牙科陶瓷根据用途可分为三类。一类用于制作人工牙；第二类用于制作甲冠（jacket crown）和嵌体；第三类称为釉质更合适，用于铸造金属冠上的罩面。尽管三种类型在组成、化学性和技术各方面实质上是一样的，但更多的注意力将放在第二类和第三类上，这两类是由牙医和技工室技师使用。=left>在某种程度上，牙科陶瓷是以玻璃为基质的晶体矿物质（如长石、硅石、矾土）。玻璃相由微粒粉末组成，在高温下烧结时，这些粉末熔合在一起形成一种半透明的牙齿样物质。牙科陶瓷是耐久性最好的美观修复材料，当正确上光时，很容易清除污渍和菌斑。其主要缺点：易脆碎，烧结时收缩程度高，与天然牙的颜色和纹理完全匹配有困难。

◇根据熔化温度分类

根据熔化温度或烧结温度，牙科陶瓷一般分为三类：

高熔  1288-1371°C（2350-2500°F）

中熔  1093-1260°C（2000-2300°F）

低熔   871-1066°C（1600-1950°F）

◇修复陶瓷的组成

高熔陶瓷被制造商用来生产人造牙，几乎不用来制作个别陶瓷修复体。该材料含75%～85%长石，12%～22%石英和4%高岭土。长石形成玻璃相，作为石英的基质，石英在烧结后仍呈悬浮状。

石英（SiO2）在陶瓷中用做增强剂。在正常烧结温度下，它没有结构上的变化，起到在高温下稳定块体（mass）的作用。

牙科陶瓷中所用的长石系硅酸铝钾（K2O Al2O3 6SiO2）和钠长石（Na2O Al2O3 6SiO2）的混合物。天然长石绝无纯品，K2O和Na2O的比例各不相同。在大约1250至1500°C（2280～2370°F），长石熔化变成带有游离晶体硅相的玻璃。

长石中的氧化钠可降低熔化温度，而氧化钾可增加熔化玻璃的粘度，减少烧结过程中陶瓷的热塑性流动（pyroplastic flow）。这是一个有用的性能，因为它能防止边缘变圆、牙齿形状的丧失以及表面印迹的消失，利于形成生动的外观。

高岭土系水合硅酸铝（Al2O3 2SiO2 2H2O），起粘合剂的作用以提高未烧结陶瓷的成型能力。因其不透明，故含量极小。

尽管许多修复陶瓷含有石英的游离晶体相，但它们应被描述为玻璃；更确切的讲，高熔陶瓷可被称做“长石玻璃”。

在中熔和低熔陶瓷的生产中，制造商将各种成分混合起来将其熔化，然后在水中骤冷。骤冷导致内部应力，使整个玻璃产生大量的裂缝和断裂。这一过程叫玻璃料的加热处理，产品叫做玻璃料。如此形成的易碎结构很容易被碾成粉末，供上瓷师使用。

在陶瓷的预熔过程中，组分间发生热化学反应，并出现与此反应相关的收缩。在随后的技工室烧结过程中，粉末熔在一起形成修复体。熔化温度取决于玻璃的组成，必须小心控制以尽量减小热塑性流动。

钾碱（potash）和钠碱（soda）是以碳酸盐或天然矿物质（如长石）的形式被引入。在后一种情况下，加入一些二氧化硅和氧化铝。硼可以硼砂或硼酸的形式存在。石灰可以碳酸钙的形式加入，在玻璃料的加热处理（fritting）过程中，碳酸钙回复为氧化钙（CaO）。

◇特殊类型的陶瓷

选择陶瓷作为修复材料的主要理由在于，可以获得与邻牙在半透明性、颜色和明暗度等方面匹配的高度美观性能。为了达到这一目的，需要各种特殊类型的陶瓷。

彩色玻璃料（Color frits）  为了获得模拟天然牙所需的各种色调，在牙用陶瓷中加入彩色玻璃料。这些色料是这样生产的：将金属氧化物与微细的玻璃和长石熔化在一起，然后在碾成粉末。这些粉末与不含色料的粉状玻璃料混合以形成合适的颜色。金属氧化物及其对应的颜色如下：铁或镍氧化物，褐色；铜氧化物，绿色；钛氧化物，黄褐色；锰氧化物，淡紫色；钴氧化物，兰色。不透明性可以通过加入锆、钛或锡的氧化物来获得。

着色剂（Stains）  其制造方法同彩色玻璃料。它们被用做表面染色剂（colorants），或用以再现釉质裂纹线、钙化不全区域或陶瓷修复物体部的其它缺陷。着色剂常为低熔玻璃，其应用温度低于修复体的熟化温度。

上光剂或上釉剂（Overglazes）  一种瓷粉，应用与烧结后的陶瓷修复体。它在陶瓷修复体表面形成一透明的光泽层，其熟化温度低于体瓷。结果为一无孔的光泽或半光泽表面。

上釉剂的热膨胀系数应略低于陶瓷体部。如果上釉剂热膨胀系数高于体部，则其冷却时出现辐射状张力。所产生的应力可引起表面裂纹。应力越大，所产生的裂纹越细微。反之，如果上釉剂的热膨胀系数明显低于体部陶瓷，压缩应力可引起上釉层龟裂剥落。

在上述任何一种情况下，上釉层在口内均可发生损坏。陶瓷表面必须光滑以尽量减少菌斑附着和软组织反应。上釉层的丧失使粗糙有时是多孔的体瓷表面暴露出来。而且，强度也降低。

