卷(V o lum e ) 20, 期(N um ber ) 4, 总(To tal ) 82 页(Pages ) 6-10, 2000, 12, (D ec , 2000)
矿
石
J M I N ERAL PETROL
物岩
钾长石在金属烤瓷粉研制中的应用
王 宁
(中国科学院地球化科学家研究所地球与行星物质演化部, 贵阳 550002)
李博文 翁润生
(中国地质大学, 北京 100083
)
【摘 要】 , 题。据此, , 。并对它们的化学。 钾长石; 金属烤瓷粉; 口腔修复体; 白榴石
中图法分类号:P 619. 23+5, T F 065. 1+4, R 783. 1 文献标识码A
国内外金属烤瓷牙的相关文献[1]表明, 大多数
0 前言
金属烤瓷牙是将金属烤瓷粉经高温烧结在金属烤瓷合金底材上形成的口腔修复体, 该技术是二十
世纪六十年代末发展起来的一种新型口腔技术。利用这种技术制做的金属烤瓷修复体在美国、日本、德国等先进国家的牙冠修复数量占50%以上。国内近年来, 也相继开设了金属烤瓷牙的修复业务, 受到了患者的欢迎。
对于金属烤瓷粉, 国内先后由轻工业部玻璃搪瓷研究所与上海华东医院①、吉林地质科学研究所与空军长春医院分别合作, 对金属烤瓷瓷粉进行了研制, 但未形成商业规模生产。因而国内现在使用的金属烤瓷瓷粉基本上都从国外进口。
瓷粉都采用钾长石做为主要原料之一。作者与上海齿科材料厂合作, 通过对德国V ita 瓷粉及由其制成的金属烤瓷牙的显微结构、物相组成、化学成分的分析, 采用国产优质钾长石为主要原料合成含白榴石晶相的熔块, 利用白榴石高膨胀系数的特点, 解决金属烤瓷瓷釉与合金之间的热膨胀相容性问题。
研制出了可用于贵金属和贱金属烤瓷合金的瓷粉。临床试验证明瓷粉热膨胀性能符合要求。
1 金属烤瓷瓷粉的研制
111 原料
研制金属烤瓷瓷粉中最主要的原料是天然钾长石, 其余的碳酸钾、碳酸钠、二氧化硅、三氧化二铝、
文章编号:1001-6872(2000) 04-0006-10; COD EN :KU YA E 2
收稿日期(M anuscri p t received ) :2000-04-18 改回日期(A ccep ted fo r publicati on ) :2000-09-10基金项目:国家自然科学基金(49902004) 和贵州省工业攻关项目(黔科合工字(1999) 1062号) 资助第一作者简介:王宁 男 35岁 副研究员(博士) 矿物学专业 研究方向:非金属矿物材料①轻工业部玻璃搪瓷研究所1金属烤瓷牙陶材制备及烤瓷工艺研究技术报告11981
第20卷 第4期王宁等:钾长石在金属烤瓷粉研制中的应用7
碳酸钙、碳酸钡、二氧化钛和二氧化锆等采用工业原料或化学试剂。此外还使用了少量的助熔剂、颜料、金属氧化物等其他物质。112 金属烤瓷瓷粉的制备
金属烤瓷牙在结构上分不透明层、牙本质层和牙釉质层, 以及合金底材[2]。相应地, 烤瓷粉至少有不透明层、牙本质层和牙釉质层三种瓷粉。它们在制备方法上基本相同, 都是先合成含白榴石熔块和不同瓷粉用的低熔点玻璃质熔块, 然后按比例配比, 并添加颜料和其他辅助材料后粉碎、混合而成。113 临床烤瓷试验方法
临床烤瓷试验采用美国产的Jelinko 金属烤瓷炉在上海海军某医院进行, 为了试验所研制的金属烤瓷瓷粉的适应性, 还在上海其他几家医院利用Sun fire 45型、Jelinko TRU F ive V p t 型和Super fire 型等其他类型的烤瓷炉上进行了烤制工作。金属烤瓷合金是昆明贵金属研究所提供的21#, 两种镍铬合金、的牙科用硬质钴铬合金
。
2 实验结果及讨论
211 白榴石的合成及其作用
金属烤瓷合金的膨胀系数一般为13. 5×10-6 ℃～15. 5×10-6 ℃, 而一般瓷釉的膨胀系数
仅为5. 5×10-6 ℃～7. 5×10-6 ℃。如何解决二者在膨胀系数上的匹配, 是研制金属烤瓷瓷粉需要首
[3]
先解决的问题。W ein stein 利用钾长石质的熔块与高K 2O 含量熔块相混合的方法, 制成了与A u 2P t 2Pd 贵金属烤瓷合金在膨胀性能上相匹配的金属烤瓷瓷粉。对德国V ita 各种瓷粉的X 衍射分析(图1) 表明, , 表明在金
。这-6 ℃, 它的。
[4]
2l 2O 32Si O 2三元相图, 可以看出钾, 也就是说白榴石与钾长石之间具有转熔关系。所以纯的钾长石被
图1 V ita 烤瓷粉的X 衍射图
