1、題目：牙科用陶瓷,組員： 王怡汶1李若芃6陳莘嵐18陳妍穎37黃怡靜41蕭百祺49,內容大綱,成分機械和物理性質陶瓷復形體的製作陶瓷的材料應用,報告內容成分(Compositton) 牙科用陶瓷以玻璃為基質的晶體礦物質（如長石、鋁石、矽土）。但大部分都以矽土(Silica，SiO2)為主,以結晶型態,陶瓷通常的主要成分為長石(feldspar) 矽土和高領土、(Kaolin, or clay) 。玻璃由微粒粉末组成，在高溫下燒結時,這些粉末熔合在一起形成一種半透明的牙齒樣物質牙科陶瓷是耐久性最好的美觀修復材料，很容易清除污漬和菌斑。缺點：易脆也易碎,燒結時收縮程度高,與天然牙齒的顏色和型態完全
2、配合有困難。,牙科用陶瓷(Dental Ceramics)牙科用陶瓷目前以陶瓷為基準,因為它能與自然牙齒最接近,不論是色澤、生物相容性或美觀都有一定的水準。牙科用陶瓷包括冠心體材料(Core Materials)、陶瓷玻璃(Castable Glass Ceramics)、瓷鑲面(Porcelain Veneer)、冠蓋體和嵌體(Porcelain Inlays and Onlays)。牙科用陶瓷可以分成三類：一. 用於製作人工牙齒二. 製作套冠體（jacket crown）和嵌體三. 牙釉質也很適合，用鑄造金冠上的罩面第二類和第三類是牙醫師和牙技師最常用的,玻璃變性劑(Glass Modif
3、ier)牙科用陶瓷的熔點會因為添加玻璃變性劑持續下降,此時的化學反應性變的不穩定,如果在口腔中很容易發生陶瓷分子滲漏於口腔環境中的現象,使用性變低。牙科用陶瓷燒製成(Firing temperature)的溫度大約為：1.高熔點陶瓷1288 -1371C（2350 -2500F）2.中熔點陶瓷1093 -1260C（2000 -2300F）3.低熔點陶瓷871 -1066C（1600 -1950F）,牙科用陶瓷內的長石(Feldspar)長石是一種天然礦物質,內部有鉀長石(Potash Feldspar)、鋁土(Alumina, Al2O3)和矽土(Silica, SiO2 )是燒製陶瓷金屬融
4、合牙冠的主要成份之一。主要特性能夠降低熔點,增加熱膨脹係數及提高陶瓷的透明度。牙科用陶瓷內的石英(Quartz)陶瓷是耐高溫的成分之一,製造過程和長石差不多,提供陶瓷在燒製時型態的穩定性,並作為其他成分的形成支架,特點是增加強度和提高熔點。牙科用陶瓷內的瓷土(高領土)(Kaolin)特性是降低透明度、加水後可提供推積塑行。,其他添加物(Other Additions)添加金屬氧化物幫助成色,以幫助自然牙齒的色澤。如:添加氧化銅或氧化铬燒製後呈綠色,添加氧化鎂生製後呈紫色,氧化鐵呈褐色,氧化鈦呈黃褐色,氧化鈷呈藍色,添加氧化鎳呈褐色,添加氧化錫或氧化鋁燒製後呈褐白色。目前大多使用的陶瓷成分中以長
5、石75%85%,石英12%22%,瓷土3%5%,和4%的高領土等其他少量的色素組成。,機械和物理性質最後形成陶瓷成品性質重大影響因素：陶瓷在燒製以前其粉末於成型過程中縮和的程度(Degrre of Condensation)和擠壓處理(Compaction) 狀況。燒製的程度和和容陶瓷的步驟。,關於熔合的陶瓷（Fused Porcelain)材料的性質方面較為重要的是橫向強度。,橫 向 強 度,線性收縮，經上釉的陶瓷陶瓷線性收縮 低溶點14高溶點11.5如處理不當將出現過度上釉（Overglaze)情形，無論哪一種溶點的陶瓷都會發生較大的線性收縮，而容積收縮則不同於溶點陶瓷間收縮量的差異可能大