如果牙用陶瓷玻璃料中的所有组分完全熔化而形成一单相玻璃，这样的陶瓷可以进行“自身上釉”（self-glazed）。由于每一陶瓷（玻璃）粒子均在同一温度熔化，故自身上釉可以通过延长陶瓷的熟化时间来实现，这将在后面讨论。

◇牙科陶瓷的应用

陶瓷甲冠由数层陶瓷构成。每一层都必须过大以弥补烧结时的收缩。一般采用中熔或低熔陶瓷，在部分真空下烧结。

不论熔化温度如何，此种修复体的制作要使用三种陶瓷。遮色瓷用于遮盖粘固剂颜色，其中含有不透明成分如锆或钛的氧化物。体瓷或牙本质瓷是一种具有高色彩饱和度的长石玻璃，用于构成冠龈部或体部的主体。第三种是釉质瓷，也是一种长石玻璃，用于覆盖体瓷以形成天然牙切端所固有的独特的半透明性。

铝瓷冠（aluminous porcelain crown）由体瓷或核瓷构成，这是一种含有40～50%氧化铝晶体的低熔玻璃。通常玻璃类型的体瓷再烧结于铝核上，还要应用釉质瓷。铝瓷冠的理论基础如下。

氧化铝粒子（Al2O3）具有较高的弹性模量，其强度比石英高得多，可以更有效地阻止折裂蔓延。选做基质的玻璃应具有与氧化铝相同的热膨胀系数。在这种情况下，裂纹通过氧化铝粒子蔓延。由于氧化铝粒子比玻璃更难以折断，故裂纹蔓延所需的能量就要大于单通过玻璃所需的能量。这样，氧化铝就承受了大部分负荷，而氧化铝-玻璃复合体的强度就随着氧化铝含量的增加而提高。50%重量比的氧化铝-玻璃其强度为单独玻璃相的两倍。

然而，如果两个相的热膨胀系数不同，则折裂在颗粒间蔓延，强度下降。

采用高纯度氧化铝（一般在97%以上）作为半透明陶瓷的衬底，修复体可获得更高强度。将通常的半透明牙用陶瓷作为罩面熔结于氧化铝表面。然而，氧化铝的熔化温度远高于通常的牙科技工设备所能达到的温度。因此，出现了预成铝土衬底。这种预成的高氧化铝增强物可用于制作桥体、桩冠或小的固定桥。

金属增强陶瓷冠即金瓷冠是目前应用最广泛的牙科陶瓷修复体。它由铸造金属底帽和其上烧结的瓷面所组成。

金属增强物使得牙科陶瓷可用于固定桥制作和那些有张力和剪力的部位。这一类修复体将在本章后面详细讨论。

简言之，在这一技术中，遮色瓷熔附于铸件上以遮盖金属。遮色瓷含有大量金属氧化物不透明成分，应用厚度为0.1～0.2mm。由于遮色瓷具有反射性，故要获得适宜的美观，其上必须覆盖至少1mm厚度的瓷面。

◇结构（Structure）

玻璃是非晶性物质，尽管其原子排列显示一短程序列。如同在大多数陶瓷材料中一样，原子是主要的结合。例如在硅玻璃中，有离子键和共价键，原子呈四面体排列。没有游离电子。因此，陶瓷材料是热和电的非良导体。

所有玻璃中存在的主要离子是氧，它与小的多价原子如硅、硼、锗或磷形成非常稳定的键。这些结构性单元如SiO4四面体或BO3三面体在玻璃中形成随机网络。因此，这些元素被称做玻璃成分（glass formers）。

牙科陶瓷采用基本的硅-氧网络结构作为形成玻璃的基质，但通过在形成玻璃的SiO4网络中加入其它氧化物而获得更多的性能如低熔化温度、高粘滞度和抗反玻璃化作用。这些氧化物一般是钾、钠、钙、铝和硼的氧化物。

本还可加入其它金属离子。结果是Si-O键越来越少，熔融体的粘滞度降低，而且熟化温度也降低。如果过多的四面体被破坏，玻璃可出现结晶化或反玻璃化。然而，这种现象在牙科陶瓷不可能发生，因为在大多数情况下，硅含量远超过总体的一半。

◇机械性能（Mechanical Behavior）

因其结构缘故，玻璃在玻璃化后完全没有可塑性（nonductile）。不会出现位错（dislocation）和滑行（slip）。破坏时出现碎裂。压缩强度高，理论上讲抗张强度也高。剪切强度低。玻璃纤维的抗张强度可达约1,000,000 psi。

然而，在实际中，陶瓷的抗张强度非常低，因为表面不规则。而玻璃纤维是在高温下由粘滞态玻璃拉伸而成，其表面结构相当均匀一致。在一般的陶瓷体表面都有一些缺陷如细小裂纹、孔隙和不平等。

裂缝或表面不规则有可能极为细微。表面不规则可使裂缝偏离直线。此种裂缝导致应力集中。在金属，这些应力可以通过塑性变形而释放，但因为玻璃不具可塑性，故应力释放是不可能的。如果处于张应力作用下，集中的应力可以很容易超过瓷体的强度，而致裂缝加深。裂缝越深，应力集中越大，很快出现碎裂。该理论可解释经常发生的瓷体爆发性折裂。另一方面，在压缩应力作用下，裂缝不会自我蔓延，应力被成功地抵抗。

