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激光焊接技术在PFM上的应用

2011-11-13 返回列表

焊接是指通过适当的物理化学过程使两个分离的固态物体产生原子(分子)间结合力而连接成一体的方法。牙科应用焊接技术制作修复体已有一百多年的历史了。以往采用的焊接方法为焊料焊接,如金焊、银焊。这些传统的焊接方法具有加热时间长、热变形大、且易产生氧化、焊接点簿弱、操作繁琐等诸多缺点,已不能满足现代口腔修复的要求医学教育网搜集整理。目前,已有研究将工业上应用的几种焊接技术引入口腔修复学领域,如激光焊、氩弧焊、红外线焊、等离子弧焊、真空电子焊等。这些现代焊接技术极大地提高了焊接的质量和焊接的精度,在口腔修复制作中有着广阔的应用前景。其中,激光焊接在1970年被GordenT.E引入牙科,以其精确、快速、卫生、高效、操作简便等突出优点逐渐广泛地应用于临床。

1.激光焊接的工作原理

激光焊接的能源为高密度的单色光电磁能,通过聚焦作用于一个微小的区域(如焊件接缝),轰击金属,使之熔化,然后冷却,凝固在一起。激光束聚焦后光斑直径可小至0.01mm,能量密度可高达109w/cm2,热量集中。
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目前临床上常刚的激光源为Nd:YAG(钕:钇铝石榴石)。为不使焊件在高温下被氧化,焊接一般要求在氩气保护下进行。

2.激光焊接的优越性与不足
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2.1与传统的焊接技术相比,激光焊接具有明显的优势。
2.1.1激光束能量密度高,穿透性强,特别适合于钛等难熔合金的焊接。
2.1.2焊接可在玻璃制成的密闭容器内进行。在高纯度氩气的保护下,最大程度的避免了氧化及污染,提高焊缝质量。
2.1.3激光束经聚焦后,可精确定位于焊接部位,加热范围小,热影响区小,因此焊接变形小,可获得高质量的精确的良好外形。

2.1.4激光束可通过光学方法进行弯曲、偏转、聚合等传输,特别适合于微型焊件及到达性很差部位的焊接。
2.1.5激光焊接无需中间焊料,凶而减小了由于焊接而降低新焊接部位的耐腐蚀性。
2.1.6激光束小受磁场区的影响。

2.1.7焊件小需包埋,因而省时、快速。
2.1.8操作简便,不需专业培训。
2.2激光焊接的不足之处
2.2.1激光热源为单色高亮度光束,其穿透力有限,有学者在焊接钛等难熔金属时,就发现铁棒中份大部分末焊透,有形成天然裂缝的缺陷,直接影响焊接接头性能,可能导致修复失败。
2.2.2激光的温度高,能量集中,有时选择合适焊接参数比较棘手,如电压过高会导致金属气化飞溅;电压过低会导致熔不透金属以至假焊。激光焊接CW-PA烤瓷合金的适当参数足305V,20ms。

3.激光焊接技术的临床应用

3.1激光焊接技术的应用范围

激光焊接可用于口腔修复、种植、正畸等临床学科的很多方面。例如:多单位FPD冠桥的焊接;普通FPD金瓷冠桥的焊接;种植体支架及其上部结构的焊接;RPD支架焊接;CAD/CAM修复体的焊接冠桥修复体穿孔、破裂的修补;触点外形的恢复;铸造缺陷的弥补等各个方面。

3.2临床激光焊接机的机型

目前,应用于临床的激光焊接机已较为普遍。如日本出产的ML-2220A型,德国出产的DL-2002型,国产的有武汉的JH-VLA型等,临床应用效果理想。

3.3激光焊接应用于非贵金属烤瓷合金的工艺研究

目前,国内多数烤瓷合金为非贵金属烤瓷合金,1353彩主要是镍基合金,Cw-PA就是其中之一。非贵金属烤瓷合金价廉物美,应用广泛。实验证明,激光焊接的非贵金属烤瓷合金件在强度、精度、抗腐蚀性等方面都能满足临床的需要。

