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激光焊接技術在PFM上的應用

2011-11-13 返回列表

焊接是指通過適當的物理化學過程使兩個分離的固態物體產生原子(分子)間結合力而連接成一體的方法。牙科應用焊接技術制作修復體已有一百多年的歷史了。以往采用的焊接方法為焊料焊接,如金焊、銀焊。這些傳統的焊接方法具有加熱時間長、熱變形大、且易產生氧化、焊接點簿弱、操作繁瑣等諸多缺點,已不能滿足現代口腔修復的要求醫學教育網搜集整理。目前,已有研究將工業上應用的幾種焊接技術引入口腔修復學領域,如激光焊、氬弧焊、紅外線焊、等離子弧焊、真空電子焊等。這些現代焊接技術極大地提高了焊接的質量和焊接的精度,在口腔修復制作中有著廣闊的應用前景。其中,激光焊接在1970年被GordenT.E引入牙科,以其精確、快速、衛生、高效、操作簡便等突出優點逐漸廣泛地應用于臨床。

1.激光焊接的工作原理

激光焊接的能源為高密度的單色光電磁能,通過聚焦作用于一個微小的區域(如焊件接縫),轟擊金屬,使之熔化,然后冷卻,凝固在一起。激光束聚焦后光斑直徑可小至0.01mm,能量密度可高達109w/cm2,熱量集中。
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目前臨床上常剛的激光源為Nd:YAG(釹:釔鋁石榴石)。為不使焊件在高溫下被氧化,焊接一般要求在氬氣保護下進行。

2.激光焊接的優越性與不足
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2.1與傳統的焊接技術相比,激光焊接具有明顯的優勢。
2.1.1激光束能量密度高,穿透性強,特別適合于鈦等難熔合金的焊接。
2.1.2焊接可在玻璃制成的密閉容器內進行。在高純度氬氣的保護下,最大程度的避免了氧化及污染,提高焊縫質量。
2.1.3激光束經聚焦后,可精確定位于焊接部位,加熱范圍小,熱影響區小,因此焊接變形小,可獲得高質量的精確的良好外形。

2.1.4激光束可通過光學方法進行彎曲、偏轉、聚合等傳輸,特別適合于微型焊件及到達性很差部位的焊接。
2.1.5激光焊接無需中間焊料,兇而減小了由于焊接而降低新焊接部位的耐腐蝕性。
2.1.6激光束小受磁場區的影響。

2.1.7焊件小需包埋,因而省時、快速。
2.1.8操作簡便,不需專業培訓。
2.2激光焊接的不足之處
2.2.1激光熱源為單色高亮度光束,其穿透力有限,有學者在焊接鈦等難熔金屬時,就發現鐵棒中份大部分末焊透,有形成天然裂縫的缺陷,直接影響焊接接頭性能,可能導致修復失敗。
2.2.2激光的溫度高,能量集中,有時選擇合適焊接參數比較棘手,如電壓過高會導致金屬氣化飛濺;電壓過低會導致熔不透金屬以至假焊。激光焊接CW-PA烤瓷合金的適當參數足305V,20ms。

3.激光焊接技術的臨床應用

3.1激光焊接技術的應用范圍

激光焊接可用于口腔修復、種植、正畸等臨床學科的很多方面。例如:多單位FPD冠橋的焊接;普通FPD金瓷冠橋的焊接;種植體支架及其上部結構的焊接;RPD支架焊接;CAD/CAM修復體的焊接冠橋修復體穿孔、破裂的修補;觸點外形的恢復;鑄造缺陷的彌補等各個方面。

3.2臨床激光焊接機的機型

目前,應用于臨床的激光焊接機已較為普遍。如日本出產的ML-2220A型,德國出產的DL-2002型,國產的有武漢的JH-VLA型等,臨床應用效果理想。

3.3激光焊接應用于非貴金屬烤瓷合金的工藝研究

目前,國內多數烤瓷合金為非貴金屬烤瓷合金,主要是鎳基合金,Cw-PA就是其中之一。非貴金屬烤瓷合金價廉物美,應用廣泛。實驗證明,激光焊接的非貴金屬烤瓷合金件在強度、精度、抗腐蝕性等方面都能滿足臨床的需要。