据信，裂缝是在陶瓷熟化后的冷却过程中形成的。不论冷却速度如何，表层冷却快于内部。结果，表层处于压缩状态下，而内部却含有张应力，因为其热收缩部分地被已固化的刚硬表层所阻止。当相反的应力在这一区域试图互相抵消时，尺寸变化上的这种差异有可能使表面破裂而出现细微裂缝。

这一现象可被利用，即通过一个叫做“回火”（tempering）（该术语用词不当；例如，钢的回火是一种不同类型的热处理。）的过程而有意增加表层的厚度。在这一过程中，玻璃被加热致可使应力张弛的温度，然后迅速冷却。经过这种处理后，表层达到足够厚度，内部张应力不足以克服表面的压缩应力，裂缝不会产生。结果，玻璃的整体强度提高。该步骤可用于牙科陶瓷结构，但它用于平坦表面会更有效，如玻璃门以及无支架支持的类似结构。

使玻璃表面变弱的重要临床因素是潮湿污染的影响。在玻璃的静态疲劳中，水起极其重要的作用，使强度随时间而降低。这是由于玻璃中的碱性离子被氢离子取代，水分子被吸引入原先由碱性成分占据的空间。

在玻璃变弱过程中，水（唾液）可起一种结构调节剂（network modifier）的作用。完好的玻璃在潮湿贮存下会变弱且当在潮湿条件下加以恒定载荷时会出现延迟折裂（delayed fracture）。极有可能牙科陶瓷在口内也会出现表面变弱。而且，一旦出现静态疲劳，加于咬合面上的在正常情况下不会使材料折裂的负荷就有可能超出有缺陷体系的应力限度。

这可解释为什么金属结合的陶瓷要强得多，因为陶瓷界面被保护而不受微缝和水中静态疲劳（static fatigue）的影响。在这种增强方面，金属厚度也起主要作用，但金属结合（metal bonding）可能是铂结合氧化铝冠强度改善的原因。

◇增强牙科陶瓷的方法

为了增强牙科陶瓷，必须有一种防止裂缝在低张力下蔓延的机制。就金瓷冠而言，有几种方法可以做到这一点。内表面可以用金属或高强度陶瓷增强，或者，通过离子交换处理改善陶瓷表面强度。

一旦采用强度较高的材料作为陶瓷冠的内表面，则只有当这一较强材料变形或破裂时裂缝才会发展。当然，前提是陶瓷与起增强作用的底层牢固结合。

◇影响颜色的因素

选择陶瓷作为修复材料的主要理由是它在半透明性、颜色和明暗度方面与邻牙匹配的美观性能。完全的匹配即使有可能也是极其困难的。牙齿的结构将影响其颜色。牙本质较釉质不透明，会发射光线。牙釉质是牙本质外的晶体层，由细小的棱柱体构成，这些棱柱体通过有机物质结合在一起。棱柱体和有机物质的折射指数不同。结果，光线因反射和折射而被分散，当散射光线到达眼睛时即产生半透明效果和深度感。当光线接触牙齿表面时，一部分被反射，剩下的进入釉质被分散。到达牙本质的任何光线要么被吸收，要么被反射回来在牙釉质中再次被分散。如果没有牙釉质，如切牙切端，则一部分光线被黑暗的口腔吸收。结果，该部位比近龈部位更为透明。

除了反射和折射以外，还有部分弥散现象，从而使各牙齿的颜色或色调各不相同。弥散（dispersion）因光的波长而变化。因此，在不同的光线下观察如直接日光、反射昼光、钨光或荧光，牙齿的外观有差异，此即条件配色（metamerism）现象。当然，要完全模仿出这种光学效果是不可能的。然而，牙医能够足够地接近这些美观特征，只有经过训练的眼睛才能看出差别。

通过在玻璃料中加入氧化物而使牙科陶瓷产生所需的颜色，如前面所讨论的。将每种色调的样本（叫做色标即比色板）提供给牙医，使其能尽可能接近地匹配牙色。牙科上瓷师经常进一步混合粉末以获得更精确的匹配。同样的混合过程也用于丙烯酸树脂和硅酸盐粘固粉。

通过色料（pigment）而产生的颜色感觉是一种不同于由光反射、折射和弥散而获得的颜色感觉的物理现象。色料的颜色取决于选择性吸收和选择性反射。例如，如果白光从一红色表面被反射，则所有波长不同于红光波长的光都被吸收。只有红光被反射。因而，如果陶瓷套冠混合物的一部分是红色，而光线中没有红色波长的光，则牙齿呈现不同的颜色。

实践中，牙医通常在晴天的北向光下用比色板（色标）对牙齿比色，因为这种光线通常包含所有的基本颜色。如果天空多云，则色调会变灰。如果光线被红砖墙反射，则色调将呈粉红色。因此，如果可能的话，比色应在两种或两种以上的不同光源下进行，如第三章所述。其中至少应有一种为北向日光；如果天空阴暗多云，则比色应尽可能在白天的中段进行。在任何情况下，只有当照明光波长与原先所用光的波长相同时，陶瓷修复体才会呈现出最佳美观性能。