6、於。陶瓷容積收縮量低溶點3237 高溶點2834熔合陶瓷的比重 高溶點和低溶點差異不大視比重(Apparent Specific Gravity)約2.2-2.3 真比重(Ture Specific Gravity)約2.4陶瓷熱性質方面包括熱導性(Thermal Conductivity)為0.003/和擴散度為0.64平方sec,牙科用陶瓷強化處理,改善陶瓷弱點兩大方向：強化材料脆性改善材料在應用上設計以降低應力的集中和拉張應力的發生。,陶瓷材料在真正應用的情況裡經常承受由於彎曲變化而產生的強大拉張應力(Tenslie Stress)。陶瓷製品其表面完整性或存在瑕疵與否將決定材料的強度，實
7、驗證實如果減少陶瓷表面的瑕疵可明顯提昇陶瓷的強度，臨床多以上瓷釉(Glazing)的方式使陶瓷表面保持光滑與減少瑕疵的量或的強化。實用的強化處理可分為：殘於抗壓應力的介入：一般陶瓷發生破裂主要是由表面瑕疵部位發生裂痕，裂痕的延伸將導致材料的破壞，如果在一陶瓷表面能預加殘餘壓縮應力，在表面則當拉張應力發生之初將可以消滅拉張應力貶話或裂痕的前進，因此便可將陶瓷材料的強度大大提昇。在技術上將如此保護性的殘餘壓縮應力介入陶瓷材料表面可分為種：,離子交換法(Ion Exchange Technique):是利用離子的大小不同在進行交換後造成壓力，在內部出現形成殘餘後壓縮應力，EX:鈉離子其大小較之鉀離子
8、小35，若將含鈉的陶瓷製品浸泡在硝酸鉀的溶液內，部分的鉀離子將與陶瓷表面內含的鈉離子進行交換，較大直徑的鉀離子進入陶瓷表面內部後，由於體積較原有的鈉離子為大所以產生擁擠現象，表面產生的殘餘壓縮應力約有700MPa(100000psi)此種離自交換法又稱為化學式調質(Chemical Tempering),熱調質法(Thernial Tempering): 此方法是最常用之一，和用急速冷卻(Quenching)的處理方式使在高熱或溶融狀態的陶瓷材料固化並形成表面的殘餘抗壓應力。在急速冷卻過程中包圍在熔漿冠心之外是一層堅硬的玻璃成分，但當內部熔漿進行固化時將產生收縮，然而外表堅硬的玻璃層不易發生收
9、縮變化，此時冠心部分將形成殘餘拉張應力而表面的部份則出現殘餘的後縮壓力。熱膨脹係數的失配(Thermal Expansion Coefficient Mismatch): 此種處理多使用於多利用多層次燒製陶瓷時，藉著成分補不同，出現不同的熱膨脹係數，當燒製過程中冷卻時，如果內層擁有較高的膨脹係數，則其膨脹將增加，但冷卻時收縮便較小，最後當回到溫室時由於內外層的收縮量不同，外層陶瓷材料將如熱調直反應一般造成殘餘後應力存在,裂痕延伸的阻斷法(Interruption of Crack Propagation): 此種方式多是一不同物質材料散步於陶瓷材料內部，以進行阻斷裂痕在陶瓷內部延伸前進，在散佈
10、(Dispersion)技術方面可分為以下各種方法：結晶向的散佈處理(Dispersion of Crystalline Phase): 以一較韌性，結晶式材料EX:鋁土(Alumina)添加如玻璃內部，均勻散佈的結果，將會使添加有這些鋁土的玻璃有更加的韌性和強度，其中的強化機轉是鋁土粒子阻斷裂痕的通過而保護陶瓷製品的完整。 在添加此類加強式的結晶填料時要注意其熱膨脹係數與玻璃之間的差異應保持越小越好，以免造成失配(Mismatching)的脫落現象出現,變態韌化(Transformation Toughening) 此項是一種新的技術，加入的結晶性材料在應力作用下將近行晶體結構的改變，常用的
11、結晶性材料為部分穩定性鋯土(Partially Stabilized Zirconia,PSZ)。此晶體物質可將裂痕延伸所擁有的能量吸收，一方面造成自身晶體的變化發生，同時則有減弱裂痕的延伸，間接強化陶瓷材料，使用此法的缺點是添加的鋯土本身由於折射指數較玻璃為高，所以容易造成陶瓷材料的濁白效果。,牙科陶瓷復形體設計減少拉張應力(Minimzing Tenslle Stresses): 傳統陶瓷牙冠(Porcelain Jacket Crown)不是用於後牙復形，是因為咬合力容易引起強大的拉張應力並集中在牙冠的內部。金屬瓷冠(Metal Ceramic Croen)由於事先製作金屬薄蓋冠然後再將
