鈦在牙科材料上應(yīng)用：

對鈦及鈦合金作為生物硬組織替代材料進行了大量的研究。作為牙科材料正在探討鈦在鑲嵌體、齒冠、橋接材、義牙床、人工牙根等植人材方面的應(yīng)用。日本還積極研究鈦的精密鑄造牙科制品。

日本工業(yè)技術(shù)院名古屋技術(shù)研究所正致力于鈦作為牙科材料的應(yīng)用研究。主要進行鈦整體義牙床等的超塑成形、利用超塑性使羥基磷灰石粒子與鈦合金的接合以及Ti-Si，Ti-B等合金的開發(fā)等。

鈦合金整體義牙床的超塑成形：

該研究所對鑄造裝置、失蠟材等進行了改進，用失蠟精密鑄造法進行了鈦修補用品的試制，但對義牙床，要求其輕量薄壁，而且其形狀要與每個患者口腔形狀在大面積范圍內(nèi)都一致，因此，其鑄造比牙科用合金的鑄造更加困難，需要更熟練的技術(shù)和操作。

為此，用均質(zhì)且性能穩(wěn)定的Ti―6Al―4V，純鈦或者Ti-4.5Al―3V―2Fe―2Mo（NKK，SP―700）鈦板為材料，用超塑性成形方法試制了上顎用整體義牙床。超塑性成形方法由于模具與被加工材之間的接觸時間長，有時會在被加工材表面產(chǎn)生反應(yīng)層，需在后續(xù)加工中除去。而且，義牙床厚度在毫米級以下，要求與患者口腔完全貼合成形，所以成形模材必須選擇與鈦盡量不反應(yīng)的材料，且成形模的制作要簡易。如，若能用與牙科技師熟悉的類似石膏模這種方法來制作成形模，就可能在實際的治療現(xiàn)場應(yīng)用。研究了成形模材料各種氧化物的組配，開發(fā)了以CaO―55ZrO2―15TiO2的混合粉末加入15%MgCl2和甲醇混合，成形固化后，在1423K燒結(jié)制成的成形模。以厚0.55mm的Ti―6Al―4V合金板和0.28mm的JIS2類純鈦板為被加工材，用凹凸一對成形模夾持后，在真空熱壓爐中于l123K溫度、壓頭0.1mm／min的移動速度壓下，隨著成形的完成，上下模接觸使壓力上升，在相當于2MPa的壓力下保持5min后爐冷，制得了良好的整體義牙床。這種方法存在的問題是成形模中含有Ca和Mg的氧化物，因而有吸濕性。為此，必須嚴格進行作業(yè)環(huán)境的濕度管理，成形模也不能在空氣中長期保存。

試驗用石膏作粘合劑，以30%石膏和氧化硅，用水混合于1473K下燒結(jié)制得凹凸一對成形模，這種成形模是由氧化鈣和硅酸鈣組成的，比單純的氧化硅對鈦的反應(yīng)要小，而且這種組成與CaO―SiO2系玻璃相似，可期望具有生物親和性。

采用SP―700，其超塑成形溫度比Ti－6Al―4V合金的低100K，即可在998K下以0.1mm／min的速度壓下成形，在壓力上升至約7MPa時熱壓終了，爐冷即可。俄歇電子譜分析表明，998K下加工的SP―700表面的滲氧層深度在0.1μm以下，比一般牙科鑄件表面反應(yīng)層100μm～500μm要低得多，這樣制得的義牙床，只要去邊，就可裝上樹脂部分及義牙使用。

用這種超塑成形法還試驗了在人工牙根（板式人工牙根）上的應(yīng)用，制得的人工牙根手術(shù)時不需在顎骨上打孔，而是采用與顎骨表面形狀貼合的板式結(jié)構(gòu)，因而咬合負荷能夠分散到較大的面積上，但這種板式人工牙根的底部成形困難，至今尚未實際應(yīng)用。

利用超塑性使羥基磷灰石與鈦合金的接合：

為使生物材料具有生物活性，需要開發(fā)新的表面改性方法，為此利用鈦合金的超塑性，用適當粒徑大小的羥基磷灰石壓人其表面，使鈦合金表面改性而具有生物活性。采用這種方法，可使羥基磷灰石粒子與鈦合金表面結(jié)合牢固，不易剝離，而且通過對壓人粒子數(shù)量的調(diào)整，可以得到與骨適合的結(jié)合強度。

在SP―700合金板上涂上極薄一層真空硅脂，再涂敷羥基磷灰石粒子后，用兩塊氧化鋁板夾持，置于超塑成形實驗用的真空熱壓爐中，在l023K，0.1mm／min速度下，在一定壓力下保持l0min.結(jié)果表明，當壓力為8.5MPa時，羥基磷灰石壓入深度相當于粒子直徑大小，增加壓力至17MPa時，鈦合金在粒子上發(fā)生塑性流動而把粒子包裹住，使羥基磷灰石與鈦合金表面牢固結(jié)合醫(yī)|學(xué)教育網(wǎng)收集整理。還試驗成功了在SP―700合金板上用純鈦板濺射涂層后再壓人羥基磷灰石的方法，以防鈦合金中合金元素在生物體中的溶出。現(xiàn)在這種技術(shù)正被研究用于各種形狀和尺寸的實際植入材料中，如人工牙根等。

3Ti―Si，Ti―B合金的開發(fā)：

為了開發(fā)不添加毒性合金元素、且適合于牙科鑄造的新型鈦合金，選擇了硅和硼作為合金元素。硅和硼的化合物耐化學(xué)腐蝕、硬度高而脆，若得到這些化合物微量細小析出的合金組織，可望提高鈦的力學(xué)性能。就元素毒性而言，硼的攝取量每天為4g時對人體有毒，而硅對哺乳動物幾乎無毒。相對于鐵的攝取量每天為200mg對人體有毒來說，硼的毒性僅為鐵的1／20，所以應(yīng)該不會產(chǎn)生毒性。

用鈦、硅、硼單體粉末按所規(guī)定的比例混合壓制，采用牙科用氬弧鑄造裝置熔煉、鑄造，對制得的合金進行力學(xué)性能試驗和組織觀察。結(jié)果表明，對TiSi二元合金而言，硅的添加使合金中鈦的晶粒細化，鈦與硅反應(yīng)形成Ti5Si3析出物，合金的強度大幅度提高。當硅的添加量為0.5%～2%時，合金的延伸率幾乎與鈦一樣，當硅的添加量超過2%時，其延伸率大幅下降，合金呈現(xiàn)脆性，而維氏硬度隨硅的添加量增大而增大。對TiB，Ti―Si－B合金而言，合金中的析出物為TiB，它使合金中鈦晶粒細化，Ti―B合金強度是純鈦的2倍。當硼添加量至0.2%時，合金延伸率提高，而Ti―B―0.5Si的延伸率比Ti－0.5Si合金還好。因此，微量添加硅和硼，使鑄造鈦的強度、延伸率和硬度得到明顯改善。由于所用鈦粉原料中氧和氮的含量比JIS2類純鈦的高約2倍，所以工業(yè)純Ti－B比Ti-B的強度低，延伸率高，為了得到更好的力學(xué)性能，控制Ti－Si，Ti―B合金中氧、氮含量也很重要。今后也可考慮采用氧、氮含量低的TiB，TiSi合金熔煉錠為原料，探討其鑄造的可能性，以使這種合金具有更好的力學(xué)性能。