F ig . 1 T he XRD of V ita Po rcelain 2fused 2to 2m etal
pow ders
加热至1150℃时, 它将发生非均匀熔化, 产生白榴石晶体和熔浆。随着温度的升高, 白榴石的熔浆中不断熔解, 直到1530℃完全熔化。相反当具有钾长石成分的熔浆在冷却过程中于1530℃～1150℃区间会析出白榴石晶体。经急冷后可以得到由白榴石晶体和玻璃质组成的熔块。
天然产出的钾长石总会含有一定杂质, 使K 2O 的含量低于理论值1619%。所以需要添加额外的K 2O 成份才能合成出白榴石。实验中用国内某地产
份为:Si O 266. 06; A l 2O 318. 38; CaO 0. 06; M gO 0. 06; N a 2O 2. 74; K 2O 11. 8。可见该钾长石的钾含
量高, 而铁、钛含量低, 是生产瓷粉的理想原料。经过实验[5], 确定采用表1所示的配方来制备含白榴石晶体的熔块。热处理条件为, 最高熔融温度为1230℃左右, 恒温温度在1030℃左右。X 衍射分析(图2) 证明所制成的熔块中主要晶相是白榴石。对
熔块的显微分析表明白榴石的含量在50%左右。熔块的化学成分分析结果为Si O 266. 39; A l 2O 316. 80; N a 2O 2. 50; K 2O 17. 20; CaO , 1. 18。
的优质钾长石, 根据上海齿科材料厂提供的化学成
8矿 物 岩 石2000
表1 金属烤瓷瓷粉各种熔块的配方. w (B ) %
()
化学成分钾长石不透明瓷粉
O 1O 2O 3O 4D 1D 2E 161. 58. 45. 38. 43. 39. 50. [1**********]171Si O 26. 8. 14. 17. 29. 39. 25. [1**********]156A l 2O 33. 4. 5. 6. 5. 7. 5. [1**********]826N a 2CO 3K 2CO 3
8. 749. 2410. 9811. 918. 7812. 253. 20CaCO 3
2. 392. 392. 372. 483. 002. 558. 52BaCO 3
3. 3. 3. 4. 5. 3. 5. [1**********]027B 2O 32. 2. 2. 2. 1. 2. [1**********]5T i O 29. 9. 10. 11. 0. 4. 0. [1**********]752Zr O 23. 3. 4. 4. 1. 3. 0. [1**********]289其他
0. 0. 0. 0.
0. 0. 0. [1**********]506牙本质瓷粉牙釉质瓷粉
图2 含白榴石熔块的X 衍射图
F ig . 2 T he XRD of frits containing leucites
212 金属烤瓷瓷粉的化学成分和白榴石含量对相
容性的影响
对德国V ita 瓷粉代表样品的分析结果(表2) 表明瓷粉的主要成份是Si O 2, A l 2O , K 2O , N a 2O , 起乳浊剂作用的是T i O 2, Zr O 2和其他一些微量元素。据此除去熔制过程中损失的挥发性组分, 并忽略熔制过程中的损失, 采用钾长石、含白榴石熔块和其他工业原料及化学试剂, 计算得到用于配制各种烤瓷粉的低熔点玻璃质熔块配方(表1) 。X 衍射分析表明在制成的各种玻璃质熔块中没有晶相存在(图3) 。
金属烤瓷合金与金属烤瓷瓷粉之间的相容性包
括多方面因素, 但最主要的是合金与瓷釉之间的热膨胀匹配与结合牢度两方面的问题。
如前所述, 金属烤瓷瓷粉中对膨胀系数有决定作用的是白榴石晶体的含量。白榴石的膨胀系数为27×10-6 ℃, 因此在一般的瓷中添加15%～25%的白榴石晶体就可将瓷的膨胀系数提高到能与金属烤瓷合金相匹配的13×10-6 ℃～15×10-6 ℃的水平。合成的含白榴石晶体熔块(F 1) 中, 白榴石仅占一部份, 因此F 1的添加量, 实际上决定了瓷粉中白榴石晶体的含量。在瓷粉的研制过程中, 对F 1添加量的确定是在研制不透明层瓷粉时进行的。O 1, O 2,
表2 V ita 金属烤瓷瓷粉的化学成分. w (B ) %
2 ---()
化学成分不透明瓷粉牙本质瓷粉Si O 251. 0561. 64A l 2O 315. 6415. 48N a 2O 6. 485. 26K 2O 9. 269. 66CaO 1. 401. 60BaO 2. 332. 94B 2O 31. 941. 20