3.3.1激光焊接的質量分析

焊接質量的分析可從多個方面進行,如焊件外觀的形態觀察;熔區(FZ)及熱影響區(HAZ)的寬度;力學性能;金相學分析;電子顯微鏡斷口分析等。

激光焊接的烤瓷合金件外觀平直,熔區光亮,無裂紋及氣孔產生。熔區寬度僅為1.25-1.9mm左右,幾乎觀察不出熱影響區。力學性能分析:焊接部位的抗拉強度與母材相近。電鏡及金相學觀察顯示,直徑3mm的部件熔深可達全層,完全焊透。這些表明激光焊接的烤瓷合金件性能良好,完全達到了臨床修復的要求。

3.3.2激光焊接對多單位固定橋精度的影響

固位橋精度的研究主要包括固位體的適應性、固定橋近遠中邊緣橋長線距的誤差、各固位體中心軸偏離的距離和角度等。

20世紀50年代,為提高固定橋精度,臨床上逐漸采用整鑄法取代了傳統焊接方法。但是,由于非貴金屬的鑄造收縮效應,隨著跨度增長,整鑄橋的精度變差。Ziebert等認為超過了三單位的整鑄橋精度就無法保證。而激光焊接技術有變形小的優點,因此可采用分段鑄造后激光焊接的方法來減少鑄金收縮的影響。有實驗對四單位固定橋將整鑄法與激光焊接法做一比較,結果證明:激光焊接橋的精度明顯大于整鑄橋。

在分段鑄造時也應注意選用足夠膨脹量的包埋料,并采用正確的鑄造方法。只有保證每個單冠固位體準確就位,整個焊接橋才能獲得足夠精度。Bruce認為跨度小于15.5mm可精確整鑄,因此在分段時,一般以1~3個單冠(視大小而定)為一段較適宜。

3.3.3激光焊接烤瓷合金的抗腐蝕性

抗腐蝕性的好壞是選擇牙用合金的重要因素。臨床上所選用的非貴金屬烤瓷合金,如CW-PA,本身都具有較穩定的理化性質,抗腐蝕性和較高的強度。傳統焊接方法會降低材料的抗腐蝕性,主要是因為金焊、銀焊焊接Nj基、Co基合金后,相當于不同金屬(焊料)熔于母材金屬,形成異種金屬相接觸,同處于口腔內的電解液(唾液)環境中,發生了原電池電化學腐蝕。而采用激光焊接后,熔區元素成份無明顯改變,激光只是讓自體金屬發生重熔再結晶,不存在異種金屬的介入,也就不會發生原電池陽極腐蝕。

3.3.4激光焊接的間距要求

對一般的焊料焊接來說,有一定的間距是不可避免的,有利于焊料的流動和充滿間隙,形成牢固連接,避免假焊。問距太小,焊料流不進去;間距太大,則易形成空洞,影響強度。而激光焊接無需中間焊料,一般要求兩焊件接頭緊密接觸,即無縫對接。但在實際工作中,達劍無縫對接是較為困難的。實驗證明,激光焊接的熔區寬度只與激光束焦點的光斑直徑有關,而不受間距的影響。因此,激光焊接件間存在一定間隙是允許的。在不超過0.5mm的情況下,其焊接質量均可達到臨床要求。以0.25mm左右間距較好,有利于臨床操作。趟過0.5mm的間距難于控制操作,不適于激光焊接,在制作蠟型時,可盡量把焊接端設計緊密些,使焊件接頭之間盡可能靠近,以便于控制光束方向,取得良好的焊接效果。

3.4激光焊接應用于鈦材

鈦具有良好和生物相容性、耐腐蝕性和優良的機械性能,比重低而強度高,硬度適中,熱導率和熱膨脹率低。這些其它合金材料不可比擬的優良性能使得鈦材在口腔醫學中的應用越來越廣泛。但是,鈦的熔點高(1668土l0℃),在高溫下極易與空氣中的C、H、O、N等等發生化學反應而變脆,影響鈦的力學性能。因此,傳統的焊接方法根本不能應用于鈦材。

目前可用于鈦焊接的方法有激光焊、氬弧焊、等離子焊、紅外線焊、真空電束焊等幾種。

從抗托強度、延伸率、熔深、熱影響區以及顯微觀察等八方面來比較,幾種焊接辦法各有其長處和不足。

臨床上,鈦的激光焊已較為普遍。激光焊件的抗拉強度能夠達到臨床要求,而且機械性能良好。但是,激光光束的能量有限,不能穿透直徑太大的鈦件,容易形成假焊。因此,激光焊只適用于直徑較小的修復體的焊接,如各單冠間的連接。

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