表面處理的多晶陶瓷正牙托槽及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于將弓絲(20)聯(lián)結(jié)到牙齒上的正牙托槽(10)。正牙托槽(10)包含陶瓷注射成型(CIM)托槽主體(12)，所述主體包括被構(gòu)造成將弓絲(20)容納在其中的弓絲槽(18)。CIM托槽主體(12)包含多晶陶瓷。氧化鋁或二氧化硅涂層(14)連續(xù)和直接地與至少弓絲槽(18)的表面接觸。正牙托槽(10)具有出乎預(yù)料的高抗扭強(qiáng)度。陶瓷注射成型(CIM)托槽主體(12)可包含多晶陶瓷，所述陶瓷所具有的粒度分布的特征在于平均粒度在大于3.4μm到約6μm范圍內(nèi)，因而正牙托槽還具有出乎預(yù)料的高抗裂韌度。一種正牙托槽(10)的制造方法，包括使用陶瓷粉末注射成型制成托槽，燒結(jié)模制托槽，并涂覆陶瓷注射成型托槽。
【專利說明】表面處理的多晶陶瓷正牙托槽及其制造方法
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00910249078. 6、申請(qǐng)日為2009年11月13日、發(fā)明名稱為"表 面處理的多晶陶瓷正牙托槽及其制造方法"的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0003] 本申請(qǐng)請(qǐng)求享受美國專利申請(qǐng)序列號(hào)No. 61/114, 565申請(qǐng)日的權(quán)利，發(fā)明名稱 為《表面處理的多晶陶瓷正牙托槽及其制造方法》（"Surface Treated Polycrystalline Ceramic Orthodontic Bracket and Method of Making Same")，申請(qǐng)日為2008年 11 月 14 日，其公開內(nèi)容通過引用全文結(jié)合于此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004] 本發(fā)明一般涉及正牙托槽（orthodontic bracket)，特別涉及表面處理的多晶陶 瓷正牙托槽。

【背景技術(shù)】
[0005] 正牙托槽是一種專用于改善患者牙齒咬合情況的正牙治療的基本組件。在傳統(tǒng)的 正牙治療中，整形牙醫(yī)將托槽貼附于患者的牙齒上并將弓絲（archwire)接合進(jìn)每個(gè)托槽 的槽中。弓絲施加矯正壓力，該壓力強(qiáng)制沒有對(duì)齊的牙齒移動(dòng)到矯正的正確位置上的。矯 形線（ligature)，比如小的彈性0形圈或細(xì)金屬線，被用來將弓絲保持在每個(gè)托槽槽里。備 選地，已經(jīng)研究出不需要矯形線的自合式正牙托槽。不同于使用矯形線，自合式托槽依靠可 移動(dòng)閉鎖件或滑塊將弓絲限定在托槽槽里。
[0006] 傳統(tǒng)的正牙托槽通常是用不銹鋼制成的，其堅(jiān)固，無吸收性，可焊接，并相對(duì)容易 成形和進(jìn)行機(jī)械加工。但是，使用金屬正牙托槽接受正牙治療的患者可能會(huì)由于金屬托槽 容易被看見而感到難為情，因?yàn)榧词共蛔屑?xì)觀察也很容易地看到患者在進(jìn)行治療，更重要 的是，這并不美觀。為了改善其外觀，某些正牙托槽利用了由透明或半透明非金屬材料制成 的托槽主體，比如聚合樹脂（polymer resin)或陶瓷。托槽透明或半透明的性質(zhì)使得下面 的牙齒顏色或色度可以透過托槽顯現(xiàn)出來。基于這個(gè)原因，與金屬托槽相比，透明或半透明 托槽更不顯眼，因而也更受歡迎。
