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钛及钛合金口腔医学中的应用

来源:钛棒,钛板,钛管,钛丝,钛设备,钛合金,钛材 发布时间:2015-7-16 11:55:14
钛在口腔医学中的应用形式主要有两种,即钝钛和钛合金。纯钛中也含有极少量的C、H、O、N、Si 和Fe等元素。市售的纯钛分4个等级(TA0 、TA1 、TA2 和TA3),它们之间区别主要在于氧(0.15%-0.30%wt)和铁(0.15%-0.40% wt)的含量。1995年,芬兰学者Vallittu等用钴铬合金、纯钛、钛合金(Ti-6Al-4V)和Ⅳ型金合金制作可摘局部义齿的卡环,进行弯曲疲劳实验,得到钛合金与钴铬合金的抗弯曲疲劳指数相近,高于纯钛。为了弥补纯钛应用于口腔修复体中强度稍显不足的问题,研制和开发弹性模量低、耐磨性强和机械性能优异的钛合金成为一个重要的发展方向。1995年,日本学者Kobayshi E首先把钛锆合金引入了医用领域。1999年,第四军医大学在牙科钛锆(Ti-Zr)铸造合金方面进行了较深入的研究,得到钛锆合金的抗拉强度为795MPa,屈服强度为657MPa,延伸率为22%,弹性模量为100GPa,硬度为249HK。口腔粘膜刺激试验无异常组织学反应,认为钛锆合金是一种有发展前景的口腔修复用钛合金。 2006年,第四军医大学口腔医学院刘金城等对钛铌锆锡合金(Ti-24Nb-4Zr-7.6Sn)铸件的机械性能进行研究,得到钛铌锆锡合金的抗拉强度为681.7MPa,屈服强度为410MPa,延伸率为6%,弹性模量为42.1GPa,维氏硬度为453Hv,证明钛铌锆锡合金的机械性能能够满足制作口腔修复体的要求。 2006年,哈尔滨工业大学徐丽娟等在纯钛中加入钼元素制成二元Ti-Mo合金,得到维氏硬度为451 Hv,抗压强度为1636MPa,压缩率为22.5%,抗压弹性模量为29.8GPa,抗弯强度为1432MPa,认为Ti-Mo合金的塑性较好,性能优异,是一种有发展前景的口腔修复用钛合金。 为了获得良好的生物相容性,钛合金的主要研究方向趋向于加入Nb、Zr、Ta、Sn、Pt等无毒元素,但上述钛合金还未见临床应用的报道。目前最常用的钛合金是Ti-6Al-4V,其中仍含有对人体有害的元素铝和钒等,适用于可摘局部义齿支架的钛合金还在不断研制开发之中,因此临床上仍以使用纯钛可摘局部义齿支架为主导。 1999年,北京大学口腔医学院孙凤等为50例牙列缺损和牙列缺失患者制作国产纯钛金属的活动义齿63件,随诊1年,观察义齿的使用状况。对于上颌固位差的局部或全口义齿,纯钛义齿可以克服由于义齿自重产生的脱位,从而增加了义齿的固位力,特别是在全口义齿应用中具有优越性。 2005年,南京大学口腔医学院张洁等为100例无牙合患者制作钛制腭托全口义齿,通过1~3年后的临床疗效观察得知,钛制腭托全口义齿固位好,异物感小,基托轻薄,没有金属味,抗折力强。以前曾戴用过聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)基托的全口义齿的患者更换钛制腭托全口义齿后感觉更舒适,满意度达85%。 由此可见,纯钛修复体已经在临床上得到了广泛的应用,并显示出其突出的优越性。
 
口腔修复材料主要包括金属、陶瓷和树脂三大类。金属的强度、硬度、耐磨性、耐久性和韧性等力学性能优于陶瓷和树脂材料,因而被广泛地应用于冠桥、嵌体及可摘局部义齿的支架等方面,是口腔修复体中应用最多的材料。 在众多金属材料中,钛及钛合金以其优良的生物相容性、耐腐蚀性和机械性能等优点,被认为是理想的修复材料。目前纯钛主要用于制作可摘局部义齿的支架。铸造支架式可摘局部义齿因设计灵活多样,适应范围广,是我国目前牙列缺损患者应用较多的一种修复体。可摘局部义齿的支架以往多采用钴铬合金铸造,但由于钴铬合金的耐腐蚀性较差,比重大,制作的义齿较重,患者异物感明显,难以适应,甚至有的患者在临床应用中还会出现口腔粘膜刺激和过敏的症状。纯钛制作的可摘局部义齿的支架很好地解决了上述问题,所以在70年代后期,纯钛被应用于义齿修复中,并在80年代和90年代初得以迅速发展。
 
自金属材料应用于口腔修复临床以来,其成型方法有了长足的进步。1.超塑成型超塑性(Superplasticity)是指材料在一定的组织条件(如晶粒形状及尺寸,相变等)和变形条件下(如温度、应变速率等),呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能(例如大的延伸率)的现象。各种组织状态的试样经超塑性拉伸后均为等轴晶组织。目前用途最广泛的超塑性钛合金为Ti-6Al-4V钛合金。高强度的Ti-6Al-4V合金在800~900℃时具有超塑性,用较小的压力就可产生较大的变形。临床上可利用这一特性来加工全口或局部活动义齿的基托。先用改性的磷酸盐包埋料制作模型,取一块大小适宜的Ti-6A1-4V合金片置于模型上,在850℃进行超塑性成形,制作Ti-6A1-4V合金基托。1997年,日本学者将0.75mm的Ti-6Al-4V合金板加压制作成义齿支架,戴用6个月~3年后,义齿适合性好,患者满意。但是由于超塑性目前还只发现于Ti-6A1-4V合金中,限制了这种加工方法的应用。2.粉末冶金 粉末冶金(Powder metallurgy)是用金属粉末为原料,经过成型和烧结,制造金属制品的工艺技术。成型是指将粉末制成一定形状和尺寸的压坯,并使其具有一定的密度和强度。当金属粉末颗粒被加热到超过其熔点2/3 - 3/4的温度时,颗粒间将会牢固地结合在一起,这种现象叫作烧结。其间粉末颗粒机械聚合体的压坯发生了一系列物理化学反应,使颗粒间变为金属健结合,压坯变为一个晶体结构,从而使制成品具有一定的强度和密度。 2010年,www.hvw00.com等采用真空烧结粉末冶金法制作钛合金试件,证明基金属粉末的配方及成形压力对烧结体的物理性能有影响,对钛粉进行化学镀铜镀锡处理是改善钛粉压制性能、烧结性能、提高烧结体物理性能、减少烧结体孔隙度的理想方法。目前烧结的钛合金的延展性还不够,可望通过优化合金粉末的组成和粉末颗粒分布加以改善。目前的研究主要集中在合金粉末配比,烧结体的物理性能测试等,尚未见到应用于临床的报道。粉末冶金工艺的基本工序包括制粉、压坯、烧结。粉末冶金法具有精度高、省时、省力和节约原材料等优点,钛合金粉末冶金技术在口腔修复领域的研究始于二十世纪八十年代中期。
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