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雷射焊接技術在PFM上的應用

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admin 發表於 1970-1-1 08:00:00 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
雷射焊接技術在PFM上的應用
焊接是指透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。牙科應用焊接技術製作修復體已有一百多年的歷史了。以往採用的焊接方法為焊料焊接,如金焊、銀焊。這些道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。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,如鐳射焊、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升了焊接的質量和焊接的精度,在口腔修復製作中有著廣闊的應用前景。其中,鐳射焊接在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於臨床。
1.鐳射焊接的工作原理
鐳射焊接的能源為高密度的單色光電磁能,透過聚焦作用於一個微小的區域(如焊件接縫),轟擊金屬,使之熔化,然後冷卻,凝固在一起。鐳射束聚焦後光斑直徑可小至0.01mm,能量密度可高達109w/cm2,熱量集中。
目前臨床上常剛的鐳射源為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.鐳射焊接的優越性與不足
2.1 與道統的焊接技術相比,鐳射焊接具有明顯的優勢。
2.1.1 鐳射束能量密度高,穿透性強,特別適合於鈦等難熔合金的焊接。
2.1.2 焊接可在玻璃製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,提升焊縫質量。
2.1.3 鐳射束經聚焦後,可精確定位於焊接部位,加熱範圍小,熱影響區小,因此焊接變形小,可獲得高品質的精確的良好外形。

2.1.4 鐳射束可透過光學方法進行彎曲、偏轉、聚合等傳輸,特別適合於微型焊件及到達性很差部位的焊接。
2.1.5 鐳射焊接無需中間焊料,凶而減小了由於焊接而降低新焊接部位的耐腐蝕性。
2.1.6 鐳射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,不需專業培養訓練。
2.2 鐳射焊接的不足之處
2.2.1 鐳射熱源為單色高亮度光束,其穿透力有限,有學人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 鐳射的溫度高,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。鐳射焊接CW-PA烤瓷合金的適當參數足305V,20ms。

3.鐳射焊接技術的臨床應用
3.1 鐳射焊接技術的應用範圍
鐳射焊接可用於口腔修復、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架構的焊接;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臨床鐳射焊接機的機型
目前,應用於臨床的鐳射焊接機已較為普遍。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 鐳射焊接應用於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,鐳射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鐳射焊接的質量分析
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。
鐳射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。這些表明鐳射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鐳射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,為提升固定橋精度,臨床上逐漸採用整鑄法取代了道統焊接方法。但是,由於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。而鐳射焊接技術有變形小的優點,因此可採用分段鑄造後鐳射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鐳射焊接法做一比較,結果證明︰鐳射焊接橋的精度明顯大於整鑄橋。
在分段鑄造時也應注意選用足夠膨脹量的包埋料,並採用正確的鑄造方法。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認為跨度小於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鐳射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原素。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。道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基合金後,相當於不同金屬(焊料)熔於母材金屬,形成異種金屬相接觸,同處於口腔內的電解液(唾液)環境中,發生了原電池電化學腐蝕。而採用鐳射焊接後,熔區元素成份無明顯改變,鐳射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鐳射焊接的間距要求
對一般的焊料焊接來說,有一定的間距是不可避免的,有利於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。而鐳射焊接無需中間焊料,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,鐳射焊接的熔區寬度只與鐳射束焦點的光斑直徑有關,而不受間距的影響。因此,鐳射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,有利於臨床操作。趟過0.5mm的間距難於控制操作,不適於鐳射焊接,在製作蠟型時,可盡量把焊接端設計緊密些,使焊件接頭之間儘可能靠近,以便於控制光束方向,取得良好的焊接效果。
3.4鐳射焊接應用於鈦材
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等等發生化學回應而變脆,影響鈦的力學性能。因此,道統的焊接方法根本不能應用於鈦材。
目前可用於鈦焊接的方法有鐳射焊、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、熱影響區以及顯微視察等八方面來比較,幾種焊接辦法各有其長處和不足。
臨床上,鈦的鐳射焊已較為普遍。鐳射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,鐳射光束的能量有限,不能穿透直徑太大的鈦件,容易形成假焊。因此,鐳射焊只適用於直徑較小的修復體的焊接,如各單冠間的連接。
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