一、摘要

     钴铬（Co-Cr）合金是一种被广泛应用于牙科修复体的金属材料。本文通过使用传统铸造和选择性激光熔化（SLM）技术制备牙科修复体，并重点研究和对比这些修复体的金属-陶瓷结合强度，同时使用扫描电子显微镜（SEM）和光学显微镜分析了金属-陶瓷结合表面的微观组织结构。研究结果表明，与铸造技术制备的修复体相比，SLM钴铬合金的修复体具有更优异的金属-陶瓷结合强度。

二、实验方法

      本次研究使用Wirobond C+钴铬合金（Bego，德国），它的化学成分为 60.2% Co、25% Cr、6.2% W，4.8% Mo，以及微量的Fe和Si。两个实验组产品（铸造及SLM）均使用化学成分相同的钴铬合金制成。铸造组测试样品使用传统的失蜡铸造方法制备，并将样品被切割成 25 mm×3 mm×0.5 mm的立方体。选择性激光融化组实验样品由SLM设备（EOS M280）制备。所有实验样品，经粗磨后均用直径为50 mm的Al2O3颗粒进行喷砂处理。制备的实验样品表面经预氧化后，依次涂上金属-陶瓷结合剂，不透明瓷和体瓷（VMK 95，VITA）,并按照瓷粉厂商建议的烤瓷程序在烤瓷炉（Ivoclar P300）中进行烤瓷处理。然后，使用万能试验机（EZ20；Lloyd，英国）依据ISO9693标准对两个实验组的金属-陶瓷结合片进行三点弯曲测试。在测试中，将样品放置在测试仪器上，以 1.5 mm/min的速度施加载荷。然后，使用扫描电子显微镜（JSM-7600F，日本）和光学显微镜观察每个实验组样本的断裂表面形貌。

三、实验分析

      三点弯曲实验的结果如表1所示，两组实验的测试结果均符合 ISO 9693:1999的大于25MPa 的技术要求。通过对每组测试样品的光学显微组织照片（图1）分析可以发现，所有陶瓷和金属之间的脱粘均发生在陶瓷层的一端，这也符合 ISO 9693:1999（E）的要求。

此外，对光学显微组织照片（图1）及SEM扫描图像（图2）进行分析，在图2(a)和(b)中，可以发现铸造及SLM的金属-陶瓷结合片的断裂方式均为混合式断裂模式（粘合和内聚断裂）。其中，SEM扫描图像浅灰色区域是不透明瓷OP（浅色是由于其导电性差而呈灰色）。这一观察结果表明内聚断裂模式发生在不透明瓷OP中。图2(a)和(b)的深灰色区域表示钴铬合金（深灰色，因为其导电性较高），并在此处观察到了沿金属-陶瓷的粘合断裂模式的断裂界面。此外，通过对光学显微组织照片（图1）的对比，可以发现SLM试样上残留的结合瓷层比传统铸造的试样上要更多。由此，对实验中两组试样的失效模式进行定量分析，其结果如表2所示。SLM制备样品断裂界面的瓷贴面面积分数为59%，明显高于铸造样品的53%，这表明SLM样品断裂后残留的瓷层更多，即SLM样品的金瓷结合的效果要更优异。

表2 传统铸造与SLM制备样品断裂界面的瓷贴面面积分数

图2(a)SLM和(b)铸造试样金属-陶瓷断裂界面的SEM照片

四、实验结果

       虽然本研究中使用的三点弯曲试验可能并不能完全代表临床情况，但它仍然可以作为一种有效的进行金属-陶瓷结合强度的评价方法。临床上对于固定义齿的最基本要求是金属与陶瓷体之间形成持久结合的底层结合结构和贴面陶瓷。本次实验结果表明，所有测试样品（铸造与SLM）都具有比较高的结合强度，并且均大于25MPa,满足ISO 9693:1999的技术要求。这表明通过SLM和传统铸造技术均可以制造出能够满足临床应用的牙科修复体，并且SLM比传统的铸造方法制备的修复体的金属-陶瓷结合强度要高。

       本实验也评估了SLM与铸造制备的Co-Cr合金的金瓷结合片的断裂模式。使用光学显微镜和SEM扫描电镜观察两组的断裂表面，可以观察到两组实验样品的断裂方式均为复合式断裂模式（内聚和粘附断裂模式）。SEM扫描电镜的照片还显示，SLM样品断裂后残留的瓷层更多，即SLM样品的金瓷结合的效果要更优异。

      在决定金属-陶瓷相互作用的机制中，化学结合是非常重要的因素之一。而化学结合则受到了金属合金的组织组成，化学成分和表面氧化层的影响。已有很多研究表明金属氧化层在金属-陶瓷键合过程中起着非常重要的作用。然而，过厚的氧化层也可能会削弱粘合强度，因为金属氧化层之间具有非常差的内聚强度，这样过厚的金属层会产生牙科修复体的“崩瓷”现象。此外，SLM技术与传统铸造技术相比，其制备后的钴铬合金组织更致密，缺陷更小，晶粒更细化，修复体的强度更高。这些因素都可以为本次实验结果提供合理的解释。