T i O 28. 060. 46Zr O 23. 091. 00其他
0. 950. 35总量
100. 0999. 59
第20卷 第4期王宁等:钾长石在金属烤瓷粉研制中的应用9
图3 烤瓷粉用熔块的X 衍射图
F ig . 3 T he XRD of frits fo r Po rcelain 2fused 2to 2m etal pow ders
O 3, O 4, O 55个配方在配制瓷粉时, F 1的添加量分别500℃左右这个金属与瓷釉膨胀系数差值最大的区
为15%, 20%, 30%, 35%, 40%。这5个配方制成的不透明层瓷粉的烤瓷试验结果表明, 由O 1和O 2与崩F 1混合制成的瓷粉, 在烤瓷中发生明显的开裂、瓷现象, 表示与合金完全不相匹配; 由O 3与F 1混合制成的瓷粉基本上可以与合金相容, 但也出现一些小的开裂, 由O 5体表面形成隆起的空洞, 说明O 3, 而O 5的膨胀系数偏大; 1O 4域上, , 说明研制
。在上, (×10-6 ℃)
ther mal Expan sion coeff ic ien t of Porcela i n -fused -to -m et al powders (×10-6温度范围 ℃20～[***********]
不透明瓷粉[***********][1**********]5注:不透明瓷粉:35%F1+65%O4; 牙本质瓷粉:35%F1+65%D3
果, 50%左右, 15%～20%之间, 最佳含量在1715%左右。
对于牙本质层瓷粉, 为了使它们具有与不透明层最接近的膨胀系数, F 1的添加量均为35%, 其配方的区别是D 1以V ita 牙本质层瓷粉的化学成分为基础, 扣除35%含白榴石晶体熔块引入的成分后直接计算得到的; D 2和D 3是根据陶瓷学中的原理, 以
相同摩尔数的二氧化硅取代一部份乳浊剂T i O 2和Zr O 2计算得到的, 计算中采用配成瓷粉中T i O 2和Zr O 2的含量分别在3%和2%左右计算。二者的差
213 瓷釉的显微结构和瓷釉与金属烤瓷合金之间
别在于, 在瓷粉的生产过程中D 2的乳浊剂是在熔制前加入, 而D 3的一部份乳浊剂是配制瓷粉时才加入的。
为了使修复体表面处于压应力状态, 提高修复体的抗张能力。因此牙釉质层的膨胀系数应略小于牙本质层的膨胀系数, 所以牙釉质层中F 1的添加量则应略小于牙本质层瓷粉, E 1, E 2的配方是以V ita 牙釉质层化学成分扣除30%和33%的F 1添加量后计算得到的。
对O 4和D 3两个熔块配成的瓷粉, 在上海硅酸盐研究所用西德产的402ES 23型膨胀仪测定其膨胀系数(表3) , 可以得知它们与金属烤瓷合金的数据13×10-6 ℃～15×10-6 ℃基本接近, 尤其在
的结合性
我们把研制瓷粉烤瓷得到的金属烤瓷牙磨片在显微镜下观察, 不透明层瓷粉烤瓷得到的不透明层在宏观都很好地遮盖了合金的颜色。在显微镜下可以观察到在不透明层中(照片1) , 瓷粉与合金表面在预氧化过程中形成的金属氧化物发生了反应, 形成由不透明化合物与未反应的透明瓷粉颗粒组成的斑状结构。表明合金与瓷釉之间形成了良好的化学结合。敲去金属烤瓷牙表面的瓷釉, 观察到合金表面残留的瓷体呈放射状和网络状分布, 未见到瓷体从合金表面完全剥落的情况。这也说明瓷釉与合金之间有良好的接合性。
3 金属烤瓷粉的透明性能
要得到与人体自然牙齿一样美观的烤瓷修复体, 正确调制瓷粉的透明度和颜色是非常重要的。
使瓷釉不透明的方法之一是添加T i O 2和Zr O 2
等乳浊剂。根据瓷粉的类型, 乳浊剂的添加方法也不同。不透明层瓷粉是直接烤在金属基体上的, 它要求能完全遮盖合金的颜色, 因此采用将乳浊剂直接配加到玻璃底料中一起熔制的方法。通过二次结晶作用形成这样起乳浊作用的微小晶体的, 它具有最大
10矿 物 岩 石2000
配制瓷粉时才加入, 在烤瓷过程中, 由于时间短, 来不及与熔体发生反应, 作为乳浊剂存在, 而降低透明度。在显微镜下观察由D 3配制瓷粉烧结成的金属烤瓷牙结构, 可以看到在牙本质层的玻璃质基质中分布乳浊剂和颜料的颗粒(照片1) 。
在颜色调配上, 利用上海齿科材料厂瓷牙生产中所用的黄色颜料和棕色颜料, 得到了较好的效果。
4 结论
411 采用先合成含白榴石熔块和玻璃熔块, 再将它
照片1 金属烤瓷牙的显微结构(单偏光4×10) 1 Pho to T he m icro structure of Po rcelain 2fused 2to 2m etal too th
