磁钛表面磁控溅射构建功能性梯度涂层对钛瓷结合的影响

钛以其优良的生物相容性、耐腐蚀性、理想的物理和机械性能以及相对低廉的价格而被日益广泛地应用于口腔种植体、义齿铸造支架及冠和固定桥义齿的制作。但由于钛与瓷之间结合力低于传统贵金属以及贱金属烤瓷系统,使钛烤瓷修复体在临床上的广泛应用受到限制。目前认为导致钛-瓷结合力较差的原因有以下两点:在烤瓷烧结高温条件下在钛表面生成一层过厚的、疏松多孔且缺乏粘接力的氧化膜;钛-瓷之间热膨胀系数不匹配所产生的热应力。目的:本研究采用磁控溅射法在纯钛表面分别构建两种氮化物单层涂层（ZrSiN涂层和Si₃N₄涂层）和两类梯度涂层（ZrSiN和Si/Si₃N₄/ZrSiN梯度涂层）以控制钛表面在烤瓷烧结高温条件下过度氧化,缩小钛/瓷之间热膨胀系数的不匹配、“缓冲”热应力。材料与方法:本研究在纯钛表面采用磁控溅射法镀膜,扫描电镜（SEM）及能谱分析（EDS）观察涂层的形貌及构成,俄歇电子能谱分析梯度涂层的成分变化,并采用三点弯曲方法检测钛瓷结合强度。结果:扫描电镜下可见磁控溅射所形成的四种涂层（ZrSiN涂层、Si₃N₄涂层、ZrSiN梯度涂层、Si/Si₃N₄/ZrSiN梯度涂层）均呈现片层状、伴有稀疏的微小孔隙,四种涂层都不完整、均一。三点弯曲结合强度测试结果表明两种氮化物单层涂层（ZrSiN涂层和Si₃N₄涂层）以及ZrSiN梯度涂层都能显著提高钛瓷结合强度（P<0.05）;其中两种氮化物单层涂层之间无显著性差异（P>0.05）;高Si含量的ZrSiN梯度涂层显著高于低Si含量的ZrSiN梯度涂层（P<0.05）;低N含量的Si/Si₃N₄/ZrSiN梯度涂层显著提高钛瓷结合强度（P<0.05）,高N含量的Si/Si₃N₄/ZrSiN梯度涂层较对照组无显著性差异（P>0.05）。扫描电镜及能谱分析显示两种氮化物单层涂层都能有效阻挡钛表面氧的扩散;两种氮化物单层涂层钛瓷之间断裂模式为瓷层内部与氧化层内部的混合断裂;ZrSiN梯度涂层钛瓷之间断裂模式为瓷层内部与涂层内部的混合断裂。俄歇电子能谱分析证实ZrSiN梯度涂层中N元素分布和Si/Si₃N₄/ZrSiN梯度涂层中Si元素分布均呈梯度性变化。结论:两种氮化物单层涂层（ZrSiN涂层和Si₃N₄涂层）以及两种不同Si含量的ZrSiN梯度涂层均能有效改善钛瓷结合;低N含量的Si/Si₃N₄/ZrSiN梯度涂层尽管能提高钛瓷结合强度,但不利于瓷粉的烧结;高N含量的Si/Si₃N₄/ZrSiN梯度涂层无法改善钛瓷结合。