12、陶瓷燒烤在金屬表面，金屬薄蓋冠(Metal Coping)的延伸和強度可預防陶瓷內部承受過大的拉張應力避免應力集中(Avolding Stress Concentration) 在設計上，如果出現突然的形狀變化或厚度改變均容易造成應力的上昇使用復形體更容易發生破壞。在陶瓷冠製作過程中，鋁箔片在摺疊觸容易造成切迹(Notch)使應力上昇，牙齒修行如又尖銳的線角(Sharp Line Angles)也是易造成應力集中的區域，同時，如果修行上厚度不均勻，在陶瓷燒製過程中，瓷層的突然厚度改變將會造成應力集中現象。在復形體設計中，雖然金屬瓷冠較瓷套冠為強硬，但是仍須注意薄蓋冠內部應有尖銳的線角和避免突然
13、的厚度改變現象發生才能卻保復形體的耐用性,影響顏色的因素自然牙齒顏色綜合了光線在牙齒內的反射作用(Reflection) 、折色作用(Refraction)和色散作用(Dispersion)，而色散作用誘因光的波長不同而有差異。因為牙齒的顏色將因我們使用比色的光源是陽光、反射陽光或屋絲、螢光燈的不同而有差別。牙科用陶瓷的著色時是以混合金屬氧化物一起燒製而產生色澤，而色澤的確定是按先前牙醫師使用色版(Shade Guide)比對所得，而後來復形體的顏色就是藉著色素的混合而盡量配合。然而，真正顏色表現是一向複雜的光折色，反射和色散作用的組合結果，色素是決定於對光的吸收和反射作用EX: 如果以白光照
14、射在一紅色物體表面，則除了紅色波長的光線之外其餘波長的光將被物體表面所吸收，紅色波長的光則反射出來，因此，若以紅色色相(Hue)的色料與瓷套冠材料混合，但光源中卻不含紅色波長的光，結果製成的牙冠會呈現不同色調。,理想的，牙醫師應該在藍色天空時北方的光源作為比色時的照明(Illumination)，其原因是該方向的光源擁有較平均的可見光波長。如果光源是經由紅磚強反射回來則色調將呈現略帶粉紅色相。因此顏色的比配如果可能應使用在兩種或以上不同的光源，其中最低限度有一向是北方的日光，而比配的時刻以中午稍微有雲的十分為佳。另一影響陶瓷復形體有關的因素是黏合劑，特別是瓷套冠，由於其透明度高，若使用不透明濁
15、白的黏合劑，EX:磷酸鋅黏合劑，由於光源的吸收作用將可能造成瓷套冠的色澤改變，因此，應用半透明性的矽磷酸鹽黏合劑或玻璃離字體黏合劑效果會較理想。,陶瓷復形體的製作Fabrication of a Ceramic Restoration 陶瓷復形體的製作流程, 陶瓷復形體的製作流程,振盪方法-以輕度震盪將濕粉末在支架中作震盪堆積，滲出的過多水分則以乾淨的紙巾吸走 。調拌方法-以小調刀將濕粉末塗佈成形並成光滑表面 ， 在光滑過程中，將過多的水分移除吸收。 毛刷方法-將乾燥的瓷粉塗佈在溼潤瓷粉的對側方向塗上， 由於水份將朝乾燥粉末方向滲透， 結果將會造成濕粉末的內拉， 造成更緻密乾燥的效果。燒製步驟
16、-當陶瓷材料後經堆積成型完成後， 復形體將放置在一燒製黏土托上，然後推入瓷爐中進行燒製。冷卻-在燒附陶瓷材料過程中，正確的冷卻處理將可以避免陶瓷材料的損害，過急的冷卻速度將可能造成陶瓷材料由於冷卻太快而引起收縮不均勻發生破裂。,陶瓷的材料應用(Porcelain Materials Applications),陶瓷人工牙齒(Porcelain Artificial Teeth)陶瓷材料最早應用於牙科領域，採用材料屬高熔點陶瓷。製造時通常是以兩層以上不同成分和半透明的陶瓷材料堆積，押入金屬模具然後燒製而成。原料已長石成分為主，加入15%石英和4%瓷土調整材料模塑性(Moldability)。燒製