们与颜料等其他辅助材料按比例配比的方法, 可制
备用于贵金属和贱金属两类烤瓷合金的金属烤瓷粉。, 白榴石的高膨, ～粉的化学成分主要为Si O 2, A 3, 2, N a 2O , T i O 2, Zr O 2和少量微量元素组
的乳浊效应。乳浊剂的用量为T i O 29%～12. 5%, 用这种方法配制出来的不透明瓷Zr O 2为3%～5%。
粉, 经烤瓷试验证明可以完全遮盖合金的颜色。
对于牙本质层采取了将乳浊剂直接与玻璃底料一同熔制(D 2) 制瓷粉时才加入(D 3) 的方法。乳浊剂含量相同, 透明度也不同。由D 3, 而由D 2D 2中的, 由于热处理时间长, 。加上含量低, 难以结晶出锆英石等微晶。而D 3中的乳浊剂在
成。瓷粉的物相成分主要是白榴石晶体和玻璃粉。413 透明度和颜色是决定金属烤瓷修复体美观程度的主要因素。瓷粉的透明度是依靠乳浊剂来达到, 乳浊剂的效果与添加方式有关, 不透明瓷粉中就在玻璃质熔块制备时加入, 而牙本质瓷粉则应在用含白榴石熔块与玻璃质熔块配制瓷粉时加入。
参考文献
1 D avid B inns . the chem ical and physical p roperties of dental Po rcelain dental ceram ic [J]. Ed J M clean , 1988. 41～82, Q uinitessence
Publish ing Co . , Inc .
2 朱希涛1口腔修复学[M ]1北京:人民卫生出版社, 19901518～5221 3 W eisein M . Katz and W eistein A . B . , U s Patent 3, 052, 983, 19621
4 Ho sh ikaw a T , A kagi S . Fo r m ati on of leucite and ther m al Expansi on in Si O 22. 1972, 80:421A l 2O 32K 2O 2N a 2O glasses [J ]. Y ogyo kyoka ishi
5 陈文林, 王宁1钾长石在白榴石合成中的应用[C ]1全国工业矿物原料深加工及综合开发利用学术讨论会论文集, 重庆:重庆大学出版
社, 1993. 228～2291
APPL I CAT I ON OF FELD SPAR IN PREPARAT I ON
OF PORCELA IN -FUSED -T O -M ETAL (PF M ) POWD ERS
(Institu te of Geoche m istry , Ch inese A cad e m y of S ciences , Gu iy ang 550002)
(Ch ina U n iversity of Geosciences , B eij ing 100083)
A bs tra c t T he frit con tain ing L eucites can be syn thesized by m elting feldspar . L eucite has h igh
W AN G N ing
L I Bo 2w en W EN G R un 2sheng
ther m al exp an si on coefficien t , so the ex isting of leucites in the Po rcelain 2fu sed 2to 2m etal (PFM )
. To m ake the PFM po rcelain pow der , can ach ieve the com patib ility betw een po rcelain and m etal
the frits con tain ing leucites and glass frit m u st be syn thesized , then m ixed w ith p igm en ts and o ther com ponen ts . T h is po rcelain can be u sed fo r bo th p reci ou s and non 2p reci ou s den tal alloys . T he chem ical com po siti on , physical com po siti on and m icro structu re of po rcelain are studied .
