表面低摩擦力耐蝕口腔正畸弓絲及其制備方法技術

表面低摩擦力耐蝕口腔正畸弓絲及其制備方法，由以下方法制得：在奧氏體不銹鋼弓絲表面采用非平衡磁控濺射法沉積納米二氧化硅涂層。沉積的工藝參數為：靶材二氧化硅，純度優于99.99%，濺射功率200w，稀釋氣體Ar流量50SCCM，工作氣壓2.0Pa，沉積時間100min。通過本發明專利技術技術方案，表面改性層可提高不銹鋼弓絲表面的摩擦性能、耐腐蝕性能、生物相容性，滿足正畸矯形弓絲表面改性和臨床應用的需要。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及生物醫用材料表面改性
，特別提供了一種表面低摩擦力耐蝕 口腔正畸弓絲及其制備方法。
技術介紹
在正畸固定矯治過程中，摩擦力伴隨著托槽與弓絲間的相對運動而產生，矯治器 施加的矯治力需克服摩擦力后才能作用于牙齒，通過牙周組織的吸收與改建而使牙齒移 動。隨著滑動機制在固定矯治中的普遍應用，矯治過程中所產生的摩擦力就顯得尤為重要。 摩擦力越大，牙移位的實際矯治力比例就越小，進而影響矯治器矯治的性能和效率。當今正 畸學界普遍提倡的矯治理念是輕力矯治，想要達到輕力矯治的有效甚至高效，首要的就是 減小矯治系統的摩擦力，從而獲得最有效的牙移位及最適當的生物組織反應。口腔正畸醫 師已逐漸認識到摩擦力在矯治過程中的重要性，隨之對被矯治牙齒移動時所需克服的摩擦 力的研究也逐漸增多，這不僅有利于臨床上合理選用托槽，弓絲和結扎方法，同時也可避免 一些不利因素的影響，對于提高牙移動效率，降低支抗要求，縮短治療時間都有特殊的臨床 意義。 目前，正畸臨床常用的弓絲材料有：不銹鋼（SS)、鈷鉻(Co-Cr )、鎳鈦(Ni-Ti)、β鈦 (ΤΜΑ)。有研究表明，不論是不銹鋼托槽還是陶瓷托槽，以上四種弓絲的摩擦力依次增高。實 驗證實，弓絲的摩擦系數主要取決于其表面粗糙度、硬度和彈性模量。其中，表面粗糙度與 摩擦力成正相關關系，而弓絲的硬度及彈性模量則與摩擦力成負相關關系。同樣尺寸的方 絲，不銹鋼絲因其較高的剛度、表面光滑度，而更適用于滑動關閉拔牙間隙，在口內、外施加 牽引力量時，能更好的維持牙弓的穩定。但在正畸臨床上應用的奧氏體不銹鋼絲在性能方 面也存在一定的缺陷：（1)矯治過程中，弓絲與托槽之間的相對滑動將導致不銹鋼絲表面出 現明顯的劃痕，表面粗糙度的不斷增加將增大弓絲的摩擦力，繼而影響牙齒移動的效率； (2)奧氏體不銹鋼絲合金成分中含有一定比例的鎳元素，在人體口腔環境下析出的鎳離子 雖低于正常人的每日飲食攝入水平，也有可能引起極少數人過敏反應；（3)奧氏體不銹鋼弓 絲在發揮作用時，多是處于口腔這一特定的復雜環境中，如同其他正畸合金一樣，不管其冶 金結構如何，都會發生腐蝕，主要為化學腐蝕和電化學腐蝕兩種。而腐蝕類型可分為均勻腐 蝕和局部腐蝕，其中局部腐蝕又劃分為孔蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、流電腐蝕、磨損腐蝕、疲 勞腐蝕、應力腐蝕等。腐蝕可使不銹鋼弓絲機械性能降低，特別是弓絲與托槽或頰管交界處 的縫隙腐蝕，易致弓絲折斷。同時腐蝕也會降低不銹鋼弓絲表面光潔度，是不銹鋼弓絲表面 粗糙度及表面摩擦系數增加，從而增加滑動法移動牙齒過程中的摩擦阻力。因此，如何通過 技術工藝處理降低正畸不銹鋼絲的摩擦系數，同時補償其性能方面的不足，從而提高臨床 治療效率已成為各國科學家競相研究的熱點。伴隨生物醫學工程的飛速發展，人們試圖用 多種方法對各種醫用金屬材料進行表面改性，以期進一步提高生物醫用材料的綜合性能、 生物相容性和使用壽命，如材料的疲勞、腐蝕、摩擦磨損等。 為了改善正畸弓絲的各項性能以滿足臨床醫師的需求，國內外學者嘗試運用多樣 化的材料表面處理工藝來實現弓絲的表面改性，以期降低正畸弓絲的摩擦系數從而提高臨 床治療效率，同時賦予弓絲表面良好的耐腐蝕性、生物相容性以及美學性能。Rapiejko等的 研究表明，氮化硅(SiN)和碳化硅(SiC)薄膜能明顯減輕托槽-弓絲接觸界面的磨損。遺憾的 是，SiN和SiC薄膜卻明顯增大了托槽-弓絲間的摩擦系數，摩擦力越大，牙移位的實際矯 治力比例就越小，進而影響矯治器矯治的性能和效率。