[0007] 盡管從美觀的角度上陶瓷托槽超越了金屬托槽，但眾所周知陶瓷托槽比金屬托槽 更容易破裂，金屬托槽更易發(fā)生變形而非毀滅性損壞。因此，就需要一種陶瓷托槽，其對(duì)拉 伸和彎曲應(yīng)力具有更大抵抗性，并能克服已知陶瓷托槽的不足。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為達(dá)到這些目的，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，用于將弓絲聯(lián)結(jié)到牙齒上的正牙 托槽包含陶瓷注射成型（CM)托槽主體，所述主體被構(gòu)造成安裝在牙齒上并包括弓絲槽， 所述弓絲槽被構(gòu)造成將弓絲容納在其中。CM托槽主體包含多晶陶瓷和氧化鋁或二氧化 硅第一涂層，所述涂層連續(xù)和直接地與CM托槽主體的至少包括弓絲槽表面的一部分相接 觸。
[0009] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，用于將弓絲聯(lián)結(jié)到牙齒上的正牙托槽包含陶瓷注射成型 (CM)托槽主體，所述主體被構(gòu)造成安裝在牙齒上并包括弓絲槽，所述弓絲槽被構(gòu)造成將弓 絲容納在其中。CM托槽主體包含多晶陶瓷和第一涂層，所述涂層基本上由氧化鋁組成，其 與CM托槽主體的至少包括弓絲槽表面的一部分相接觸。
[0010] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，用于將弓絲聯(lián)結(jié)到牙齒上的正牙托槽包含陶瓷注射成型 (CM)托槽主體，所述主體被構(gòu)造成安裝在牙齒上并包括弓絲槽，所述弓絲槽被構(gòu)造成將弓 絲容納在其中。CM托槽主體包含多晶陶瓷和氧化鋁或二氧化硅第一涂層，所述多晶陶瓷所 具有的粒度分布的特征在于平均粒度在大于3. 4 μ m到約6 μ m范圍內(nèi)，所述涂層連續(xù)和直 接地與CM托槽主體的至少包括弓絲槽表面的一部分相接觸。
[0011] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，用于將弓絲聯(lián)結(jié)到牙齒上的正牙托槽的制造方法包括提供 陶瓷粉末和粘合劑的混合物；將混合物注入模腔形成模制托槽主體；加熱模制托槽主體以 將粘合劑基本上從模制托槽主體上去除；燒結(jié)模制托槽主體形成陶瓷注射成型（CM)托槽 主體，所述主體被構(gòu)造成安裝在牙齒上；在CM托槽主體中形成弓絲槽，所述槽被構(gòu)造成將 弓絲容納在其中；以及形成氧化鋁或二氧化硅第一涂層，所述涂層在CIM托槽主體的至少 包括弓絲槽表面的一部分上方連續(xù)和直接地與CIM托槽主體相接觸。
[0012] 在又另一個(gè)實(shí)施方式中，用于將弓絲聯(lián)結(jié)到牙齒上的正牙托槽包含陶瓷注射成型 (CM)托槽主體，所述主體被構(gòu)造成安裝在牙齒上并包括弓絲槽，所述弓絲槽被構(gòu)造成將弓 絲容納在其中。CM托槽主體包含多晶陶瓷和陶瓷涂層，所述多晶陶瓷所具有的粒度分布的 特征在于平均粒度在大于3. 4 μ m到約6 μ m范圍內(nèi)，所述陶瓷涂層連續(xù)和直接地與CM托 槽主體的包括弓絲槽的表面的至少一部分相接觸。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 作為本說明書的組成部分，附圖畫出了本發(fā)明的實(shí)施方式，與上面給出的一般說 明，與下面給出的細(xì)節(jié)說明一起，起到解釋本發(fā)明各方面的作用。
[0014] 圖1是依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的正牙托槽的透視圖；
[0015] 圖2A，2B和2C是陶瓷注射成型（CM)托槽主體的初步形成（as-formed)的弓絲 槽表面取500倍放大的電子顯微圖，描繪了關(guān)于陶瓷注射成型處理過程的缺陷；
[0016] 圖2D是陶瓷注射成型（CM)托槽主體的初步形成的弓絲槽表面取160倍放大的 電子顯微圖，描繪了與陶瓷注射成型處理過程有關(guān)的多處缺陷；