Ke y w o rds Feldspar ; Po rcelain pow der ; D en tal R esto rati on ; L eucite
ISSN 1001-6872(2000) 04-0006-10; COD EN :KU YA E 2Synopsis of the f irst author
W ang N ing , m ale , an assistant R esearch Fellow , Docto r ofM ineralogy w ith Institute of Geochem istry , CA S Guiyang . N ow he is engaged in nonm etallic m ineral m atrials .
卷(V o lum e ) 20, 期(N um ber ) 4, 总(To tal ) 82 页(Pages ) 6-10, 2000, 12, (D ec , 2000)
矿
石
J M I N ERAL PETROL
物岩
钾长石在金属烤瓷粉研制中的应用
王 宁
(中国科学院地球化科学家研究所地球与行星物质演化部, 贵阳 550002)
李博文 翁润生
(中国地质大学, 北京 100083
)
【摘 要】 , 题。据此, , 。并对它们的化学。 钾长石; 金属烤瓷粉; 口腔修复体; 白榴石
中图法分类号:P 619. 23+5, T F 065. 1+4, R 783. 1 文献标识码A
国内外金属烤瓷牙的相关文献[1]表明, 大多数
0 前言
金属烤瓷牙是将金属烤瓷粉经高温烧结在金属烤瓷合金底材上形成的口腔修复体, 该技术是二十
世纪六十年代末发展起来的一种新型口腔技术。利用这种技术制做的金属烤瓷修复体在美国、日本、德国等先进国家的牙冠修复数量占50%以上。国内近年来, 也相继开设了金属烤瓷牙的修复业务, 受到了患者的欢迎。
对于金属烤瓷粉, 国内先后由轻工业部玻璃搪瓷研究所与上海华东医院①、吉林地质科学研究所与空军长春医院分别合作, 对金属烤瓷瓷粉进行了研制, 但未形成商业规模生产。因而国内现在使用的金属烤瓷瓷粉基本上都从国外进口。
瓷粉都采用钾长石做为主要原料之一。作者与上海齿科材料厂合作, 通过对德国V ita 瓷粉及由其制成的金属烤瓷牙的显微结构、物相组成、化学成分的分析, 采用国产优质钾长石为主要原料合成含白榴石晶相的熔块, 利用白榴石高膨胀系数的特点, 解决金属烤瓷瓷釉与合金之间的热膨胀相容性问题。
研制出了可用于贵金属和贱金属烤瓷合金的瓷粉。临床试验证明瓷粉热膨胀性能符合要求。
1 金属烤瓷瓷粉的研制
111 原料
研制金属烤瓷瓷粉中最主要的原料是天然钾长石, 其余的碳酸钾、碳酸钠、二氧化硅、三氧化二铝、
文章编号:1001-6872(2000) 04-0006-10; COD EN :KU YA E 2
收稿日期(M anuscri p t received ) :2000-04-18 改回日期(A ccep ted fo r publicati on ) :2000-09-10基金项目:国家自然科学基金(49902004) 和贵州省工业攻关项目(黔科合工字(1999) 1062号) 资助第一作者简介:王宁 男 35岁 副研究员(博士) 矿物学专业 研究方向:非金属矿物材料①轻工业部玻璃搪瓷研究所1金属烤瓷牙陶材制备及烤瓷工艺研究技术报告11981
第20卷 第4期王宁等:钾长石在金属烤瓷粉研制中的应用7
碳酸钙、碳酸钡、二氧化钛和二氧化锆等采用工业原料或化学试剂。此外还使用了少量的助熔剂、颜料、金属氧化物等其他物质。112 金属烤瓷瓷粉的制备
金属烤瓷牙在结构上分不透明层、牙本质层和牙釉质层, 以及合金底材[2]。相应地, 烤瓷粉至少有不透明层、牙本质层和牙釉质层三种瓷粉。它们在制备方法上基本相同, 都是先合成含白榴石熔块和不同瓷粉用的低熔点玻璃质熔块, 然后按比例配比, 并添加颜料和其他辅助材料后粉碎、混合而成。113 临床烤瓷试验方法
