第四节　现代全瓷修复材料及特点

现代全瓷修复材料是指目前在临床广泛应用的具有良好强度的全瓷材料，它们一般采用各种人工精制的无机粉末为原料，通过结构设计、精确的化学计量、合适的成型方法和烧结制度而达到特定的性能。近10多年来，随着计算机技术和加工技术、氧化锆陶瓷的飞速发展和应用，临床医师曾需要根据患牙的临床情况在多种全瓷材料中选择，目前临床选择日趋简单，如果需要强度可选择氧化锆全瓷材料，如果更强调美学效果可选择玻璃陶瓷全瓷材料。下面就目前临床应用较多的氧化锆全瓷材料和玻璃陶瓷材料分别进行介绍。

一、氧化锆全瓷材料

氧化锆陶瓷由于特有的应力诱导相变增韧效应，其强度和韧性均优于传统的长石瓷和氧化铝陶瓷，自推出以来一直是口腔材料界关注的热点。

氧化锆瓷不仅具有普通陶瓷材料耐高温、耐磨损、耐腐蚀、生物相容性好等优点，而且抗弯强度可达900～1 200MPa，断裂韧性可达5MPa·m1/2，是目前口腔陶瓷材料中机械性能最好的，这主要得益于其相变增韧机制：氧化锆具有3种同素异型结构，即单斜相（m-ZrO2）、四方相（t-ZrO2）、立方相（c-ZrO2）。三种晶型存在于不同的温度范围并可相互转化，相变的临界温度分别为1 170℃、2 370℃。在室温条件下，氧化锆以m-ZrO2形式存在，但当与适当的稳定剂氧化钇（Y2O3）或氧化铈（CeO2）结合后t-ZrO2也可存在于室温。当材料受到外力产生微裂纹时，裂纹尖端的t-ZrO2晶体在应力诱导下向更稳定的m-ZrO2相转变，伴随3%～4.5%的体积膨胀和形状变化改变裂纹尖端的应力场，阻止裂纹延伸，这就是氧化锆的应力诱导相变增韧效应。四方相氧化锆晶体的含量影响氧化锆陶瓷的强度和韧性。立方相氧化锆晶体光学性能良好，单晶体半透明性较高，与天然金刚石接近。研究表明在口腔氧化锆陶瓷晶体中引入适量的立方相晶体可大大改善氧化锆的光学性能。

目前有两种氧化锆全瓷制作全瓷修复体的方式，一种是在氧化锆底冠表面堆塑饰面瓷制作双层结构的氧化锆全瓷修复体，主要用于美观要求较高的前牙美学区域；另一种是全部采用氧化锆制作单层结构的全锆修复体，主要用于承受咬合力较大的后牙区域。

全锆修复体具有良好的性能和简单的制作工艺，同时可避免底冠与饰面瓷结合的全瓷修复体发生崩瓷等风险，因此在临床上逐渐广泛应用。与其他全瓷体系比较，全锆修复体的半透明性不高，美观性能较差，限制了其在前牙区等的使用。如何改善氧化锆陶瓷的半透明性成为近年来口腔材料基础研究、厂家、技工和口腔医师共同关注的焦点。

氧化锆陶瓷的机械性能和光学性能与材料的化学组成与微观结构息息相关，近年的相关研究表明，通过控制烧结前氧化锆粉体的粒度、稳定剂添加量，优化烧结程序，可改变氧化锆的晶相结构，从而影响其机械强度和半透明性。从传统的几乎完全阻射的氧化锆，只能应用于全瓷底冠的制作，到目前出现的很多半透明性很高的口腔氧化锆产品，可用于前牙单冠、贴面等美学修复，氧化锆系统众多，对其进行归类分代，有利于氧化锆的基础研究和指导临床应用。

根据氧化锆的组成及微观结构，我们将氧化锆全瓷材料分为以下四代：

1.第一代传统氧化锆陶瓷（白色氧化锆）

在10多年前，四方相氧化锆因具有非常良好的机械性能成为主流的口腔修复陶瓷，特别是计算机辅助设计与制造技术（CAD/CAM）在口腔中的普及和应用，可对氧化锆烧结收缩进行数字化补偿，修复体的尺寸控制更加精准，使全瓷修复技术迅猛发展。由于这种氧化锆陶瓷多呈白色，我们将其称为白色氧化锆。

