铸钛修复技术
出处：按学科分类—医药、卫生 河北科学技术出版社《美容医学临床手册》第304页（4505字）
钛是20世纪40年代末才开发应用的一种崭新的工程材料，具有密度小、机械工艺性能优良及生物相容性卓越等优点，现已广泛应用于航空航天、航海、化工、冶金、机械、制药、医学等领域。在口腔医学中，首先用于牙种植，以后又用于义齿支架、冠桥和正牙丝。不少学者预测钛及钛合金是21世纪口腔修复的主要金属材料，因此能否用钛制作义齿部件是衡量口腔修复是否达到20世纪90年代新水平的重要标志。
用钛及钛合金制作口腔修复体的加工方法可分为冷加工和热加工2种。冷加工包括切削、电火花蚀刻等，而热加工主要有铸造、焊接和烤瓷，目前最为常用的方法是精密铸造。以下就铸钛修复技术做一简介。
【临床应用】
由于钛的熔点高，又极易氧化，故钛及钛合金的齿科精密铸造是近20年才发明、发展起来的。1978年日本最早用铸钛技术加工义齿部件获得成功。80年代，美国、德国和意大利也生产出齿科专用铸钛机。我国第四军医大学口腔医学院于1995年研制出第一台国产齿科精密铸钛机。目前，铸钛技术已应用于临床，可以直接铸造制作人造冠桥、嵌体、可摘局部义齿支架、全口义齿腭基托等，也可铸造成牙盖帽(coping)后表面用树脂作罩面或烤瓷来作冠桥修复。
【铸钛修复体的优点】
(1)优良的机械性能，强于金合金、镍铬合金和钴铬合金。纯钛的硬度适中，介于牙本质和牙釉质的硬度之间。延展性良好。纯钛的硬度、弹性模量和强度都相当于美国牙医师会(ADAS)金合金的Ⅲ、Ⅳ型，而金合金是目前口腔界公认的各方面性能都很好的铸造用合金。钛的比强度(抗拉强度／密度)高，仅次于玻璃纤维等一些高强化聚合物，是铝的1．3倍、钢的1．5倍，在－253～600℃范围内，它的比强度在金属材料中几乎最高。钛合金，如Ti－20Cr－0．2Si合金和Ti－25Pd－5Cr合金的抗拉强度、伸长率及回弹性较纯钛高，永久变形小，最适于铸造卡环和基托。
(2)高度的耐腐蚀性，可与纯金相媲美。在高温下钛的化学性能活泼，极易与氧、氨、碳、氢等元素化合，形成稳定的化合物。钛的表面常有一层高度致密的膜，就是氧化钛和氮化钛。钛的新切面只要在空气中暴露lms(millisecond)，即形成10μm厚氧化膜，lmin后增至5～10μm。钛表面的氧化膜对钛有保护作用，可抵御电化学的侵蚀，因此钛有良好的耐蚀性。
(3)杰出的生物相容性，这是钛能在医学领域广泛应用的最重要的特点。已有实验和实际病例证明，钛不会引起局部或全身的不良反应。它的细胞毒性明显低于铬、钴和镍。可认为钛无毒或其毒性极其轻微。钛植入骨内能与骨组织形成骨整合(osseointegration)。
(4)密度小、强度高，可制成薄、轻修复体。其密度为4．5g／cm3，与人体骨的密度近似，约为金合金(19．3g／cm3)的1／4，钴铬合金(8．5g／cm3)的1／2。
(5)钛的热导率〔15．07W／(m·k)〕低于金合金、钴铬合金和镍铬合金，仅为金合金的1／17。因此钛制的嵌体、人造冠桥有保护牙髓组织免受冷热刺激的优点。热膨胀系数仅为8．2×10－6／℃。
(6)钛有X线穿透性。X线照片可显示钛制人造冠内牙体组织的病变，这是镍铬合金、钴铬合金及不锈钢制作的人造冠所不具备的优点。
(7)钛无磁性，即使在很强的磁场下也不被磁化。
【铸钛修复技术存在的问题】
1．钛及钛合金污染
钛的化学性质活泼，因此钛及钛合金的铸造体易被污染。钛在高温熔铸时，首先钛液与氧发生反应，在铸造体表层形成过厚的氧化膜，在表层下生成高浓度的污染层，在铸造体内部氧的固溶量增加。其次是与包埋材料反应，表现为在铸造体表层与包埋材烧结，使铸造体表面粗糙，在表层下则依铸造条件不同而产生数百微米的污染层，如用显微镜观察其断面，可以看到在铸造体表层有一针状结晶层，该层厚度的大小与反应的程度成正变关系，其性质既硬且脆使弹性及延展性明显下降，因此铸钛修复体具有脆裂的危险。