临床烤瓷试验采用美国产的Jelinko 金属烤瓷炉在上海海军某医院进行, 为了试验所研制的金属烤瓷瓷粉的适应性, 还在上海其他几家医院利用Sun fire 45型、Jelinko TRU F ive V p t 型和Super fire 型等其他类型的烤瓷炉上进行了烤制工作。金属烤瓷合金是昆明贵金属研究所提供的21#, 两种镍铬合金、的牙科用硬质钴铬合金
。
2 实验结果及讨论
211 白榴石的合成及其作用
金属烤瓷合金的膨胀系数一般为13. 5×10-6 ℃～15. 5×10-6 ℃, 而一般瓷釉的膨胀系数
仅为5. 5×10-6 ℃～7. 5×10-6 ℃。如何解决二者在膨胀系数上的匹配, 是研制金属烤瓷瓷粉需要首
[3]
先解决的问题。W ein stein 利用钾长石质的熔块与高K 2O 含量熔块相混合的方法, 制成了与A u 2P t 2Pd 贵金属烤瓷合金在膨胀性能上相匹配的金属烤瓷瓷粉。对德国V ita 各种瓷粉的X 衍射分析(图1) 表明, , 表明在金
。这-6 ℃, 它的。
[4]
2l 2O 32Si O 2三元相图, 可以看出钾, 也就是说白榴石与钾长石之间具有转熔关系。所以纯的钾长石被
图1 V ita 烤瓷粉的X 衍射图
F ig . 1 T he XRD of V ita Po rcelain 2fused 2to 2m etal
pow ders
加热至1150℃时, 它将发生非均匀熔化, 产生白榴石晶体和熔浆。随着温度的升高, 白榴石的熔浆中不断熔解, 直到1530℃完全熔化。相反当具有钾长石成分的熔浆在冷却过程中于1530℃～1150℃区间会析出白榴石晶体。经急冷后可以得到由白榴石晶体和玻璃质组成的熔块。
天然产出的钾长石总会含有一定杂质, 使K 2O 的含量低于理论值1619%。所以需要添加额外的K 2O 成份才能合成出白榴石。实验中用国内某地产
份为:Si O 266. 06; A l 2O 318. 38; CaO 0. 06; M gO 0. 06; N a 2O 2. 74; K 2O 11. 8。可见该钾长石的钾含
量高, 而铁、钛含量低, 是生产瓷粉的理想原料。经过实验[5], 确定采用表1所示的配方来制备含白榴石晶体的熔块。热处理条件为, 最高熔融温度为1230℃左右, 恒温温度在1030℃左右。X 衍射分析(图2) 证明所制成的熔块中主要晶相是白榴石。对
熔块的显微分析表明白榴石的含量在50%左右。熔块的化学成分分析结果为Si O 266. 39; A l 2O 316. 80; N a 2O 2. 50; K 2O 17. 20; CaO , 1. 18。
的优质钾长石, 根据上海齿科材料厂提供的化学成
8矿 物 岩 石2000
表1 金属烤瓷瓷粉各种熔块的配方. w (B ) %
()
化学成分钾长石不透明瓷粉
O 1O 2O 3O 4D 1D 2E 161. 58. 45. 38. 43. 39. 50. [1**********]171Si O 26. 8. 14. 17. 29. 39. 25. [1**********]156A l 2O 33. 4. 5. 6. 5. 7. 5. [1**********]826N a 2CO 3K 2CO 3
8. 749. 2410. 9811. 918. 7812. 253. 20CaCO 3
2. 392. 392. 372. 483. 002. 558. 52BaCO 3
3. 3. 3. 4. 5. 3. 5. [1**********]027B 2O 32. 2. 2. 2. 1. 2. [1**********]5T i O 29. 9. 10. 11. 0. 4. 0. [1**********]752Zr O 23. 3. 4. 4. 1. 3. 0. [1**********]289其他
0. 0. 0. 0.