白色氧化锆全瓷材料多采用3mol% （5.2wt%）氧化钇作为稳定剂，添加0.5～1.0wt%的氧化铝作为助熔剂，主晶相为四方相氧化锆（3Y-TZP），晶粒尺寸为0.5～1.0µm。在这个多相多晶的陶瓷结构中，由于氧化锆的折射率（2.20）较大，与玻璃基质的折射率（1.50）不匹配，晶体的大小大于入射光的波长，此外非立方相氧化锆晶体本身为双折射晶体，入射光在晶界、气孔、添加剂等处发生散射，因此这种传统氧化锆陶瓷材料的半透明性差，对光表现为较高的阻射。但是因其主晶相3Y-TZP具有相变增韧效应，第一代氧化锆全瓷材料具有高强度和高断裂韧性，弯曲强度一般高达1 000～1 500MPa，断裂韧性为3.5～4.5MPa·m1/2。

白色氧化锆通常作为全冠或全瓷桥修复的底冠材料，结合烧结表面饰面瓷获得较好的美观效果，可用于前、后牙单冠及固定桥的修复，因存在氧化锆底冠与饰面瓷匹配结合的问题，以及崩瓷的风险，崩瓷发生率甚至比烤瓷熔附金属全冠修复体还高。目前白色氧化锆有逐渐被淘汰的趋势。

该类氧化锆陶瓷有代表性的产品包括Lava Frame、KaVo Everest ZH、Vita YZ T、Zenostar MO等。

2.第二代氧化锆陶瓷（高透氧化锆）

为了提高传统四方相氧化锆陶瓷的光学性能，通过减少氧化铝助熔剂的量，并适当提高烧结温度以减少陶瓷材料内的残存气孔，使氧化锆基本实现致密化烧结，可以适当提高其半透明性，这种氧化锆为第二代氧化锆陶瓷，也称为致密烧结四方氧化锆陶瓷，我们将其称为高透氧化锆。

该系列氧化锆全瓷材料采用3mol%（4～6wt%）氧化钇作为稳定剂，氧化铝的添加量减少至1.0wt%以下，或几乎不添加，主晶相为四方相氧化锆（3Y-TZP），晶粒尺寸为0.5～1.0µm，立方相氧化锆低于15%，半透明性比第一代有所改善。研究表明，厚度1.0mm的高透氧化锆TP值（表示材料透光性的指标）为15～20，机械性能良好，弯曲强度为900～1 300MPa，断裂韧性为3.5～4.5MPa·m1/2。

第二代氧化锆全瓷材料可用于后牙区的全锆冠、前牙区的全瓷修复体底层冠，前、后牙三单位或四单位桥，其半透明性有待进一步提高。

该类氧化锆陶瓷的代表性产品包括Prettau Zirconia、Bruxzir Zirconia BRX、Wieland Zenostar Translucent ZEN、Vita YZ HTWhite and color、ICE Zircon ICE、Lava Plus、Cercon HT等。

3.第三代氧化锆陶瓷（超透氧化锆）

立方相氧化锆可以明显提高氧化锆材料的半透明性，改善其光学性能，因此在第三代氧化锆陶瓷中加入了更多的稳定剂氧化钇，使在最终烧结获得的全锆材料中立方相氧化锆晶粒的含量升高，另一方面四方相氧化锆的含量下降，应力诱导相变增韧效应削弱，因此材料的强度和韧性明显下降。这一类的氧化锆具有四方相氧化锆和立方相氧化锆晶体组成的双相微观结构，其透光性得到较大改善，我们将其称为超透氧化锆。

超透氧化锆全瓷材料采用4～5mol%氧化钇作为稳定剂，氧化铝的添加量为0.11～0.26wt%，或几乎不添加，立方相氧化锆晶体的含量大于25%，甚至大于50%，其他晶相主要为四方相氧化锆，材料的半透明性明显提高，达到超透效果。有研究表明，厚度1.0mm的超透氧化锆试件TP值达到30左右，但同时机械性能明显下降，弯曲强度为500～800MPa，断裂韧性为2.2～3.5MPa·m1/2。

