、壓坯、燒結。粉末冶金法具有精度高、省時、省力和節約原材料等優點,鈦合金粉末冶金技術在口腔修復領域的研究始于二十世紀八十年代中期。
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