[0017] 圖3是依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式CM托槽主體上多層涂層的示意圖；
[0018] 圖4A是CM托槽主體表面取1000倍放大的電子顯微圖，描繪了依照本發(fā)明一個(gè) 實(shí)施方式的CIM托槽主體表面的微結(jié)構(gòu)；
[0019] 圖4B是CM托槽主體橫截面的電子顯微圖，描繪了依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的 CIM托槽主體內(nèi)部的微結(jié)構(gòu)；
[0020] 圖5A是依照正牙托槽抗扭強(qiáng)度的測(cè)量程序，固定到不銹鋼球軸承（ball bearing)上的托槽的透視圖；
[0021] 圖5B是依照正牙托槽抗扭強(qiáng)度的測(cè)量程序，與扭轉(zhuǎn)臂組裝在一起的圖5A所示的 托槽/球軸承組件的透視圖；
[0022] 圖5C是依照正牙托槽抗扭強(qiáng)度的測(cè)量程序，與臂定位器組裝在一起的圖5B所示 的扭轉(zhuǎn)臂的透視圖；
[0023] 圖?是圖5B所示的扭轉(zhuǎn)臂與圖5C所示的臂定位器組裝在一起的側(cè)視圖，畫出了 它們與拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)5542壓縮錘體的相對(duì)位置；
[0024] 圖5E是臂定位器和拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)5542壓縮錘體的前視圖，畫出了與壓縮錘體 中凹進(jìn)對(duì)齊的扭轉(zhuǎn)臂樞軸；以及
[0025] 圖6A和6B是本發(fā)明實(shí)施方式暴露的斷裂面取1000倍放大的電子顯微圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的示例性正牙托槽10在圖1中畫出。正牙托槽10包括 陶瓷注射成型（CIM)的托槽主體12,所述主體包含多晶陶瓷和涂層14,所述涂層是氧化鋁 (A1 203)，二氧化硅（Si02)，氧化鋯（Zr02)或其他陶瓷，比如其他氧化物，氮化物，或硼化物， 該涂層覆蓋了 CM托槽主體12的至少一部分。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)涂層14出乎預(yù)料地改進(jìn)了 CIM 托槽主體12的抗扭強(qiáng)度并抵消了與陶瓷注射成型處理過程相關(guān)的獨(dú)特表面缺陷所造成的 影響，這些缺陷通常在其他制造方法中并未遇到。涂層14在下面進(jìn)行更詳細(xì)介紹。
[0027] 正牙托槽10還可包括聯(lián)結(jié)到CM托槽主體12的可移動(dòng)閉合部件。該可移動(dòng)閉合 部件可包括綁縛（ligating)滑塊16或其他與CIM托槽主體12聯(lián)結(jié)的機(jī)械閉鎖件。綁縛 滑塊16可在圖1所示的開放位置和關(guān)閉位置（未示出）之間移動(dòng)。盡管在圖1中描繪了 自合式托槽（self-ligating bracket),本發(fā)明的實(shí)施方式不限于自合式托槽，還同樣適于 各種其他類型的正牙托槽，包括正牙治療領(lǐng)域已知的綁翼式（tiewing-type)正牙托槽（也 就是需要縛線的那些托槽）。
[0028] 參見圖1，CM托槽主體12包括形成于其中并適于容納弓絲20(用虛線表示）的 弓絲槽18,其用于在將(ΠΜ托槽主體12固定到患者牙齒時(shí)將矯正力作用到牙齒上。當(dāng)被 安裝到患者上頜牙齒的唇面上時(shí)，CIM托槽主體12具有舌側(cè)22,咬合側(cè)24,牙齦側(cè)26,中 間（mesial)側(cè)28,遠(yuǎn)側(cè)30,和唇側(cè)32。CM托槽主體12的舌側(cè)22被構(gòu)造為以任何傳統(tǒng)方 式固定在牙齒上，比如通過適當(dāng)?shù)恼鲤す谭刍蛘澈蟿┗蛲ㄟ^圍繞在相鄰牙齒周圍的綁帶 (未示出）進(jìn)行固定。舌側(cè)22可進(jìn)一步具有墊33,所述墊限定出適于固定到牙齒表面的接 合基部34。CM托槽主體12包括基部表面36和一對(duì)相對(duì)的槽表面38、40,它們從基部表面 36向唇突出，共同限定出弓絲槽18,沿著中間向遠(yuǎn)端的方向從中間側(cè)28延伸到遠(yuǎn)側(cè)30。
