氧化鋯之謎：氧化鋯的特別之處以及選擇合適氧化鋯材料的方法

描述：

你知道有不止一種氧化鋯嗎？了解這種創新陶瓷材料的化學成分，以及這種材料不斷演化以適應美學和效率要求的歷程。

概要：

您可能經常提到氧化鋯，但是您對於這種陶瓷材料了解多少呢？了解更多選擇3Y、4Y和5Y氧化鋯材料的“原因”，何時使用 - 如何利用這些材料在椅旁修復領域的優勢。

本期作者： Martin Götzinger博士 技術負責人｜3M

正文：

氧化鋁、合成玻璃陶瓷、長石質陶瓷、氧化鋯 - 牙醫在陶瓷和類陶瓷的修復材料上有很多選擇。雖然每種材料都有各自的優缺點，但由於氧化鋯材料強度高，耐磨性、可用性良好，成本適中，多年來一直備受歡迎，應用廣泛。 然而，儘管氧化鋯材料很受歡迎，但人們仍然對它的特別之處感到困惑，包括它的不同形式、粘接流程以及它在外觀上的優勢。

氧化鋯究竟是什麼？

關於這一材料的許多困惑，都與它的名字有關。提起“氧化鋯”，人們會聯想到很多物質，包括一種礦物（鋯石，或矽酸鋯，ZrSiO4），一種原子元素（金屬鋯，Zr），甚至是一種合成寶石（立方晶相氧化鋯） - 所以人們非常容易誤解牙科氧化鋯材料。更令人困惑的是，牙科氧化鋯材料本身被稱為“二氧化鋯”或簡稱為“氧化鋯”。雖然牙醫也可能因強度而親切地稱其為“白色金屬”或“陶瓷鋼”，但它並不是一種金屬。事實上，氧化鋯材料確實是一種良好的金屬替代品。 首先來了解鋯元素，這是一種非常堅固但是可塑性強的銀白色金屬，能夠耐受化學腐蝕（所以屬於生物惰性物質），其化學和物理特性與鈦相似。 1.2但是，鋯在自然界中並不是以單純的形態存在，人們通常開采的是包含鋯等多元素的礦砂，如鋯石。 3然後對礦砂進行精煉和提純，以生產鋯中間體，例如氧化鋯粉末。再將不同的氧化物添加到粉末中，以增加穩定性（後文詳細討論），最終生產出具有生物相容性和適應性的牙科材料 - 氧化鋯。然後將粉末壓製成型，形成多孔的可切削瓷塊，密度約為氧化鋯全密度的50%。為了獲得合適的材料硬度，需要進行熱處理，因此這些瓷塊被切削成修復體。但是，這些經過切削的修復體仍存在一些孔隙。只有最後的燒結步驟才能將材料轉化為完全緻密、堅固和具有生物相容性的牙科氧化鋯材料。

氧化鋯之間的差異：

如今，許多製造商都提供了多種類型的牙科氧化鋯材料，每個製造商都有自己的品牌和產品名稱，這使得用戶的材料選擇變得更加困難。事實上，所有牙科氧化鋯材料的成分都非常相似。差異在於製造的工藝：加熱、壓力和金屬氧化物添加劑。選擇最適合您的臨床操作要求的氧化鋯材料，重要的是確定材料的成分。

階段：

純氧化鋯是一種多晶陶瓷，也就是說，根據溫度和壓力的不同，能夠以三種不同的晶體結構存在 - 單斜晶相、四方晶相和立方晶相。 在常溫下，純氧化鋯為較弱的單斜晶相。材料受熱後，會轉變為四方晶相。隨著熱量的增加，可形成立方晶相。但是，材料冷卻後，會恢復到早期的晶相 - 除非添加穩定劑。這些穩定劑能夠在常溫下保持四方晶相或立體晶相的穩定，具體效果取決於穩定劑的類型和數量。這些經過穩定的晶相，機械特性方面更加可靠，從而產生了不同的光學特性。穩定的四方晶相氧化鋯很堅硬，但是透明度較低。原因在於這種材料具有雙折射結構，也就是說，具有多種折射率，可散射和偏轉光線，從而降低了透明度。另一方面，穩定的立方晶相氧化鋯具有對稱的結構，光線更容易通過，從而提升了透明度。不幸的是，這種光學上的改進是以機械性能為代價的，機械性能開始下降。

金屬氧化物穩定劑：

儘管氧化鋯很堅硬，但是如果使用純態氧化鋯來製作陶瓷材料，生產出來的修復體會比較脆弱。與鐵一樣，氧化鋯需要某些添加劑對材料進行穩定和強化，並改善其機械、美學和光學性能。 常見的牙科氧化鋯材料配方包括氧化釔，這是一種金屬氧化物，以穩定鋯的四方晶相和立方晶相。氧化釔進入晶格後，能夠改變氧化鋯的晶體結構，以改善材料強度和光學特性。但是，不同的氧化釔添加量會使材料產生差別。 氧化釔少量（氧化釔 mol.%）添加到氧化鋯中，以數字和字母“Y”表示。起初，幾乎所有的氧化鋯都是3Y四方晶相材料，而且相當堅固（<1000 MPa），但是透明度較低。某些配方當中包括氧化鋁，有助於燒結和穩定，但是在隨後的幾代配方中有所減少。在隨後的幾代材料中，氧化釔的含量增加到5Y（氧化釔5mol.%），材料透明度更高，但是立方晶相更多，所以強度有所降低。最近，已開發出4Y（氧化釔4mol.%）配方，兼具高強度和良好的透明度 - 以至於4Y材料可稱為“通用”或“高透光”氧化鋯。