上述的污染问题均可使钛的纯度下降、性能劣化。如单纯地应用机械磨除的方法来解决则势必影响铸造体的适合性，导致铸件与原模型不贴合。对表面光洁度的影响也很大，精细部分表现力差。
2．钛及钛合金的铸造缺陷问题
钛及钛合金铸造体易产生铸造缺陷，在铸造体内部形成特有的气孔。就其产生原因有很多见解，到目前为止还没有一个统一的结论。较为普通的看法是：钛的熔点高，凝固时间短，因此要求钛液铸入的时间更短，为达此目的就要加大铸造压力，其结果是钛液过早地流入铸型，极易产生气体卷入，而使铸造体内部产生气孔。
3．铸钛修复体研磨性能差
钛的研磨费时费力，研磨效率低，研磨材料消耗大，污染环境，易与研磨材发生反应，表面难于磨光形成光亮的镜面状，因此需要特殊的研磨技术。
4．钛及钛合金烤瓷性能尚不如镍铬合金
钛及钛合金铸造体表面都有一层氧化膜，烤瓷材料也主要是由氧化物构成，其界面可以发生化学结合，因此有较好的结合性，但目前尚不如镍铬合金。
【铸钛修复体的制作】
钛及钛合金铸造修复体的制作方法和步骤基本上同钴铬合金铸造。但由于钛的铸造性能、物理性能明显有别于钴铬合金，因而在熔模厚度、铸道的设置方法以及铸造方法等方面有其特殊的要求。以下仅就其特点做一简述，与钴铬合金带模铸造相同的情况不再赘述。
1．工作模型的准备
2．翻制耐火材料模型
(1)翻制工作模型的阴模。
(2)灌注耐火材料模型。
3．制作熔模
要求熔模厚度为0．5～0．8mm。
4．设置铸道
由于钛的密度小，同时钛金属冷却凝固的特殊性，钛铸造熔模的铸道设置就显得尤为重要。铸道设置时必须采取粗铸道、复数铸道的形式，铸道的直径应选择不细于4mm的蜡线来形成。铸道的数量以3～4根为宜。铸道的安插方法可以采取平行插法，亦可采取侧插法。铸道与熔模相连接处呈扁平状，数根铸道应集中于一起，以利于液态金属的铸入。由于铸造时是采用室温铸造，因而可以不考虑热中心对铸件的影响，但铸道不能有直角出现，且不宜过长。
5．制作铸型
要求铸型有一定的强度，且能够从铸型的底部及四周抽吸空气，从而可利用真空吸引使液态金属流入铸型内，因此必须采用无圈式铸型。
(1)内包埋。由于磷酸盐包埋料在与高温液体钛相接触时，包埋料中的氧极易与液体钛发生反应形成氧化钛，影响铸件的质量，所以必须先用不易与液体钛发生反应的材料作为熔模的内层包埋。该材料是由液体、粉及砂所组成，包埋方法同硅酸乙酯包埋。
(2)外包埋。当熔模内包埋完成后，取大小适宜的有机玻璃圈套入底座上，按厂商提供的钛铸造用包埋料的粉、液调和比调拌包埋料，在振荡器的振荡下注入有机玻璃铸圈内。然后将内包埋后的熔模垂直插入包埋料中，并使铸道口位于铸型的中央部位，铸型上部为一平整的平面。当包埋料开始产热发生初凝时，取下底座及铸圈，至室温下自行完全结固。包埋1h后即可进行烘烤和熔烧。
(3)铸型的烧烤。
6．铸造
采用齿科精密铸钛机，具体方法如下：
(1)放置钛或钛合金于坩埚内，并调整好电极与钛材间的距离。
(2)放置焙烧后的铸圈于铸造室，并固定好位置。
(3)排气，使二室达到真空状态。
(4)熔解室充低压氩气。
(5)引电弧，熔化钛材。
(6)二室再次排气0～1s。
(7)铸造室继续排气，熔解室加高压氩，与此同时坩埚分裂成二瓣，熔化的钛液进入铸模腔。
(8)充氩、排气停止，铸造完成。
熔解室排气和充低压氩，目的是防止钛的氧化。熔解室充高压氩，是为了形成铸造压力，铸造室抽成真空是借负压吸引提高铸造性。
7．铸钛件的清理及磨光
(1)表面清理。
(2)切除铸道及排气孔。
(3)铸件的磨平。
由于钛的热导率低于钴铬合金，易发生过热现象，从而造成研磨性硬化现象。因而钛铸件磨平时应使用产热性小、不含氧化物的磨头；研磨的面积应小，故多采用小型磨头；研磨的速度不宜快，应采用低速，以确保在研磨过程中不使钛铸件产生硬化现象。
8．钛铸件的抛光