影响美观的另一个主要因素是粘固介质。例如，不透明材料如磷酸锌粘固剂可因其吸光性和颜色而改变套冠的色调。因此，采用硅磷酸盐和最近的玻璃离子粘固剂粘固陶瓷修复体。

克服粘固剂影响的一个方法是第一层用不透明瓷，其上覆盖以恰当色调的半透明瓷。

该技术还有许多其它方法。说到底，陶瓷修复体的配色是一门艺术而不是一门科学。涉及到的许多因素是心理因素而非物理因素，无法明确说明。

◇凝聚压缩（Condensation）

简言之，将所选色调的瓷粉用蒸馏水或专用液调成糊状物，应用于铂基（platinum matrix）或金瓷支架上。为了尽量减小烧结过程中的收缩，陶瓷粒子必须尽可能紧密地压缩聚集在一起。有各种方法可以达到这种压缩效果，包括振荡（vibration）、刮抹（spatulation）和涂刷（brush）技术。

不论采用何种方法，都要记住，压缩聚集的动力是表面凝聚压缩（Condensation）张力，陶瓷表面绝不能弄干燥。

◇烧结步骤（Firing Procedure）

凝聚压缩（condensation）完成后，将陶瓷修复体置于耐火粘土支架上放入烤瓷炉中。陶瓷绝不能接触炉膛壁或底。

在大多数情况下，组分间的热化学反应已在最初的玻璃料热处理过程中完成了。因此，烧结的目的只是将粉末粒子恰当地熔合在一起。

将压缩过的陶瓷块体置于炉膛前预热，温度约650 °C（1200°F）。这使得残余水分蒸发消散。如果将陶瓷直接放入即使是中等热度的炉中，也将导致蒸汽的迅速产生，从而使瓷面出现空泡或大块折裂。预热约5分钟后，将陶瓷放入炉中开始烧结。

粉末颗粒的大小不仅影响陶瓷的压缩强度，而且影响最终产品的密实性（soundness）或表层密度（apparent density）。

不论颗粒大小如何，温度在1177°C（2150°F）时的白色区域为粉末粒子。之间的区域为空隙。在此温度下，空隙被炉中空气占据。当熔化开始时，颗粒在其接触点处结合在一起（2200°F）。随着温度升高，熔化的玻璃逐渐流动填充空气间隙，但空气以气泡的形式陷于其中，因为熔融体温度太高，空气不能完全逃逸。

◇烧结阶段（Stages in Firing）

牙科陶瓷的烧结一般可分为至少三个阶段。每一阶段的温度取决于所用的陶瓷类型。陶瓷的融化温度越低，每一烧结阶段的温度就越低。

低素胚（low bisque）烧结阶段，玻璃颗粒软化并开始流动。烧结粒子呈刚性，但极多孔。粉末粒子未完全粘合。烧结收缩极其微小。

中素胚（low bisque）烧结阶段，玻璃颗粒的流动已使粉末粒子完全粘合，粒子仍呈多孔状。此阶段有明显的收缩。

高素胚（low bisque）烧结阶段，收缩完成，块体呈平滑表面。可见轻微成孔性，但瓷体无光泽。

在上述任何一个阶段都可将烧制品从炉中取出冷却，进行添加。然而，修复体烧结的次数越少，强度就越高，美观性也越好。过于频繁的再烧结使修复体变得无生气且过度透明。在空气中烧结时，陶瓷的颜色和明暗度变化最大；在真空中烧结时，修复体变化则较小。用于金瓷修复的陶瓷特别容易受重复烧结的影响。

还应注意，在低素胚阶段添加陶瓷可导致陶瓷分层和浑浊。由于表面污染的缘故，低素胚表面绝不能打磨。

◇上釉（Glazing）

当置入口腔时，冠或嵌体等修复物的表面应该完全平滑。否则，食物及其它残渣可粘附其上。

在空气中烧结的陶瓷不能被抛光。总有大量的气泡和孔隙存在，致使无法获得平滑抛光的表面。缺乏可塑性和延展性（ductility）使表面无法摩擦抛光。这种表面缺陷只能通过表面上釉加以掩饰。

可以在表面应用上釉剂，如前面部分所述；或者，瓷体本身可以通过再一次烧结而上光。如果将以前已烧结到高素胚阶段的瓷体快速加热（10～15分钟内）到其熔化温度，并在此温度维持越5分钟，然后冷却，则玻璃颗粒在表面流动，形成一玻璃层即为上釉层。

◇冷却（Cooling）

冷却过程中亚微表面裂缝的产生已做过讨论。由于陶瓷的热传导性低，外部和内部热尺寸变化之间的差异可产生应力，使陶瓷变得易损。

◇热冲击（Thermal Shock）

陶瓷冠因热冲击而产生应力并不常见。这可因冷却过程中的不均匀尺寸变化而引起。例如，冠表面膨胀或收缩要快于内部。所有陶瓷在压力作用下都要强于在张力作用下，正如前面所讨论的。当冠从炉中取出并在空气冷却时，表面散热要快于内部。冠表面收缩将快于内部，但由于核瓷（core porcelain）和金属底帽的热膨胀较高，其所产生的平衡性张应力将使冠表面处于压缩状态。

同样地，在上釉前将冠迅速移入炉中，它将接受炉膛辐射的全部热力。冠表面膨胀将快于内部，而后者的表面可处于张力作用下，此种张力可使内表面出现热裂缝（thermal crack）并裂过外表面。在冠的再次加热或上釉过程中，热冲击一般较严重，与冷却过程相似。