0. 0. 0. [1**********]506牙本质瓷粉牙釉质瓷粉
图2 含白榴石熔块的X 衍射图
F ig . 2 T he XRD of frits containing leucites
212 金属烤瓷瓷粉的化学成分和白榴石含量对相
容性的影响
对德国V ita 瓷粉代表样品的分析结果(表2) 表明瓷粉的主要成份是Si O 2, A l 2O , K 2O , N a 2O , 起乳浊剂作用的是T i O 2, Zr O 2和其他一些微量元素。据此除去熔制过程中损失的挥发性组分, 并忽略熔制过程中的损失, 采用钾长石、含白榴石熔块和其他工业原料及化学试剂, 计算得到用于配制各种烤瓷粉的低熔点玻璃质熔块配方(表1) 。X 衍射分析表明在制成的各种玻璃质熔块中没有晶相存在(图3) 。
金属烤瓷合金与金属烤瓷瓷粉之间的相容性包
括多方面因素, 但最主要的是合金与瓷釉之间的热膨胀匹配与结合牢度两方面的问题。
如前所述, 金属烤瓷瓷粉中对膨胀系数有决定作用的是白榴石晶体的含量。白榴石的膨胀系数为27×10-6 ℃, 因此在一般的瓷中添加15%～25%的白榴石晶体就可将瓷的膨胀系数提高到能与金属烤瓷合金相匹配的13×10-6 ℃～15×10-6 ℃的水平。合成的含白榴石晶体熔块(F 1) 中, 白榴石仅占一部份, 因此F 1的添加量, 实际上决定了瓷粉中白榴石晶体的含量。在瓷粉的研制过程中, 对F 1添加量的确定是在研制不透明层瓷粉时进行的。O 1, O 2,
表2 V ita 金属烤瓷瓷粉的化学成分. w (B ) %
2 ---()
化学成分不透明瓷粉牙本质瓷粉Si O 251. 0561. 64A l 2O 315. 6415. 48N a 2O 6. 485. 26K 2O 9. 269. 66CaO 1. 401. 60BaO 2. 332. 94B 2O 31. 941. 20
T i O 28. 060. 46Zr O 23. 091. 00其他
0. 950. 35总量
100. 0999. 59
第20卷 第4期王宁等:钾长石在金属烤瓷粉研制中的应用9
图3 烤瓷粉用熔块的X 衍射图
F ig . 3 T he XRD of frits fo r Po rcelain 2fused 2to 2m etal pow ders
O 3, O 4, O 55个配方在配制瓷粉时, F 1的添加量分别500℃左右这个金属与瓷釉膨胀系数差值最大的区
为15%, 20%, 30%, 35%, 40%。这5个配方制成的不透明层瓷粉的烤瓷试验结果表明, 由O 1和O 2与崩F 1混合制成的瓷粉, 在烤瓷中发生明显的开裂、瓷现象, 表示与合金完全不相匹配; 由O 3与F 1混合制成的瓷粉基本上可以与合金相容, 但也出现一些小的开裂, 由O 5体表面形成隆起的空洞, 说明O 3, 而O 5的膨胀系数偏大; 1O 4域上, , 说明研制
。在上, (×10-6 ℃)
ther mal Expan sion coeff ic ien t of Porcela i n -fused -to -m et al powders (×10-6温度范围 ℃20～[***********]
不透明瓷粉[***********][1**********]5注:不透明瓷粉:35%F1+65%O4; 牙本质瓷粉:35%F1+65%D3
果, 50%左右, 15%～20%之间, 最佳含量在1715%左右。
对于牙本质层瓷粉, 为了使它们具有与不透明层最接近的膨胀系数, F 1的添加量均为35%, 其配方的区别是D 1以V ita 牙本质层瓷粉的化学成分为基础, 扣除35%含白榴石晶体熔块引入的成分后直接计算得到的; D 2和D 3是根据陶瓷学中的原理, 以
相同摩尔数的二氧化硅取代一部份乳浊剂T i O 2和Zr O 2计算得到的, 计算中采用配成瓷粉中T i O 2和Zr O 2的含量分别在3%和2%左右计算。二者的差
213 瓷釉的显微结构和瓷釉与金属烤瓷合金之间
别在于, 在瓷粉的生产过程中D 2的乳浊剂是在熔制前加入, 而D 3的一部份乳浊剂是配制瓷粉时才加入的。
为了使修复体表面处于压应力状态, 提高修复体的抗张能力。因此牙釉质层的膨胀系数应略小于牙本质层的膨胀系数, 所以牙釉质层中F 1的添加量则应略小于牙本质层瓷粉, E 1, E 2的配方是以V ita 牙釉质层化学成分扣除30%和33%的F 1添加量后计算得到的。
对O 4和D 3两个熔块配成的瓷粉, 在上海硅酸盐研究所用西德产的402ES 23型膨胀仪测定其膨胀系数(表3) , 可以得知它们与金属烤瓷合金的数据13×10-6 ℃～15×10-6 ℃基本接近, 尤其在
的结合性
我们把研制瓷粉烤瓷得到的金属烤瓷牙磨片在显微镜下观察, 不透明层瓷粉烤瓷得到的不透明层在宏观都很好地遮盖了合金的颜色。在显微镜下可以观察到在不透明层中(照片1) , 瓷粉与合金表面在预氧化过程中形成的金属氧化物发生了反应, 形成由不透明化合物与未反应的透明瓷粉颗粒组成的斑状结构。表明合金与瓷釉之间形成了良好的化学结合。敲去金属烤瓷牙表面的瓷釉, 观察到合金表面残留的瓷体呈放射状和网络状分布, 未见到瓷体从合金表面完全剥落的情况。这也说明瓷釉与合金之间有良好的接合性。
3 金属烤瓷粉的透明性能
