飞秒激光诱导氧化锆陶瓷微结构及对其粘结性能的影响

摘要

目的:研究飞秒激光加工对氧化钇稳定四方氧化锆多晶陶瓷(Y-TZP)表面微结构及其与自粘型树脂水门汀粘接性能的影响。方法:选取120例烧结氧化锆陶瓷试件随机分为6个研究组,分别对其进行如下处理。A组:对照组,不做处理;B组:氧化铝喷砂;C~F组:表面飞秒激光线性沟槽加工,加工重复次数分别为2、4、6和10次;激光共焦显微镜(CLSM)观察3D形貌及测量沟槽深度,原子力显微镜(AFM)测量表面粗糙度Ra,X射线衍射仪(XRD)分析表面晶相组成,扫描电镜(SEM)观察微观组织,电子万能试验机测试老化(5±1)℃和(55±1)℃的水中交替浸泡5000次,每次30 s前后氧化锆陶瓷与自粘型树脂水门汀的剪切强度,体式显微镜下观察断裂模式;采用SPSS 19.0对所得结果进行单因素方差分析及多重检验。结果:飞秒激光在氧化锆表面扫描2、4、6和10次后,可以得到~30μm、~50μm、~60μm、~70μm深的规则V型沟槽,其表面粗糙度随激光扫描次数的增加而增加;激光表面处理不会导致表面晶相转变;微观组织显示,激光处理后,氧化锆陶瓷基体无陨石坑、孔洞、嵴状突起等缺陷,但过多的扫描次数(10次)可见熔铸层堆积;陶瓷表面V型沟槽增加了表面积的同时,与树脂形成互锁结构,其剪切强度从A组(对照组)与B组(喷砂组)的3.68 Mpa和4.87 MPa,提高至17.78 MPa(C组),22.5 MPa(D组),27.4 MPa(E组)和27.54 MPa(F组),且老化后的剪切强度仍为对照组5倍以上;其断裂模式由对照组与喷砂组的完全粘结破坏转变为内聚破坏和混合破坏;激光处理后的氧化锆陶瓷抗弯强度为457.73 MPa(E组),满足临床应用要求。结论:飞秒激光加工是氧化锆陶瓷表面改性的理想方法之一,合理的微结构设计可以显著提高与自粘型树脂水门汀结合强度,同时具备较好的抗老化性,可替代喷砂等传统的表面处理方法,以延长牙列缺损修复使用寿命。