17、完成的人工牙齒是藉著機械性聯鎖(Mechanical Interlocking)固持於義齒基底上，前牙方面再燒製過程中加入一貴金屬環於牙齒背部，後牙方面則製成一凹陷空間以便基底樹酯材料流入固化而獲得同樣的機械性固持效果。,燒製人工牙齒過程：1.將水分和有機黏結劑(Organic Binder)燒除訂成雛型2.緻密化階段(Densification Stage)，此時長石將與石英和瓷土正式發生熔合和固化成型性質方面：陶瓷人工牙齒最重要的性質是奇磨耗直接有關的硬度，估計陶瓷材料較一般塑膠牙齒有高達10到20倍的抗磨耗能力。,陶瓷人工牙齒優缺點優異的生物相容性自然的外觀對變形的磨耗作用有高度的抵抗能
18、力材料脆性高藉機械性附著於義齒基底上咬合接觸時有明顯聲響咬合調整和修磨、磨光較難高密度的牙齒，將增加義齒的總重量與丙烯酸類基底材料在熱膨脹係數方面失配，易引起裂紋,瓷套冠(Porcelain Jacket Crowns)早期進行復行甚普遍，使用高熔度長石陶瓷材料，初期強度較低後經改良加入鋁土，先製成冠心體部分，再按顏色層燒製陶瓷在鋁土冠心體之表面形成一較強的瓷套冠。此類瓷套冠在顏色美觀上較後期發展的金屬罐為理想，但在臨床上不宜後牙冠的製作且無法製作牙橋，製作步驟較複雜敏感度高，漸被金屬瓷冠取代。,金屬瓷冠(Metal Ceramic Crowns)全瓷復形體最大缺點及受限於贗復工作因素缺乏抗拉
19、和剪切強度。為求降低此缺點和減少破裂現象多採用將陶瓷直接熔合在金屬的薄蓋冠(Coping)上，再黏合在牙齒上去，又稱為陶瓷融合金屬冠(Porcelain-Fused-to-Metal Crown，PFM)。由於金屬具有較高的抗拉強度且經正確處理後，陶瓷材料可堅固黏結在金屬表面，而陶瓷材料也因而獲得強度的加強，再正確的設計和物理性質配合下，金屬瓷冠較其他陶瓷復形體容易製作和具有較低的製作失敗率。,1.陶瓷成分(Composition)為求配合薄蓋冠合金的高熱膨脹係數，陶瓷成分中的長石量將適當提昇而獲 得13至14106/的係數，其製成將長石與碳酸鹼土金屬EX：碳酸鉀、碳酸鋰在溫度為攝氏1093度
20、共同燒結成玻璃，並結晶成白榴石具有較高的熱膨脹係數。製作過程中將含白白榴石的熔合玻璃驟冷在水中成程熔塊(Leucite)，將玻璃在非晶形態中冷凍下來，熔塊經研磨和與金屬氧化物的色料混合成為各種不同色調的牙科用瓷粉。用在遮蓋金屬薄蓋冠顏色的不透明(Opaque)瓷粉則含約15%的氧化錫、氧化鋯或二氧化鈦的成分。在不透明層上的是牙本質層(Dentin Layer)或稱體層(Body Layer)，最後再作外層次稱之牙釉質層(Enamel Layer)其色調待半透明性以仿效自然切緣的色調。,2.薄蓋冠的鑄造(Cast Coping) 薄蓋冠提供一堅強支架與陶瓷材料熔合在其表面，陶瓷材料需具備較低熔點
21、(約較薄蓋冠何金融點低攝氏150度左右)和一般陶瓷材料為高的熱膨脹係數。鑄造薄蓋冠的金合金通常擁有較高熔融範圍以防止再燒製金屬陶瓷高溫狀況下出現自重下垂(Sag) 、潛變(Creep)或溶解軟化現象。同時在成分中含微量的基底金屬(Base Metals)，EX：鐵、金思和錫。次磊金屬在去氣處理時在薄蓋冠表面利用高溫擴散原理形成一表面氧化層，此氧化層是陶瓷黏結在薄蓋冠主要的機轉。作製造薄冠蓋的合金材料必須具備較高的比例極限和彈性模數，若合金擁有較高的彈性模數可減低陶瓷材料的應力集中現象；另外合金本體的比重勿太高，且熔點應較陶瓷熔合溫度為高，以免在高溫情況下出現重下垂影響牙冠牙橋的精密度。,3.技