基於氧化釔在不同濃度下對氧化鋯的作用，牙科製造商正在改進相關化學成分，以找到性能的良好平衡。因此，有多種不同類型的氧化鋯材料可供用戶選擇。了解各種材料的特性，有助於用戶根據具體應用場合選擇合適的材料。

您應該使用
哪種氧化鋯材料？

氧化鋯材料不是一種“通用”的解決方案；相反，不同的材料具有不同的強度和透明度。哪種氧化鋯材料適合您的需求，最後要看治療方案的美學和機械需求。 在過去，牙科氧化鋯材料不是很美觀，需要另外的操作步驟才能達到自然的美學效果。但是，隨著材料的發展，其美學效果也在不斷提升。考慮到這一點，根據具體病例選擇適當的材料仍然很重要。如果強度不是問題，美學要求較為重要 - 例如美學要求高的前牙，或具有較大修復空間的前磨牙 - 推薦使用具有更高透明度的氧化鋯材料，例如5Y氧化鋯材料。或者，如果強度至關重要 - 例如後牙修復或多單元橋 - 選用第二代3Y氧化鋯材料更為合適。雖然不存在真正的“通用”氧化鋯材料，但是對於各種修復類型，第四代4Y氧化鋯材料能夠實現通用的性能平衡。除了氧化釔以外，還可通過染色來進一步提高美學效果，可使用預染色的氧化鋯材料，也可採用染色液進行染色。在氧化鋯內冠上使用飾瓷材料，可達到良好的美學效果。

微創、靈活：

除了這些美學上的進步之外，現代氧化鋯材料還補充了更保守的牙科理念。對於強度較低的修復材料，需要增大材料體積，或確保壁厚不低於1mm*，才能滿足修復體的要求。因此，為了獲得更大的修復空間，需要去除更多健康的牙體組織。但由於氧化鋯材料的強度較大，較薄的壁厚即可滿足修復體的要求 - 減少了牙體預備量。

隨著製造商繼續追求更好的美學效果、更薄的壁厚和更短的燒結時間，氧化鋯仍在不斷發展。氧化鋯材料已經具有生物相容性，而現代配方在美學和強度方面實現了良好的平衡，材料的進步使其更具優勢。例如，一些材料，例如3M™ Lava Esthetic Fluorescent Full- Contour Zirconia*，具有預染色和內置熒光效果，從而實現更自然的美學效果 - 而不是添加熒光釉，避免長期使用後的磨損。

氧化鋯材料的粘接：

像氧化鋯這樣的高強度陶瓷材料，只有粘接後才會體現效果，這就意味著需要特別注意粘接方案。值得注意的是，氧化鋯材料的粘接方案與其他陶瓷材料不同 – 實際上它可能更容易。 與其他需要多項準備步驟以確保粘接牢固的陶瓷材料不同，具有足夠固位力和材料厚度的氧化鋯修復體能夠通過常規方法進行粘固，而不需要高技術要求的粘接步驟。只有在機械固位力不足的情況下才需要進行粘接。這一點適用於所有的氧化鋯材料。粘接時必須注意，即使要在試戴後清除唾液，也不可對氧化鋯材料進行酸蝕。這是因為磷酸 - 以及唾液中的磷酸鹽 - 會阻斷粘接所需的氧化基團。 4.5在預處理方面，氧化鋯修復體在最終就位前必須進行噴砂處理。一旦清洗乾淨，即可直接使用牙科水門汀修復體就位。 考慮到上述所有因素，氧化鋯修復體的理想粘接方案取決於預備體以及其固位力。例如，如果使用氧化鋯材料製作貼面（這種情況下，美學是關鍵，而且推薦使用強度較低的半透明氧化鋯材料），或者在機械固位力有限的情況下，粘接可能更合適。這是一個關於品質平衡的問題，以盡可能確保良好的效果。

結論：

雖然可供牙科專家選擇的材料很多，但是氧化鋯類的材料仍在繼續發展。這種材料已經從簡單的高強度修復方案演化為一種新型的美觀和具有微創潛力的材料 - 一種值得探索的材料。但是，如果需要體現出這種材料的優勢，必須深入了解氧化鋯的獨特化學性質、每一代氧化鋯材料的優勢以及材料特性對於修復的影響。

本期作者:

Martin Götzinger博士

技術負責人｜3M Martin

Götzinger博士畢業於慕尼黑工業大學，獲得物理學文憑，致力於低溫陶瓷的局部激光操控。作為機械加工工程研究所的研究員，Martin博士對粉末的顆粒表面和界面的性質進行了研究，獲得了分子和納米粒徑方面的新見解。 2005年，他在埃爾蘭根 -紐倫堡的弗里德里希亞歷山大大學獲得工程學博士學位。 Martin Götzinger在3M公司擔任工藝工程師，開始了他的工業生涯。他對氧化鋯的工藝開發、製造和規模化做出了重大貢獻，例如3M的Lava™ 品牌修復材料，是最近推出3M™ Chairside Zirconia 氧化鋯。 Martin博士在陶瓷、納米技術和表面科學領域工作了二十年，著有大量文獻，同時發明了多項專利。