第三代氧化锆全瓷材料因光学性能良好可以用于前牙单冠和桥、前牙贴面的制作，但最新的研究表明该类氧化锆在前牙区使用5年内失败率大于2%，对于一些微创型修复体如贴面、嵌体、高嵌体的使用还需要进行临床评估，因此对此类材料的广泛使用还需进一步研究。

该类氧化锆陶瓷的代表性产品包括Katana High Translucent KAT、KATANA STML、Zpex Smile、IPS e.max ZirCAD MT、Zenostar MT、Lava Esthetic、Cercon xt。

4.第四代氧化锆陶瓷（特透氧化锆）

在第三代氧化锆陶瓷的基础上再适当提高稳定剂氧化钇的含量（大于5mol%），立方相氧化锆晶体成为主晶相，因此半透明性非常好，我们将其称为特透氧化锆。同时由于其四方相氧化锆晶体含量低，缺乏相变增韧的机制，强度和韧性不高，在烧结冷却的整个温度范围内都较少发生相变，材料几乎没有体积变化，故也有人将其称为全稳定氧化锆。

特透氧化锆全瓷材料采用大于5mol%（9～12wt%）的氧化钇作为稳定剂，氧化铝含量为0～1wt%，或几乎不添加，立方相氧化锆晶体的含量大于70%，四方相氧化锆晶体含量低于30%，材料的半透明性非常高，达到特透效果。有研究表明，厚度1.0mm的特透氧化锆TP值达到35以上，一般弯曲强度为500～600MPa，断裂韧性为2.2～2.7MPa·m1/2。

第四代氧化锆全瓷材料的半透明性几乎与玻璃陶瓷接近，美观性非常好，常用于前牙单冠和贴面修复。

该类氧化锆陶瓷的代表性产品包括Prettau Anterior PRTA、KATANA UTML等。

在以上四代氧化锆全瓷材料的基础上，近些年多个材料厂家又推出了颜色渐变的多层色氧化锆，通过厂家的预染色技术，避免了制作时修复体内染色不均的问题，试图让全锆修复体的颜色修复效果更逼真自然，但如何使这种多层色氧化锆全瓷修复体满足更多牙齿个性化美学效果的需求，仍需要进一步探索和研究。

根据氧化锆材料的临床适应证进行简化分类，可以将氧化锆分为白色氧化锆、牙本质氧化锆和牙釉质氧化锆。

1.白色氧化锆　白色氧化锆即传统氧化锆，具有很高的强度和断裂韧性，几乎不透光，可遮住变色基牙和金属桩核颜色，同时可以制作多单位前后牙长桥。

2.牙本质氧化锆　牙本质氧化锆即上面分代中的第二代氧化锆，具有一定的透光性，同时强度并没有明显降低。这种氧化锆通过染色技术具有类似于牙本质的颜色，多用于涉及牙本质缺损的牙齿修复，故称为牙本质氧化锆。其可用于制作后牙全锆冠、前牙氧化锆全瓷冠的底冠、前后牙桥等。

3.牙釉质氧化锆　牙釉质氧化锆即上面分代中的第三、第四代氧化锆，文献中称透明氧化锆。此种氧化锆具有与传统氧化锆完全不同的组成，主晶相主要为透光性良好的立方相氧化锆，多用于前牙美学区涉及牙釉质缺损的修复，故称为牙釉质氧化锆。其可用于前牙贴面、咬合力不大的前牙单冠的修复。

目前氧化锆全瓷材料的分类尚无公认的统一标准，不同厂家的高透、超透等的叫法比较混乱，我们在这里试图探索统一叫法，有利于临床和制作部门的交流。目前常用氧化锆的种类汇总见表1-4-1。