22、術性考量(Technical Comsiderations)製造薄蓋冠的合金要求有較高的熔點，所以採用的金合金或基底合金。同時為求解決鑄造收縮的問題，包埋材料有足夠的熱膨脹以補償收縮的發生，保持精密性，以磷酸鍵結和矽土鍵結鑄造包埋粉為宜。為求消除由於磨光或鑄造石屋然所殘餘的雜質，同時獲得所需的氧化膜供陶瓷黏結，洗潔後置放於瓷爐內待溫度上昇至攝氏980度進行去氣或除氣處理，此項處理只針對此系統。其它的基底合金氧化作用較明顯，所以改以氧化鋁等成分的微粒砂子進行噴射處理(Blasting)，再以超音波清洗乾燥的步驟取代。,4.陶瓷金屬黏著(Porcelain Adhesion to Metal)對於
23、促進陶瓷與金屬間的黏結或黏著效果可歸納為溼潤作用、氧化黏著和機械性固持效果等。濕潤作用(Wetting)：對固體表面的濕潤程度多以接觸角的大小作為表示，良好的濕潤特性可讓陶瓷材料能深入金屬的粗糙表面內部並獲得較打面積的接觸，同時表示陶瓷和薄蓋冠合金之間有良好的化學相容性。氧化粘著(Adherent Oxide)：金屬表面存在一層氧化膜對於陶瓷的濕潤有很大的幫助，此氧化膜由金屬內部微量元素，例如金合金成分中的元素經擴散至金屬表面經氧化而形成，製造過程中進一步的擴散將出現於陶瓷材料與氧化膜之介面，結果形成一堅固的化學是黏著效果。機械性固持(Mechanical Retention)：氧化膜表面如果
24、有粗糙的現象出現，特別是基底合金表面經噴砂處理後，將產生明顯機械固持效果，有助陶瓷與金屬發生黏著效果。黏結失敗(Bonding Failure)：陶瓷與金屬薄蓋冠之間的黏結效果常因受應力、設計、甚至材料強度等因素而造成破裂失敗現象。,第一類失敗：陶瓷和金屬之間，無氧化膜形成。第二類失敗：出現於氧化膜與陶瓷的介面。第三類失敗：出現於瓷曾內部的分裂。第四類失敗：出現於金屬與氧化膜介面上。第五類失敗：單純出現在氧化膜內的破裂。第六類失敗：屬於第三類項四的內具性失敗。,5.優缺點(Advantages and Disadvantages)優點高強度可以製作牙橋精密度和貼合性較佳缺點容易暴露金屬邊緣影響
25、美觀金屬元素可能擴散至陶瓷內造成變色不易製程半透明性或透明效果陶瓷與金屬黏結會發生破裂失敗合金的英用會引起生物相容性的問題,四、可鑄造式玻璃陶瓷玻璃陶瓷是一種先呈現玻璃化或非結晶狀態，經熱處理轉換成結晶狀態材料。目前經研發成功並市售的材料是以去蠟處理(Lost Wax Process)再經鑄造而成型。製造過程是先以磷酸鍵結包埋材料包埋，經脫蠟成模(脫蠟分兩階段，第一階段在250，另一階段950，然後降回室溫左右，鑄造時模具溫度3742左右)，是一向冷模鑄造。切除鑄道後，玻璃成品將以特殊的包埋材料包埋，依一定的程序昇溫至1075，此過程稱瓷化。,五、鋁殼陶瓷材料早期使用傳統是鋁殼(Alumino
26、us Core)，以結晶是鋁土(Crystalline Alumina)為主要材料，提供強度和冠新體結構作為瓷冠製作。後改良成以鑭鋁矽酸玻璃(Lanthanum Alumninosilicate Glass)成分滲透入鋁殼內已獲得更高強度的機架結構，作為牙冠甚至牙橋製作使用。六、陶瓷鑲面、嵌體、灌概體 此復型體主要發展是由於發現牙科用陶器材料和玻璃陶瓷來料均能以氫氟酸(Hydrofluoric Acid)或其他酸類進行酸時而獲得優良固持效果。在美齒學(Cosmetic Dentistry)方面，以掩蓋染色(Staining)或變色(Discoloration)的前齒使用。 嵌體和冠蓋體則多用於後牙的復形，再以樹酯黏合劑黏著在經牙釉質酸時處理的窩洞上。,參考資料： 牙科材料學 牙醫師 鍾國雄 編著 合記圖書出版社 發行 西元2009年10月10日 出版八刷 END,