◇收缩（Shrinkage）

牙科陶瓷烧结过程中的收缩是由于失水和烧结引起的密度增加。

从实践的观点而言，组成对牙科陶瓷的体积收缩几乎无影响，压缩方法对体积收缩也无影响。即使不采用压缩而仅以纸巾吸去水分，与常规压缩方法所得之收缩相比，体积收缩无明显差别。这些结果再一次表明，最重要的性能是表面张力，它在湿糊浆中将粉末粒子拉在一起。然而，影响强度的主要是组成、烧结周期和上釉表面的完整性。

将一种高温熟化陶瓷在15分钟内烧结至所示的温度，并在此温度保持30分钟后冷却。当烧结温度达到1175°C后，体积收缩不再有任何变化。

当粉末粒子熔化并熔合在一起时，瓷体出现挛缩，这是收缩的直接原因。熔融体产生的表面张力作用将未熔化部分拉向中央并进入空隙。最终的结构可能是以石英晶体相为核心，玻璃相形成基质。

◇成孔性（Porosity）

陶瓷中的气泡或空隙是由于熔融过程中混入了空气。尽管有证据表明，对某些高温熟化陶瓷而言，这些气泡还可做为长石玻璃化的副产品出现。

可以预料，气泡降低了牙科陶瓷的半透明性和强度。大颗粒陶瓷粉末形成的气泡虽然较大，但在数量上要少于小颗粒粉末形成的小气泡。由于瓷体和空气的折射指数不同，含有较少气泡的大颗粒陶瓷要比小颗粒陶瓷更透明。当气泡较少或消失时，较细颗粒的陶瓷将形成较透明的瓷体。

这种气泡很少出现在陶瓷牙或冠的表面，因为接近表面的空气可以被释放。而且，高温熟化陶瓷中的气泡要少于低温熟化陶瓷。前者其玻璃相的粘度较低，在玻璃化过程中部分空气可以逃逸。

为了减少或消除气泡，提出了三种方法。

1、陶瓷在部分真空下烧结，这样空气在混入前即被去除。真空烧结是目前制作牙科修复体的最常用方法。

2、用可弥散气体取代炉中的普通空气。这样，在烧结过程中，空气被赶出空隙，代之以可弥散气体。在熔化过程中，这些气体可弥散到陶瓷外或溶解于陶瓷中。

3、如果熔化陶瓷在压力下冷却，则气泡可被压缩变小，这样其影响也就变小。

真空烧结使气泡变少变小。并非所有空气都可从炉中排出。因此，陶瓷中仍可存留少量气泡。

玻璃化过程中烤瓷炉中采用的可弥散气体有氦、氢或水蒸汽。如前所述，这些气体进入空隙后可弥散于瓷体中。最终产品的结构类似于真空烧结陶瓷。

当陶瓷通过再加热而自身上釉时，可弥散气体方法要优于其它方法，因为会发生进一步的气体弥散，气泡基本消失。当真空烧结陶瓷再加热时，气泡不变。

如果陶瓷在空气中烧结，通过增加气压可减少气泡，如气压增至10个大气压，气泡尺寸可减小到类似于其它两种方法。当然，压力要维持到陶瓷冷却变硬。

压力方法有一个缺点，陶瓷不能在大气压下重新烧结或上釉，否则气泡将恢复到原来大小。

◇物理性能（Physical Properties）

陶瓷修复体的强度可能是最重要的机械性能。如前所述，陶瓷体的压缩强度大于其抗张强度或剪切强度。抗张强度低是由于不可避免的表面缺陷。剪切强度低是由于缺乏可塑性（ductility）或剪变能力（ability to shear），这是由玻璃陶瓷材料的复杂结构所引起的。

通常，牙科陶瓷的强度采用交错弯曲试验（cross-bend test）进行测量，该试验指示弯曲强度或断裂模量（flexure strength or modulus of rupture）。该试验测量压缩应力和张应力，还有剪切应力。陶瓷的抗张强度低于压缩强度；因此，样本上的较低面较弱，应首先折断。因此，测量结果更多地表明抗张强度而不是压缩强度。

陶瓷强度主要取决于组成、表面完整性和内部结构。空隙和气泡的存在影响强度。成孔性小的冠折裂所需的负荷几乎是多孔冠断裂所需负荷的两倍。烧结温度也很重要。除非玻璃化完全，否则结构弱。另外，如果陶瓷过度烧结，其强度将降低，因为较多的核被溶解，核网络结构被削弱。然而，这一影响对美观性能损害更大。过度烧结使材料变得更透明，看起来像玻璃。

如前所述，冷却过快增加表面裂缝，削弱陶瓷。上釉陶瓷比不上釉者强得多。上釉可有效地阻止裂缝蔓延。如果打磨去除上釉层，横截强度（transverse strength）可降低一半。经回火后的陶瓷可达到与上釉相同的效果。

这一观察结果具有临床意义。陶瓷修复体于口内粘固后，牙医通常通过打磨陶瓷表面来进行咬合的最后调整。不幸的是，这一步骤如果去除了上釉层，则将明显削弱陶瓷。

真空烧结对陶瓷的横截强度几无影响。原因可能是，表面裂缝形成与烧结过程中的空气无关。很明显，就横截强度而言，该因素的重要性要大于气泡的削弱作用。

有趣的是，无论是否上釉，铝瓷的折断模量都一样。很明显，铝核的增强效果在某种程度上足以对抗表面不连续的削弱作用。采用熔结氧化铝（sintered alumina）作为半透明陶瓷的衬垫，其增强效果也是明显的，其断裂模量表明了这一点。

