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氧化锆之谜：氧化锆的特别之处以及选择合适氧化锆材料的方法

描述

你知道有不止一种氧化锆吗？了解这种创新陶瓷材料的化学成分，以及这种材料不断演化以适应美学和效率要求的历程。

概要

您可能经常提到氧化锆，但是您对于这种陶瓷材料了解多少呢？了解更多选择3Y、4Y和5Y氧化锆材料的“原因”，何时使用 - 如何利用这些材料在椅旁修复领域的优势。

正文

氧化铝、合成玻璃陶瓷、长石质陶瓷、氧化锆 - 牙医在陶瓷和类陶瓷的修复材料上有很多选择。虽然每种材料都有各自的优缺点，但由于氧化锆材料强度高，耐磨性、可用性良好，成本适中，多年来一直备受欢迎，应用广泛。

然而，尽管氧化锆材料很受欢迎，但人们仍然对它的特别之处感到困惑，包括它的不同形式、粘接流程以及它在外观上的优势。

氧化锆究竟是什么？

关于这一材料的许多困惑，都与它的名字有关。提起“氧化锆”，人们会联想到很多物质，包括一种矿物（锆石，或硅酸锆，ZrSiO4），一种原子元素（金属锆，Zr），甚至是一种合成宝石（立方晶相氧化锆） - 所以人们非常容易误解牙科氧化锆材料。更令人困惑的是，牙科氧化锆材料本身被称为“二氧化锆”或简称为“氧化锆”。虽然牙医也可能因强度而亲切地称其为“白色金属”或“陶瓷钢”，但它并不是一种金属。事实上，氧化锆材料确实是一种良好的金属替代品。

首先来了解锆元素，这是一种非常坚固但是可塑性强的银白色金属，能够耐受化学腐蚀（所以属于生物惰性物质），其化学和物理特性与钛相似。^1.2但是，锆在自然界中并不是以单纯的形态存在，人们通常开采的是包含锆等多元素的矿砂，如锆石。³然后对矿砂进行精炼和提纯，以生产锆中间体，例如氧化锆粉末。再将不同的氧化物添加到粉末中，以增加稳定性（后文详细讨论），最终生产出具有生物相容性和适应性的牙科材料 - 氧化锆。然后将粉末压制成型，形成多孔的可切削瓷块，密度约为氧化锆全密度的50%。为了获得合适的材料硬度，需要进行热处理，因此这些瓷块被切削成修复体。但是，这些经过切削的修复体仍存在一些孔隙。只有最后的烧结步骤才能将材料转化为完全致密、坚固和具有生物相容性的牙科氧化锆材料。

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氧化锆之间的差异

如今，许多制造商都提供了多种类型的牙科氧化锆材料，每个制造商都有自己的品牌和产品名称，这使得用户的材料选择变得更加困难。事实上，所有牙科氧化锆材料的成分都非常相似。差异在于制造的工艺：加热、压力和金属氧化物添加剂。选择最适合您的临床操作要求的氧化锆材料，重要的是确定材料的成分。

相

纯氧化锆是一种多晶陶瓷，也就是说，根据温度和压力的不同，能够以三种不同的晶体结构存在 - 单斜晶相、四方晶相和立方晶相。

在常温下，纯氧化锆为较弱的单斜晶相。材料受热后，会转变为四方晶相。随着热量的增加，可形成立方晶相。但是，材料冷却后，会恢复到早期的晶相 - 除非添加稳定剂。这些稳定剂能够在常温下保持四方晶相或立体晶相的稳定，具体效果取决于稳定剂的类型和数量。这些经过稳定的晶相，机械特性方面更加可靠，从而产生了不同的光学特性。稳定的四方晶相氧化锆很坚硬，但是透明度较低。原因在于这种材料具有双折射结构，也就是说，具有多种折射率，可散射和偏转光线，从而降低了透明度。另一方面，稳定的立方晶相氧化锆具有对称的结构，光线更容易通过，从而提升了透明度。不幸的是，这种光学上的改进是以机械性能为代价的，机械性能开始下降。

金属氧化物稳定剂

尽管氧化锆很坚硬，但是如果使用纯态氧化锆来制作陶瓷材料，生产出来的修复体会比较脆弱。与铁一样，氧化锆需要某些添加剂对材料进行稳定和强化，并改善其机械、美学和光学性能。

常见的牙科氧化锆材料配方包括氧化钇，这是一种金属氧化物，以稳定锆的四方晶相和立方晶相。氧化钇进入晶格后，能够改变氧化锆的晶体结构，以改善材料强度和光学特性。但是，不同的氧化钇添加量会使材料产生差别。