纵观目前口腔氧化锆陶瓷材料的发展，基本体现了如何在强度和半透明性之间取得平衡的思路。医师希望获得半透明性美观效果的同时又保证一定的强度，满足口腔咀嚼的需要，这对于材料来说仍然是一个值得深入研究的课题。近年来有研究提出，通过控制晶体尺寸至纳米级来提高透光率，这对于初始粉体粒度及烧结程序控制晶体长大提出了更高的要求。此外，还有研究提出通过表面玻璃渗透形成梯度氧化锆材料，或结合压铸饰瓷来提高其美观效果。随着高透、超透氧化锆材料的出现，氧化锆陶瓷用于前牙区的美学修复，如何提高氧化锆陶瓷修复体的粘接效果也成为目前研究的热点。多层色全锆修复体也许是未来发展的方向，通过材料学的研究和临床应用的不断完善，期待能研发出更理想的氧化锆陶瓷材料。

二、玻璃陶瓷材料

玻璃陶瓷是目前临床常用的美学修复材料之一，包括Empress、Empress 2、e.max系列的铸瓷，Incream Spinall渗透陶瓷，Mark Ⅱ Block切削陶瓷等产品。其中，热压铸瓷材料简称铸瓷应用最多，它采用注射热压工艺将陶瓷在高温下加压注入型腔制作完成全瓷修复体。热压铸陶瓷技术是1983年首先由瑞士苏黎世大学研制成功，1987年由义获嘉公司推出IPS Empress（2SiO2-Li2O）并应用于临床。早期的热压铸瓷材料主要为白榴石强化陶瓷，弯曲强度仅为120MPa左右，故很快淘汰。1988年推出IPS Empress 2，其主晶相为二硅酸锂，约占60%体积比，晶体细小，长0.5～5µm，热压处理后的热压铸陶瓷弯曲强度可达350MPa。2005年在对配方和工艺进行改进后推出了IPS e.max Press材料（Li2SiO3），2006年推出了适用于CAD/CAM技术的IPS e.max CAD材料，2009年Empress 2退市。目前常用的玻璃陶瓷材料主要是IPS e.max CAD和IPS e.max Press，分别采用切削成型和压铸成型。

玻璃陶瓷由玻璃基质和不同晶体物质共同组成，晶体可以增强玻璃的强度和韧性。不同产品的结晶相不同，即晶体的化学组成和结构不同，性能也有所不同。通常玻璃陶瓷都具有良好的透光性，结晶相使光线发生与天然牙类似的散射现象，同时在深部也能产生乳白色半透明效果，并且还可以通过加入不同比例的金属氧化物来调整材料的颜色，因此美学效果很好。玻璃基质陶瓷的强度较其他陶瓷差，长石玻璃陶瓷、云母玻璃陶瓷、白榴石玻璃陶瓷的弯曲强度均低于200MPa，一般都需要通过足够的厚度来保证足够的强度，因此通常采用适当颜色的材料直接制作整个嵌体、贴面或全冠等修复体，之后通过表面染色进行修饰。二硅酸锂加强玻璃陶瓷和镁铝尖晶石玻璃陶瓷的弯曲强度达到400～500MPa，可以用其制作基底冠，再通过烧结饰瓷完成最终的修复体，获得更具有个性的美学效果。由于玻璃陶瓷材料的良好半透明性，所以特别适合修复牙体比较透明的患牙。

玻璃陶瓷的另一个重要特征是可以和树脂粘接剂形成有效的化学粘接，从而大大提高粘接强度，因此采用玻璃陶瓷材料修复时，对于修复体的机械固位要求较低；而其他所有类型的全瓷材料都不能形成真正的化学粘接，所以对修复体的机械固位要求较高。

玻璃陶瓷目前的代表产品有IPS e.max CAD和IPS e.max Press，其具有广泛的适应证，包括超薄贴面（0.3mm）、贴面、贴面、嵌体、高嵌体、部分冠，前牙区及前磨牙区单冠或三单位桥，种植上部结构，混合支持式的基牙和冠等，该类修复体还具有长期稳定的临床效果，与天然牙最匹配的美学效果，粘接方式多样，如自粘接、传统全粘接等，因此玻璃陶瓷的基础研究与临床应用前景广阔，是美学修复的主流材料。