烧结方法也影响强度。就强度而言，低温长时烧结要优于高温短时烧结。而且，在低温烧结下，锐边和锐角可更好地保留。

很明显，应在适当的温度下维持足够的时间，使粘滞态的熔融体完全流过未熔化部分并将它们结合在一起。随着温度的升高，熔融相粘度降低，流动更容易。但高温下可能有过多的材料熔化，从而导致强度降低。对类似材料而言，基质和核之间应维持一最适比例以获得最大强度。

◇烧结时间和铝瓷强度

玻璃基质和氧化铝晶体之间必须形成化学键结合，这样铝瓷才能达到最大强度。当裂缝不加选择地通过玻璃相和氧化铝晶体相时，这种体系能最有效地阻止折裂，从而使晶体承受加于陶瓷上的较大部分应力。

在烧结低熔铝核陶瓷时，可以延长烧结时间，以使晶体被玻璃有效湿润。增加的这段烧结（比制造商推荐的时间要长约15分钟）应在正常大气中进行。

◇通过离子交换增加强度

陶瓷还可以通过离子交换来增加强度。将有足够钠碱（Na2O）含量的牙科陶瓷浸泡于硝酸钾盐池中，钾离子将取代位于表层附近的钠离子。当较大的钾离子取代钠离子时，出现原子堆拥，产生一带有应力的表层。这种表面压缩使陶瓷的强度增加。

◇比重（Specific Gravity）

在讨论牙科陶瓷的比重或密度时，必须区别表观比重和真实比重（the apparent specific gravity and the true specific gravity）。陶瓷中的任何气泡或其它内部空隙都会降低比重。因此，测量数字代表的是样本的比重而不一定是陶瓷本身的比重。

另一方面，如果将陶瓷样本碾成细微粉末从而消除各种缺陷的影响，则粉末的比重就代表陶瓷的真实比重。不论采用何种压缩或烧结方法，烧结陶瓷都免不了内部空隙及类似缺陷。

压缩方法对陶瓷比重无大影响。

牙科陶瓷的压缩强度约为331 MPa（48,000 psi）。其热膨胀系数为6.4～7.8×10-6/°C，与人牙相近。

◇一般考虑（General Consideration）

要制作出能恰当行使功能的陶瓷修复体，牙医需要相当的技能和知识。烧结陶瓷的剪切强度和抗张强度很低，牙齿窝洞预备中稍有不完备之处即可引起套冠在使用中折裂。

另一方面，陶瓷修复体有优良的美观性能，完全不溶于口腔液体，烧结后尺寸稳定。然而，由于烧结收缩引起的不可避免的误差，陶瓷嵌体或冠的制作难以达到足够的精度，边缘不能完全封闭。

修复体通常用粘固剂粘固，如硅磷酸盐、聚羧酸盐或玻璃离子粘固剂。这些粘固剂在口腔液体中都容易腐蚀。如果腐蚀严重，留下的缝隙将会染色，如套冠下呈兰色。

陶瓷修复体与软组织相容。考虑到所有因素，牙科陶瓷可能是牙齿美观修复材料中最耐用者。

◆金属-陶瓷（Metal-Ceramics）

反对采用全瓷固定修复体的主要理由是其强度不足，尤其是抗张和剪切强度。虽然它能相当成功地抵抗压缩应力，但在修复体的设计中，压缩应力通常不是主要力量。压缩应力可能不起作用或者作用很小，如行使功能中的前牙切缘部位。

将这一缺点减至最小的一个方法就是将陶瓷直接熔附于铸件。如果瓷面和金属之间形成强大的结合，则界面处不会出现渗漏。而且，通过合理设计并利用陶瓷和金属的物理性能，陶瓷得以增强，从而可防止碎裂或至少将其减至最低限度。这经常被叫做陶瓷熔附金属（porcelain fused to metal）修复体。更恰当的术语应该是金属-陶瓷（metal-ceramic）修复体。

◇物理要求（Physical Requirements）

用以制作金属-陶瓷修复体的合金必须满足许多相当严格的要求。例如，金属和陶瓷的热膨胀系数必须匹配，以防止界面产生张应力。

另一个同样重要的性能是，合金应该有高的比例极限（proportional limit），特别是高的弹性模量。高模量的合金还将降低陶瓷上的应力。然而，如果模量过高，则冷却过程中陶瓷产生的应力难以通过金属变形而释放，将导致更为严重的裂缝问题。

金属支架在陶瓷的烧结过程中不能熔化，而且必须能抵抗产生蠕变或“下陷”（sag）的热应力。热处理是改变高温下抗蠕变性的另一个方法。至于抗晦暗（tarnish）性和耐腐蚀（corrosion）性以及其它类似性能，则与口腔中应用的其它合金相同。

◇合金的组成（Composition of Alloys）

◇陶瓷的组成（Composition of the Ceramic）

除了碱含量增加以外，陶瓷的组成一般相当于某些玻璃的组成。为了增加热膨胀使与金属底帽相容，必须加入较大量的钠碱和钾碱。

遮色陶瓷含有较多的金属氧化物不透明成分，目的在于掩饰底层金属并尽量减小遮色层厚度。

值得注意的是，由于碱含量的缘故，金属-陶瓷中所用的高膨胀陶瓷容易产生反玻璃化作用。这些陶瓷不应反复烧结，因为这样容易使陶瓷内产生云纹而变暗。

因此，很明显，合金和陶瓷在性能上的恰当配合对成功而言是必不可少的。已提出了确定这种一致性（compatibility）的标准和测试方法，包括热膨胀系数、热传导性（确定抗热冲击能力）以及结合的性质和强度。

