CAD/CAM铣削工艺对多晶氧化锆表面形貌及机械性能的影响

《Dental Materials》：Effect of CAD/CAM milling protocols on surface topography and mechanical behavior of polycrystalline zirconia

研究评估了三种CAD/CAM干磨协议（慢、正常、快）对3Y-PSZ陶瓷表面形貌及力学性能的影响。结果表明不同协议导致表面粗糙度差异（F>N>S>P），但弯曲强度和Weibull模量均无显著变化，湿磨组（P_wet）强度显著低于其他组。XRD分析显示各组晶体相比例相似。

　　本研究聚焦于现代牙科修复材料——3摩尔%氧化钇部分稳定氧化锆（3Y-PSZ）在计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）铣削工艺中的表现。随着CAD/CAM技术的不断进步，牙医和实验室技术人员能够根据具体的治疗需求选择不同的铣削协议。这些协议通常包括不同的加工速度和铣削路径，从而影响最终修复体的表面质量和机械性能。然而，尽管技术已经发展，关于不同铣削方式对3Y-PSZ表面特性与机械性能的具体影响，仍存在许多未解之谜。因此，本研究旨在系统评估这些铣削协议对3Y-PSZ表面拓扑结构、弯曲强度和可靠性的影响。

3Y-PSZ是一种广泛应用于牙科领域的高性能陶瓷材料，因其出色的机械性能和生物相容性而备受青睐。这种材料具有高达900至1300 MPa的弯曲强度和3.5至6.0 MPa·m1/2的断裂韧性，这使得它在制作单冠、固定桥等复杂修复体方面具有显著优势。此外，通过调整材料的组成和微观结构，3Y-PSZ还改善了其光学性能，使其在美学要求较高的牙科修复中表现出色。3Y-PSZ之所以具有这些优良特性，主要是因为它在高温烧结过程中形成了部分稳定的立方相，而这种相的存在可以降低光散射现象，从而提升材料的透光性和外观。

在本研究中，为了评估不同CAD/CAM铣削协议对3Y-PSZ的影响，研究人员采用了一种标准化的实验方法。他们制备了直径为12毫米、厚度为1.2毫米的圆盘状试样，共计20个试样。这些试样被分为三组，分别使用慢速（S）、正常（N）和快速（F）三种不同的CAD/CAM干式铣削协议进行加工。此外，还设置了两个对照组，分别是干式（P_dry）和湿式（P_wet）条件下对预烧结块进行切割和打磨的试样。每组的试样数量均为20个，以确保实验的可靠性。

为了全面分析试样的表面特性，研究人员使用了光学轮廓仪（optical profilometer）对表面进行定量和定性评估。该仪器能够测量表面粗糙度参数，如Sa（算术平均粗糙度）和Sz（最大高度）。同时，他们还利用扫描电子显微镜（SEM）对试样表面进行了进一步的观察，以确认光学轮廓仪的结果。SEM图像显示，不同铣削协议产生的表面结构存在显著差异，尤其是在快速铣削组中，表面呈现出较高的不均匀性，而慢速和正常铣削组则显示出更为平滑和均匀的表面特征。

除了表面拓扑结构的分析，研究人员还通过弯曲强度测试和断裂图形分析评估了3Y-PSZ的机械性能。弯曲强度测试采用的是“活塞-三球”法，这是一种常见的评估陶瓷材料抗折性能的方法。测试结果表明，虽然快速铣削组的表面粗糙度较高，但其弯曲强度和Weibull模量并未受到显著影响。这意味着，尽管表面结构存在差异，但不同铣削协议并未显著降低材料的机械性能。此外，干式打磨组（P_dry）的弯曲强度和Weibull模量与CAD/CAM铣削组相似，而湿式打磨组（P_wet）则表现出较低的机械性能，特别是在Weibull模量方面。这表明，湿式处理可能会对材料的长期可靠性产生不利影响。

X射线衍射（XRD）分析进一步验证了材料的晶体相组成。所有实验组的XRD图谱均显示出主要的四面体（tetragonal）和立方（cubic）晶相，其中四面体晶相占比为81%至86%，立方晶相为13%至14%。只有慢速铣削组（S组）表现出少量的单斜（monoclinic）晶相，这可能与加工过程中产生的微小裂纹或应力有关。然而，由于XRD结果为半定量分析，因此这一发现需要谨慎解读。

研究结果表明，虽然不同CAD/CAM铣削协议对3Y-PSZ的表面拓扑结构产生了明显影响，但这些差异并未显著影响其机械性能。这一发现对于临床应用具有重要意义，因为这意味着牙医可以在不牺牲材料性能的前提下，选择适合特定治疗需求的加工方式。例如，快速铣削虽然可以缩短加工时间，但其表面粗糙度较高，可能需要额外的表面处理步骤以提高修复体的美学效果和生物相容性。相比之下，慢速铣削虽然耗时较长，但能够产生更均匀的表面结构，这有助于提高修复体的长期稳定性和耐久性。

此外，研究还指出，湿式处理可能对3Y-PSZ的机械性能产生负面影响。尽管湿式处理在加工过程中有助于控制温度和去除碎屑，但其可能引入的微小缺陷和表面损伤可能会影响材料的长期可靠性。这与之前的研究结果相吻合，即湿式加工可能导致陶瓷材料的强度下降。因此，在临床实践中，如果可能的话，应优先选择干式处理，以确保修复体的机械性能不受影响。

在实际应用中，3Y-PSZ的表面处理对于修复体的粘接性能和长期稳定性至关重要。尽管不同铣削协议可能对表面粗糙度产生影响，但这些差异可能不足以显著影响修复体的磨损行为。然而，为了提高患者的舒适度和修复体的美观性，保持较低的表面粗糙度仍然是一个重要的目标。因此，对于具有复杂几何形状的3Y-PSZ修复体，采用慢速CAD/CAM干式铣削可能是一种更优的选择，因为它可以在不牺牲材料性能的情况下，提供更高质量的表面处理。

本研究的局限性在于，实验仅评估了标准化的圆盘状试样，而未考虑实际修复体的复杂几何形状和周期性载荷对材料性能的影响。此外，研究仅针对一种CAD/CAM系统和一种3Y-PSZ品牌，因此其结果可能无法直接推广到其他品牌或设备。未来的研究可以进一步探讨不同CAD/CAM系统对3Y-PSZ性能的影响，以及不同表面处理方式对材料性能的长期影响。

总的来说，本研究为3Y-PSZ在CAD/CAM加工中的应用提供了重要的数据支持。研究结果表明，尽管不同的铣削协议会对材料的表面特性产生影响，但这些差异并不显著影响其机械性能。因此，牙医和实验室技术人员可以根据实际需求，选择适合的加工方式，以平衡加工效率与修复体质量之间的关系。同时，研究也强调了在湿式处理过程中可能引入的潜在风险，建议在可能的情况下优先采用干式处理以确保材料的可靠性。此外，对于具有复杂结构的修复体，采用慢速铣削可能有助于提高表面质量，从而提升修复体的临床效果。