［摘要］ 目的：本实验目的在于研究不同包埋方法铸造的纯钛铸件的成孔性是否影响其力学性能。 方法：采用三种不同的铸模包埋方法，离心铸造商业纯钦，经 X探伤，计算机图象分析，金相照片，显微硬度及力学测试。结果：结果表明①一次包埋法铸件气孔明显少于两次包埋法；②铸件内较大气孔严重影响力学性能； 结论：包埋料和铸型形状与铸件气孔有密切关系。建议铸钛义齿，常规作 X探伤检查。
［关键词］ 铸钛；　包埋；　成孔性；　力学性能

　　由于钛具有其它非贵金属牙用合金材料不可比拟的生物相容性和力学性质，受到了口腔修复学界的重视［1］。但是，钛熔点高，(1680±10℃)，熔融钛液粘滞度大，比重轻(4．5g／cm3)，又是凝壳铸造，极易形成铸件内孔隙和浇注不全，直接影响其力学性能，以致修复失败。因此，本文就不同包埋方法所致气孔率，力学性能作一探讨。

    材料和方法

　　1．试件蜡型。机床精加工不锈钢制得试件蜡型阴摸，熔化嵌体蜡注人，以形成棒状和哑铃状两种试件（图1）。
　　2. 三种不同的包埋方法：
　　① 两次包埋法：方法 A：蜡型经脱脂后采用锆英石包埋料(由洛阳涧西通用机械厂提供)按厂家提供的水粉比调拌，作内包埋，稍干，再用该厂提供的磷酸盐包埋料作无圈式外包埋哑铃状蜡试件3个。方法 B： 同样采用上述锆英石包埋料作内层包埋，外层则选用另一种贺利氏磷酸盐包埋料(贺利氏一古莎公司提供)，包埋三个哑铃状式件。

图1　试件规格

　　②一次包埋法：方法 C：采用上述的锆英石包埋料，一次性全层包埋6根棒状蜡型。
　　3. 铸圈经焙烧、烘烤，冷模后，用 LZ—2型齿科铸钛机(洛阳涧西通用机械厂)铸造商业纯钛 TA2型(宝鸡有色金属加工厂) 钛锭。冷水急冷，去除包埋料，铸件经笔式喷沙机(德国)喷沙后，切除铸道待测。
　　4. 钛铸件置于牙科 X光机下，以65KV，8mA剂量， 70cm间距作 X光摄片。使用 VICOM～VlE数字图象处理系统测定钛铸件气孔率。X光探伤片经 Sony摄象机摄象，与 X～Y轴标尺同时输入计算机和图象监视器，经负象二值化处理后，进行图象分割、封闭(图2)。将气孔面积与图象视场面积相比视为宏观气孔率。

图2　X探伤照片

　　5. 采用 AG—10T电子万能测试机(日本)测试所有试件的抗拉强度，延伸率。加载：5KN，速率： 2mm／min。测得数据经沙氏软件包作方差分析。
　　6. 将方法 C制得的捧状试件用热塑性材料(丹麦)镶样，金钢石喷雾抛光。置于 MEF-3A金相显微镜(西德)下放大80-160倍观察微孔；经酸蚀后，用 HMlS-全自动硬度仪(上海第二光学仪器厂)从表面到铸件中心以一定间距测量显微硬度 HV值，载荷 50g，保压 15秒。

      结　果

　　1. X探伤照片如图2，从右到左，第 l到第3根为方法 A所得，第4到第6根为方法 B所得，第7至第12根为方法 C所得。方法 A第三根试件清晰可见中上部有一大气孔，方法 B都有较严重孔隙，其分布有向心趋向，都位于铸件狭窄部。方法 C未见气孔．气孔率如表 l

表l　 钛铸件宏观气孔率(％) 

　方法 C棒状试件的两个断面金相磨片，取若干视场，覆盖全断面，仅发现5个微孔，3个开口孔，2个闭口孔，孔径从23 μm至152μm不等(图3，图4)

图3　开口孔(下)×80

图4　闭口孔(下)×160

　　2. 力学测试如表2

表2　钛铸件力学性质

　单因素方差分析，抗拉强度： A、 B、 C组之间有显著性差异(P＜0．05)， A和 B组之间， A和 C组之间无显著性差异(P＞0．05)，一次包埋法(C)与二次包埋法(A、 B)之间有显著性差异(P＜0．05) ；延伸率：组间无显著差异(P＞0．05)
　3. 显微硬度如图 5， 提示硬化层在200μm左右。