◇釉质-金属结合（Enamel-Metal Bonds）

贵金属合金和牙科陶瓷之间结合的性质已成为大量讨论的主题。这是需要的，因为金属-陶瓷冠的成功有赖于金属和瓷面间的牢固结合。早期观点认为，一种情况下是“湿润结合（wetting bonds），而另一种情况下则是范德华力（van der Waal's force），这就足以解释所观察到的金属-陶瓷结合强度。但范德华力作用很小。

因此，黄金-陶瓷结合的性质已变得更为明确，而且可能可分为三个主要部分：机械、压缩和化学。

◇机械固位（Mechanical Retention）

如果与粗糙表面能达成密切接触，则机械固位依赖于陶瓷对金属或金属氧化物表面的良好湿润。有纹理结构的表面可促进机械固位。

黄金-陶瓷结合的显微切片显示陶瓷对金属的有效湿润。陶瓷进入凹角，界面处未发现明显空隙，根据这一事实可以推论，某种形式的机械嵌锁（mechanical interlocking）已经发生。这种机械结合对于陶瓷抵抗剪切应力肯定会起一定作用。

粗糙表面可增加结合对剪切应力的抵抗能力，尤其对贱金属合金体系（base-metal alloy systems）而言。与贵金属和贱金属的平滑表面相比，喷砂表面有如下优点：（1）提高陶瓷对金属底层的润湿能力；（2）由于陶瓷在压缩下的机械嵌锁作用而增加结合强度；（3）增加陶瓷化学结合的表面积。

喷砂表面与平滑表面相比有如下缺点：（1）过度粗糙可导致金属-陶瓷界面上应力集中；（2）陡峭的界面角度是润湿不完全，因而在金属-陶瓷界面上产生气泡和空隙。

◇压缩应力（Compressive Stresses）

烧结后的陶瓷在冷却过程中产生的压缩应力也有助于结合强度。陶瓷-金属体系被有意识的设计成轻度的热不匹配，以使陶瓷处于压缩状态。

◇化学结合（Chemical Bonding）

有证据强烈表明，存在某种形式的化学结合。金属-陶瓷界面的电子显微探查表明，铟或锡移动到合金表面形成铟或锡的氧化物，在烧结过程中与陶瓷结合在一起。

化学结合的进一步证据：用氢氟酸清洗金属可降低结合强度。这表明，氧化物膜在结合机制中确实起作用。当牙科陶瓷烧结到具有一定氧化层的金属上时，熔化玻璃（陶瓷）的氧表面与金属上的氧表面互相扩散，桥架氧（bridging oxygen）数目减少，从而改善界面处阳离子的屏蔽（screening）。如果玻璃未充满特定的氧化物，它将通过其金属阳离子溶解氧。这样，玻璃-氧化物界面处的玻璃就变得充满了氧化物。这种玻璃在组成上保持不变（当温度不变时），并与氧化物处于热动力平衡，其结果是键能（bond energies）和化学键的平衡。

于氧-玻璃界面处维持饱和的关键是，界面处氧化物的溶解速度高于溶解后的氧化物扩散离开界面的速度。

强力粘着结合（adhesive bond）的第一需要是胶粘剂必须润湿被粘物。在目前情况下，釉质被看作胶粘剂，因为它在烧结过程中流布于合金上面。另外，胶粘剂的润湿能力可用其接触角来进行测量。很明显，陶瓷釉质的接触角须待其在熔化温度之上处于液态时进行测定，但粘着力却可以在室温下测量，因为在变成固态以后应力的热动力状态仍保持不变。

实践中应采用与每一釉质都匹配的特殊铸造合金。而且，通常随每种釉质都提供有结合剂（bonding agent），用于被粘金属。采用两种结合剂。一种利用陶瓷材料熔附于金属；第二种系金粉糊剂。

如前所述，接触角越小，釉质的润湿性越好。接触角大于90°表明缺乏润湿性，当然就缺乏粘着力。结合剂在降低接触角方面一般不起作用。当釉质用于铂和钯时，从接触角的变化还可以看出，被粘金属的组成很重要。

两个表面之间的粘着力有可能强于胶粘剂或被粘物的强度。张应力下釉质和合金之间的粘着就是这种情形。断裂一般发生与釉质。

另一个很重要的条件是，釉质和金属的线性热膨胀系数一致。对添加的陶瓷上釉剂也做同样要求。如果膨胀系数不同，可产生辐射状应力，削弱釉质以及结合（bond）。例如，即使热膨胀系数仅相差3×10-6/°F，当温度从954 °C（1750 °F）变化至室温时，黄金-釉质界面上可产生280 MPa（39,800 psi）的剪切应力。而抗剪强度一般小于73 MPa（10,300 psi）。因此，这些热应力可导致结合的破坏。

即使经过良好的质量控制，残余应力经计算也达21 MPa（3,000 psi）。自然，修复体咬合面承受的力量将叠加于这些残余热应力上。然而，除非应力极度集中或咬合关系不正确，否则不可能发生折裂。