3.3.1激光焊接的质量分析

焊接质量的分析可从多个方面进行,如焊件外观的形态观察;熔区(FZ)及热影响区(HAZ)的宽度;力学性能;金相学分析;电子显微镜断口分析等。

激光焊接的烤瓷合金件外观平直,熔区光亮,无裂纹及气孔产生。熔区宽度仅为1.25-1.9mm左右,几乎观察不出热影响区。力学性能分析:焊接部位的抗拉强度与母材相近。电镜及金相学观察显示,直径3mm的部件熔深可达全层,完全焊透。这些表明激光焊接的烤瓷合金件性能良好,完全达到了临床修复的要求。

3.3.2激光焊接对多单位固定桥精度的影响

固位桥精度的研究主要包括固位体的适应性、固定桥近远中边缘桥长线距的误差、各固位体中心轴偏离的距离和角度等。

20世纪50年代,1353彩为提高固定桥精度,临床上逐渐采用整铸法取代了传统焊接方法。但是,由于非贵金属的铸造收缩效应,随着跨度增长,整铸桥的精度变差。Ziebert等认为超过了三单位的整铸桥精度就无法保证。而激光焊接技术有变形小的优点,因此可采用分段铸造后激光焊接的方法来减少铸金收缩的影响。有实验对四单位固定桥将整铸法与激光焊接法做一比较,结果证明:激光焊接桥的精度明显大于整铸桥。

在分段铸造时也应注意选用足够膨胀量的包埋料,并采用正确的铸造方法。只有保证每个单冠固位体准确就位,整个焊接桥才能获得足够精度。Bruce认为跨度小于15.5mm可精确整铸,因此在分段时,一般以1~3个单冠(视大小而定)为一段较适宜。

3.3.3激光焊接烤瓷合金的抗腐蚀性

抗腐蚀性的好坏是选择牙用合金的重要因素。临床上所选用的非贵金属烤瓷合金,如CW-PA,本身都具有较稳定的理化性质,抗腐蚀性和较高的强度。传统焊接方法会降低材料的抗腐蚀性,1353彩主要是因为金焊、银焊焊接Nj基、Co基合金后,相当于不同金属(焊料)熔于母材金属,形成异种金属相接触,同处于口腔内的电解液(唾液)环境中,发生了原电池电化学腐蚀。而采用激光焊接后,熔区元素成份无明显改变,激光只是让自体金属发生重熔再结晶,不存在异种金属的介入,也就不会发生原电池阳极腐蚀。

3.3.4激光焊接的间距要求

对一般的焊料焊接来说,有一定的间距是不可避免的,有利于焊料的流动和充满间隙,形成牢固连接,避免假焊。问距太小,焊料流不进去;间距太大,则易形成空洞,影响强度。而激光焊接无需中间焊料,一般要求两焊件接头紧密接触,即无缝对接。但在实际工作中,达剑无缝对接是较为困难的。实验证明,激光焊接的熔区宽度只与激光束焦点的光斑直径有关,而不受间距的影响。因此,激光焊接件间存在一定间隙是允许的。在不超过0.5mm的情况下,其焊接质量均可达到临床要求。以0.25mm左右间距较好,有利于临床操作。趟过0.5mm的间距难于控制操作,不适于激光焊接,在制作蜡型时,可尽量把焊接端设计紧密些,使焊件接头之间尽可能靠近,以便于控制光束方向,取得良好的焊接效果。

3.4激光焊接应用于钛材

钛具有良好和生物相容性、耐腐蚀性和优良的机械性能,比重低而强度高,硬度适中,热导率和热膨胀率低。这些其它合金材料不可比拟的优良性能使得钛材在口腔医学中的应用越来越广泛。但是,钛的熔点高(1668土l0℃),在高温下极易与空气中的C、H、O、N等等发生化学反应而变脆,影响钛的力学性能。因此,传统的焊接方法根本不能应用于钛材。

目前可用于钛焊接的方法有激光焊、氩弧焊、等离子焊、红外线焊、真空电束焊等几种。

从抗托强度、延伸率、熔深、热影响区以及显微观察等八方面来比较,几种焊接办法各有其长处和不足。

临床上,钛的激光焊已较为普遍。激光焊件的抗拉强度能够达到临床要求,而且机械性能良好。但是,激光光束的能量有限,不能穿透直径太大的钛件,容易形成假焊。因此,激光焊只适用于直径较小的修复体的焊接,如各单冠间的连接。