要得到与人体自然牙齿一样美观的烤瓷修复体, 正确调制瓷粉的透明度和颜色是非常重要的。
使瓷釉不透明的方法之一是添加T i O 2和Zr O 2
等乳浊剂。根据瓷粉的类型, 乳浊剂的添加方法也不同。不透明层瓷粉是直接烤在金属基体上的, 它要求能完全遮盖合金的颜色, 因此采用将乳浊剂直接配加到玻璃底料中一起熔制的方法。通过二次结晶作用形成这样起乳浊作用的微小晶体的, 它具有最大
10矿 物 岩 石2000
配制瓷粉时才加入, 在烤瓷过程中, 由于时间短, 来不及与熔体发生反应, 作为乳浊剂存在, 而降低透明度。在显微镜下观察由D 3配制瓷粉烧结成的金属烤瓷牙结构, 可以看到在牙本质层的玻璃质基质中分布乳浊剂和颜料的颗粒(照片1) 。
在颜色调配上, 利用上海齿科材料厂瓷牙生产中所用的黄色颜料和棕色颜料, 得到了较好的效果。
4 结论
411 采用先合成含白榴石熔块和玻璃熔块, 再将它
照片1 金属烤瓷牙的显微结构(单偏光4×10) 1 Pho to T he m icro structure of Po rcelain 2fused 2to 2m etal too th
们与颜料等其他辅助材料按比例配比的方法, 可制
备用于贵金属和贱金属两类烤瓷合金的金属烤瓷粉。, 白榴石的高膨, ～粉的化学成分主要为Si O 2, A 3, 2, N a 2O , T i O 2, Zr O 2和少量微量元素组
的乳浊效应。乳浊剂的用量为T i O 29%～12. 5%, 用这种方法配制出来的不透明瓷Zr O 2为3%～5%。
粉, 经烤瓷试验证明可以完全遮盖合金的颜色。
对于牙本质层采取了将乳浊剂直接与玻璃底料一同熔制(D 2) 制瓷粉时才加入(D 3) 的方法。乳浊剂含量相同, 透明度也不同。由D 3, 而由D 2D 2中的, 由于热处理时间长, 。加上含量低, 难以结晶出锆英石等微晶。而D 3中的乳浊剂在
成。瓷粉的物相成分主要是白榴石晶体和玻璃粉。413 透明度和颜色是决定金属烤瓷修复体美观程度的主要因素。瓷粉的透明度是依靠乳浊剂来达到, 乳浊剂的效果与添加方式有关, 不透明瓷粉中就在玻璃质熔块制备时加入, 而牙本质瓷粉则应在用含白榴石熔块与玻璃质熔块配制瓷粉时加入。
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APPL I CAT I ON OF FELD SPAR IN PREPARAT I ON
OF PORCELA IN -FUSED -T O -M ETAL (PF M ) POWD ERS
(Institu te of Geoche m istry , Ch inese A cad e m y of S ciences , Gu iy ang 550002)
(Ch ina U n iversity of Geosciences , B eij ing 100083)
A bs tra c t T he frit con tain ing L eucites can be syn thesized by m elting feldspar . L eucite has h igh
W AN G N ing
L I Bo 2w en W EN G R un 2sheng
ther m al exp an si on coefficien t , so the ex isting of leucites in the Po rcelain 2fu sed 2to 2m etal (PFM )
. To m ake the PFM po rcelain pow der , can ach ieve the com patib ility betw een po rcelain and m etal
the frits con tain ing leucites and glass frit m u st be syn thesized , then m ixed w ith p igm en ts and o ther com ponen ts . T h is po rcelain can be u sed fo r bo th p reci ou s and non 2p reci ou s den tal alloys . T he chem ical com po siti on , physical com po siti on and m icro structu re of po rcelain are studied .
Ke y w o rds Feldspar ; Po rcelain pow der ; D en tal R esto rati on ; L eucite
ISSN 1001-6872(2000) 04-0006-10; COD EN :KU YA E 2Synopsis of the f irst author
W ang N ing , m ale , an assistant R esearch Fellow , Docto r ofM ineralogy w ith Institute of Geochem istry , CA S Guiyang . N ow he is engaged in nonm etallic m ineral m atrials .