◇结合强度（Bond Strength）

已采用各种各样测试来测量金属-陶瓷体系的强度。没有一种方法能提供陶瓷与金属粘着力的确切测量，除非金属-陶瓷结合体完全匹配，没有任何应力存在，但这种情况其实不可能达到。即使在那样的情况下，粘着强度也低于陶瓷本身的强度。

另一种方法更具有现实性。这就是考察断裂的类型，既有通过陶瓷的折断失败（内聚性cohesive），也有内聚和粘着混合性失败即部分在界面处部分通过陶瓷。在没有通过陶瓷的张力失败（tensile failure）的情况下（如在黄金-陶瓷体系中那样），任何金属-陶瓷体系的临床安全性都值得怀疑，因为最大可能强度并没有达到而且根据修复体预备的确切情况它还可能发生变化。

为了确定哪一层最薄弱，必需研究折断后的界面分离情况。失败可以是内聚性即发生在陶瓷或金属内部，或者发生在各种氧化物界面处。

◇采用氧化锡涂层的结合（Bonding Using Tin Oxide Coatings）

使陶瓷与金属结合的另一种方法是采用氧化锡涂层，目的是为了改善金属-陶瓷冠的美观。通过降低金属底帽的厚度，可以获得足够美观的陶瓷层而不会过多切割牙体或使人造冠外形过大。另一个目的是降低来自金属-遮色瓷的光反射。带有氧化锡涂层的铂呈浅灰色，据说它可比黑色的金属氧化物更适合作为遮色瓷的背景。

该方法包括将铝瓷结合到铂箔底帽上。在铂箔上电镀一薄层锡，然后在炉中使其氧化以形成一连续的氧化锡膜以使陶瓷结合，这样就可确保陶瓷的附着。据认为，将高强度铝瓷结合到无裂缝的金属表面，所形成的复合体可具有两种材料的最佳性能。结合的箔作为内表面，可降低表层下成孔性和陶瓷中的微裂，并提高强度。该机制明显涉及到化学相互作用，氧化锡扩散并溶解于陶瓷玻璃相中，且陶瓷对镀锡底层有更好的润湿性。

◇金属-陶瓷修复体的技术考虑（Technical Considerations）

该修复体一般由牙科技师制作。铸造过程类似于嵌体和冠的铸造。

由于金属的熔点高，故不能采用石膏结合的包埋料。采用磷酸盐或硅酸盐结合剂。采用包埋料热膨胀法一补偿收缩。

铸件应仔细清洁以确保与釉质的强大结合。在某些情况下，将铸件置于烤瓷炉中加热至980 °C（1800 °F）以烧尽残留杂质并除气。需要清洁的金属表面，这一点怎么强调都不为过。所有黄金-陶瓷体系都需要除气。随着除气时间和温度的增加，界面上形成的气泡减少。手指上的油也可能是污染物。

不透明釉质厚度约0.1～0.2 mm，然后烧结到熟化温度。然后应用半透明釉质并形成牙齿形态，再次烧结。事实上，可能需要几次烧结。最后上釉同陶瓷套冠。

釉质粉末使用中的压缩方法前已述及。

◇蠕变（Creep）

不幸的是，当温度达到

980 °C（1800 °F）时，黄金合金会发生一定的流动或蠕变。适当改变金属的组成，使其在高温下产生弥散增强效果（disperse strengthening effect），这样可以降低蠕变。这种效果类似于室温下汞合金的弥散增强作用。

理想情况下，当黄金合金加热至980 °C时，迅速产生第二相，它可使合金硬固或强化。某些商用合金的这种蠕变已经降低，但不能消除。

◇一般考虑（General Considerations）

很难进行金属-陶瓷修复体的临床考察。金属-陶瓷冠的强度和耐久性要高于通常的陶瓷套冠。然而，这种类型的长跨度桥容易产生弯曲应变，釉质因无可塑性可出现细微裂纹或折断。通过恰当的设计可以部分克服这些问题。其中一点就是避免黄金合金铸件上的锐角和角度，因为不连续性可导致应力集中，削弱陶瓷。对这种类型的修复体而言，恰当的咬合关系至关重要。

最显著的优点可能是其持久的美观性能。与丙烯酸树脂不同，几乎没有磨耗或因罩面和金属间渗漏引起的颜色改变。

另一方面，带有罩面的冠可能适合不良。上瓷前铸件与模型适合。烧结后，可出现适合（adaptation）不足，无疑是由于高温蠕变或合金与釉质间热膨胀系数相差过大。由于釉质和合金的热膨胀系数相同，故变形似不可能主要由釉质本身引起。

另一个问题是，与全陶瓷修复体相比，可能要去除更多的牙体组织以便为冠提供足够的位置。如前所述，为了防止釉质折裂，修复体结构几乎要求完全刚硬。虽然釉质的弹性模量高，但其低抗张和剪切强度表明其最大挠曲度低，因为在碎裂（brittle fracture）过程中，折断强度（breading strength）和比例极限（proportional limit）是一致的。结果，釉质仅允许有限的弹性变形。因此，即使弹性模量高，金属也需要相当的体积以提供足够的刚性。冠的体积不能明显超出邻牙的牙列线。因此，为了提供足够的空间，可能就必需牺牲天然牙的体积。

尽管有这些缺点，金属-陶瓷修复体在今天仍是固定修复中应用最广泛的材料。