图5　铸钛表面显微硬度HV值

    讨　论

　　1. 从本实验看来，两次包埋法(A、 B) 钛铸件内气孔多且不可避免，按Bridgeman J. T．分级，达到4级［3］，与 Chai T.I.的报道相似［2］，一次包埋法(C)无 X线片上的宏观气孔，但在金相磨片上也可见到23～152μm的微孔，更高倍数放大镜下，小于23μm的微孔更多。
　　2. 两次包埋法(A、 B)铸件内气孔率明显高于一次包埋法(C)，其力学性能，抗拉强度，前者显著低于后者，气孔外形呈球状、长柱形不等。气孔直径越大，其强度降低越明显，对修复体危害越大；而气孔分布有向心趋向，多集中在铸件缩窄处。推测气孔如果位于卡环肩，连接体处，则对修复体的质量影响是极大的；而一次包埋法虽有许多微孔，力学性能却非常优良，抗拉强度高，标准差(S)小，数据较集中分布。Bridgeman J.T.等也认为较小的气孔，如＜0．05mm无临床意义，不会影响力学性质，本实验也证实了这点。可见，如何控制铸钛过程中产生较大的气孔，是个重要问题。
　　3. 牙科铸钛机主要有二室加压吸引与离心铸造两种机型，张建中［5］认为采用离心、加压、吸引三种作用的铸钛机流铸率最高，气孔率较小 LZ-2型正是这样的机型，其抽吸真空、引弧、熔炼，离心浇注均是自动控制，可见铸造条件一致，三种方法成孔性的较大差异来源于包埋料，包埋方法的不同。由于纯钛熔点高，比重低，钛融液粘滞大，且易与型腔包埋料发生反应，而改性变脆。在铸钛包埋料耐火材中以 ZrO2与钛的反应性最小［4］，但价格较贵，而磷酸盐料铸造精度最好［5］。故我们选用含ZrO2很高的锆英石作内包埋料，而用价廉物美的磷酸盐作外包埋料，以增加膨胀率。从本实验结果提示钛铸件表面硬化层200μm ，显著小于磷酸盐内包埋的400～500μm［5］ ，基本达到实验目的。
　　4. Syverud M，Wacanabe I.等认为二室加压铸钛机，包埋料透气性，加压的大小与铸件成孔性有很大关系，而离心铸造与二者关系不大［6，7，8］。从本实验来看，一次包埋法优于二次包埋法，二次包埋法气孔较大而多，可能是由于内外包埋，限制了铸腔内气体的排溢所致，这点与金圣太等一致［8］，但是，不同的外包埋料(A、B)，由于其理化性质的不同，限制气体外溢程度不同，使气孔大小、多少有所差异，同时，我们发现两次包埋法的 A方法，有二根试件X探伤无气孔，抗拉强度很高，接近一次包埋法；尽管 A法与 B、 C法抗拉强度无显著性差异，但可解释为样本含量较少所致。这里，我们得到重要提示：两次包埋法选用合适的外包埋料是可以达到消除气孔的目的的，究竟选用什么样的配方相匹配，有待进一步研究。
　　5. 气孔的向心集中和位于铸件缩窄处提示铸道、铸型设计和溢气道的安置有重要意义。本实验延伸率组间无统计学差异，可能与钛铸件塑性不高，和样本含量较少有关。

    结　论

　　1. 两次包埋法钛铸件内气孔率明显高于一次包埋法。
　　2. 钛铸件较大的气孔严重影响力学性能。
　　3. 锆英石包埋料表面硬化层较薄，适宜作铸钛内包埋料。
　　4. 内外包埋料的匹配，铸道、铸形设计与成孔性有密切关系。
　　5. 实验提示：由于钛铸的易成孔，临床上制作的钛冠、桥及义齿支架，应常规作 X探伤，然后再给患者使用，以保证修复质量。

    参考文献

   ［1］　Lautenschlager E.P. Titanium and titanium alloys as dental materials International Dental Journal，1993，43(3):245～53
   ［2］　Chai T.I, Stein R.S. Porosity and accuracy of multiple-unit titanium castings. J Prosthet Dent，1995，73(6);534～41
   ［3］　Bridgeman J.T, Marker V.A, Hummel S.K. Comparison of titanium and cobalt-chromium removable partial denture clasps. J Prosthet Dent，1997，78(2):187～93
   ［4］　桥本弘一ら.チタこ铸造表层の反应生成物につハて齿科材料. 器械 1992：11(4)：7
   ［5］　张建中，高桥纯造，冈崎正之. 石英磷酸盐系包埋料铸钛精度的研究. 口腔材料器械杂志，1997，6（3）：99
   ［6］　Syverud M, Hero H. Mold filling of Ti castings using investments with different gas permeability. Dent Mater，1995，11(1):14～18
   ［7］　Watanabe I, Watkins J.H, Nakajima H. Effect of pressure difference on the quality of titanium casting. J Dent Res 1997;76(3):773～9
   ［8］　金圣泰，小田丰，住井俊夫. 齿科チタこ铸造システマの评价に关する研究. 齿科学报，1994，94：845-857

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