氧化钇少量（氧化钇 mol.%）添加到氧化锆中，以数字和字母“Y”表示。起初，几乎所有的氧化锆都是3Y四方晶相材料，而且相当坚固（<1000 MPa），但是透明度较低。某些配方当中包括氧化铝，有助于烧结和稳定，但是在随后的几代配方中有所减少。在随后的几代材料中，氧化钇的含量增加到5Y（氧化钇5mol.%），材料透明度更高，但是立方晶相更多，所以强度有所降低。最近，已开发出4Y（氧化钇4mol.%）配方，兼具高强度和良好的透明度 - 以至于4Y材料可称为“通用”或“高透光”氧化锆。

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基于氧化钇在不同浓度下对氧化锆的作用，牙科制造商正在改进相关化学成分，以找到性能的良好平衡。因此，有多种不同类型的氧化锆材料可供用户选择。了解各种材料的特性，有助于用户根据具体应用场合选择合适的材料。

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您应该使用

哪种氧化锆材料？

氧化锆材料不是一种“通用”的解决方案；相反，不同的材料具有不同的强度和透明度。哪种氧化锆材料适合您的需求，最后要看治疗方案的美学和机械需求。

在过去，牙科氧化锆材料不是很美观，需要另外的操作步骤才能达到自然的美学效果。但是，随着材料的发展，其美学效果也在不断提升。考虑到这一点，根据具体病例选择适当的材料仍然很重要。如果强度不是问题，美学要求较为重要 - 例如美学要求高的前牙，或具有较大修复空间的前磨牙 - 推荐使用具有更高透明度的氧化锆材料，例如5Y氧化锆材料。或者，如果强度至关重要 - 例如后牙修复或多单元桥 - 选用第二代3Y氧化锆材料更为合适。虽然不存在真正的“通用”氧化锆材料，但是对于各种修复类型，第四代4Y氧化锆材料能够实现通用的性能平衡。除了氧化钇以外，还可通过染色来进一步提高美学效果，可使用预染色的氧化锆材料，也可采用染色液进行染色。在氧化锆内冠上使用饰瓷材料，可达到良好的美学效果。

微创、灵活

除了这些美学上的进步之外，现代氧化锆材料还补充了更保守的牙科理念。对于强度较低的修复材料，需要增大材料体积，或确保壁厚不低于1mm*，才能满足修复体的要求。因此，为了获得更大的修复空间，需要去除更多健康的牙体组织。但由于氧化锆材料的强度较大，较薄的壁厚即可满足修复体的要求 - 减少了牙体预备量。

不同材料对应的最小牙冠壁厚

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随着制造商继续追求更好的美学效果、更薄的壁厚和更短的烧结时间，氧化锆仍在不断发展。氧化锆材料已经具有生物相容性，而现代配方在美学和强度方面实现了良好的平衡，材料的进步使其更具优势。例如，一些材料，例如3M™ Lava Esthetic Fluorescent Full- Contour Zirconia*，具有预染色和内置荧光效果，从而实现更自然的美学效果 - 而不是添加荧光釉，避免长期使用后的磨损。

*尚未在中国上市

氧化锆材料的粘接

像氧化锆这样的高强度陶瓷材料，只有粘接后才会体现效果，这就意味着需要特别注意粘接方案。值得注意的是，氧化锆材料的粘接方案与其他陶瓷材料不同 – 实际上它可能更容易。

与其他需要多项准备步骤以确保粘接牢固的陶瓷材料不同，具有足够固位力和材料厚度的氧化锆修复体能够通过常规方法进行粘固，而不需要高技术要求的粘接步骤。只有在机械固位力不足的情况下才需要进行粘接。这一点适用于所有的氧化锆材料。粘接时必须注意，即使要在试戴后清除唾液，也不可对氧化锆材料进行酸蚀。这是因为磷酸 - 以及唾液中的磷酸盐 - 会阻断粘接所需的氧化基团。^4.5在预处理方面，氧化锆修复体在最终就位前必须进行喷砂处理。一旦清洗干净，即可直接使用牙科水门汀修复体就位。

考虑到上述所有因素，氧化锆修复体的理想粘接方案取决于预备体以及其固位力。例如，如果使用氧化锆材料制作贴面（这种情况下，美学是关键，而且推荐使用强度较低的半透明氧化锆材料），或者在机械固位力有限的情况下，粘接可能更合适。这是一个关于品质平衡的问题，以尽可能确保良好的效果。

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结论

虽然可供牙科专家选择的材料很多，但是氧化锆类的材料仍在继续发展。这种材料已经从简单的高强度修复方案演化为一种新型的美观和具有微创潜力的材料 - 一种值得探索的材料。但是，如果需要体现出这种材料的优势，必须深入了解氧化锆的独特化学性质、每一代氧化锆材料的优势以及材料特性对于修复的影响。

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