另有研究顯示，氮化鈦(TiN)薄膜提 高了托槽、弓絲的抗腐蝕能力，但同時也增大了托槽-弓絲間摩擦力。因此，對應用于正畸固 定矯治器，這些都不是理想薄膜。早在2002年Husmann等就已經研制出聚四氟乙烯(Teflon) 涂層不銹鋼弓絲，顏色相近于牙本色，且具有極低的摩擦系數、優異的耐化學腐蝕性能和良 好的生物相容性，然而在臨床使用過程中發現，由于Teflon涂層本身硬度不高、耐磨性能很 差，涂層容易產生裂隙并剝脫，長期使用于口腔環境時，不銹鋼弓絲的腐蝕仍然會發生。類 金剛石膜(DLC)因其超硬晶體結構、低摩擦系數、高耐磨性、良好的生物相容性等杰出特性 也受到了廣泛的關注。自上世紀九十年代以來，許多學者通過各種鍍膜制備技術在不銹鋼 方絲、β-鈦絲以及含銅鎳鈦絲鍍以DLC膜，研究發現類金剛石膜不銹鋼弓絲可明顯降低摩擦 系數并減輕磨損，對人牙周膜細胞具有良好生物相容性，并表現出抵抗變形鏈球菌粘附的 能力，然而類金剛石膜的主要缺點在于制備過程中產生較大的內應力是膜基結合較差，嚴 重影響了薄膜的實用化。因此在實現類金剛石膜的全方位、大面積、均勻沉積以及獲得良好 的膜基結合力方面還有許多工作要做。 近年來，隨著納米技術的不斷進步和發展，納米二氧化硅涂層作為一種新型表面 改性材料，也受到了越來越多的關注。大量研究表明，其具有高熔點、強抗腐蝕性、高穩定 性，高耐磨性等優點，在微電子器件和集成器件、光學薄膜器件和傳感器等領域得到了很好 的應用。作為一種較好的耐磨減摩材料，納米二氧化硅膜在生物醫學方面的特性亦引起人 們的關注研究。而在口腔醫學中已成功應用于牙體修復材料納米充填樹脂，以及義齒修復 中陶瓷冠修復并在臨床實踐中取得了比較好的效果。
技術實現思路
解決的技術問題:本專利技術的目的是提供一種表面覆有納米二氧化硅涂層的表面低 摩擦力耐蝕口腔正畸弓絲及其制備方法，該弓絲機械化學性能優異、耐腐蝕、滿足臨床口腔 應用要求。 技術方案:表面低摩擦力耐蝕口腔正畸弓絲，由以下方法制得:表面低摩擦力耐蝕 口腔正畸弓絲，由以下方法制得：奧氏體不銹鋼弓絲表面覆蓋有采用非平衡磁控濺射法沉 積的納米二氧化硅涂層，工藝參數為:靶材二氧化硅，純度優于99.99%，濺射功率200 w，稀 釋氣體Ar流量50 SCCM，工作氣壓2.0 Pa，沉積時間100 min。 所述奧氏體不銹鋼弓絲表面與納米二氧化硅涂層之間涂覆復合涂層，所述復合涂 層由水性聚氨酯乳液、聚四氟乙烯、納米二氧化硅、鈦酸四丁酯按質量比25:14:4:3制得。 納米二氧化娃涂層中納米顆粒的直徑不超過100nm。 納米二氧化硅涂層厚度為1微米。 表面低摩擦力耐蝕口腔正畸弓絲的制備方法，包括以下步驟：以奧氏體不銹鋼弓 絲為基材，在其表面采用非平衡磁控濺射法沉積制備納米二氧化硅涂層，沉積的工藝參數 為:靶材二氧化硅，純度優于99.99%，濺射功率200 w，稀釋氣體Ar流量50 SCCM，工作氣壓 2.0 Pa，沉積時間 100 min。 奧氏體不銹鋼弓絲沉積涂層前進行以下處理： a. 熱處理:將奧氏體不銹鋼弓絲加熱到930~950°C，保溫時間2.0~2.4分鐘/毫米，浸入 淬火劑中直接淬冷，淬冷到180~200°C結束淬冷處理;然后回火處理，回火加熱溫度為550~ 570°C，保溫時間2.2~2.4分鐘/毫米，油冷< 55°C后;在-70~-80°C的溫度下冷處理30min后 恢復至室溫;對冷處理之后進行280~320°C的低溫回火，低溫回火保溫時間2.3~2.7分鐘/ 毫米，空冷； b. 酸洗處理:將熱處理后的弓絲浸沒于酸洗液中浸泡30~40min，酸液溫度當前第1頁1&本文檔來自技高網...

【技術保護點】
表面低摩擦力耐蝕口腔正畸弓絲，其特征在于由以下方法制得：奧氏體不銹鋼弓絲表面覆蓋有采用非平衡磁控濺射法沉積的納米二氧化硅涂層,?工藝參數為：靶材二氧化硅，純度優于99.99%，濺射功率200?w，稀釋氣體Ar流量50?SCCM，工作氣壓2.0?Pa，沉積時間100?min。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李華，馬俊青，陳曉星，張昊，
申請(專利權)人：鎮江市口腔醫院，
類型：發明
國別省市：江蘇;32