[0029] 相應(yīng)地，參見圖1，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，涂層14至少覆蓋弓絲槽18的表面 36, 38和40。然而，涂層14也可設(shè)置在CM托槽主體12的其他表面上，比如側(cè)面22, 24， 26, 28, 30和32中的任一個(gè)或多個(gè)。例如，涂層14可被設(shè)置在與弓絲20接觸的表面上，放 置在CM托槽主體12的已知從注射成型處理過程中會(huì)發(fā)生缺陷的區(qū)域，和/或在使用或安 裝過程中受到拉伸應(yīng)力的表面上。備選地，涂層14可以充分地覆蓋CIM托槽主體12的全 部可見表面。能夠理解到涂層14的設(shè)置取決于用來形成涂層14的處理過程。
[0030] 如上所提到的，本領(lǐng)域公知CM托槽主體12由陶瓷注射成型處理過程形成，并 可用陶瓷注射模具制成，如日本東京的Tosoh Corporation和加利福尼亞Costa Mesa的 Ceradyne Inc.。例如，CM托槽主體12可以通過將陶瓷粉末如氧化鋁粉末和一種或多種 粘合劑混合形成膏體或濃漿來制造。可以調(diào)配粘合劑（例如，熱塑性或熱固性聚合物或蠟） 以便在注入和灼燒（burnout)過程中促進(jìn)膏體流動(dòng)，或在隨后的去粘合或預(yù)燒結(jié)操作過程 中便于去除。膏體在注入之前可被加熱到100°C至200°C之間。可以使用高壓液壓機(jī)將加 熱的膏體在高達(dá)lOOMPa的壓力下注入模具腔，但是，根據(jù)膏體粘度、粉末類型及其他處理 因素也可用到更高或更低的壓力。模具腔至少部分地與CM托槽主體12的形狀相對(duì)應(yīng)，在 隨后的燒結(jié)操作過程中，所述主體形狀會(huì)考慮到收縮（如果有的話）而進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，弓 絲槽18可完全由模具腔形成、或部分形成，或不形成（unformed)。
[0031] 在注射成型之后，模制的CM托槽主體受熱，達(dá)到本領(lǐng)域公知去除粘合劑的溫度。 例如，對(duì)于氧化鋁來說，粘合劑的去除發(fā)生在200°C至700°C之間的溫度。在去除粘合劑之 后，模制的CIM托槽主體通過繼續(xù)加熱而預(yù)燒結(jié)。高純度氧化鋁（約99. 95wt%的氧化鋁） 的預(yù)燒結(jié)發(fā)生在900°C至1200°C之間的溫度下。預(yù)燒結(jié)之后，經(jīng)過預(yù)燒結(jié)的CM托槽主體 被燒結(jié)。燒結(jié)溫度可在140(TC至1800°C之間，這取決于，例如，起始粉末的顆粒尺寸分布， 其他處理因素，和多晶陶瓷的粒度分布，這將在下面進(jìn)行詳細(xì)解釋。在另一實(shí)施方式中，預(yù) 燒結(jié)注射成型CM主體在1300°C至1600°C之間的溫度下受到壓力為68MPa到207MPa的高 溫等靜壓（HIPed)，這是本領(lǐng)域所公知的。能夠理解到高溫等靜壓法（HIPing)可用于燒結(jié) 操作以外的過程中。燒結(jié)和/或高溫等靜壓法（HIPing)之后，CIM托槽主體12包含以粒 度分布為特征的多晶陶瓷。在一個(gè)實(shí)施方式中，多晶陶瓷包含氧化鋁，其具有的粒度分布的 特征在于其平均粒度在大于3. 4 μ m到約6 μ m范圍內(nèi)。如下所述，具有在此范圍內(nèi)平均粒 度的多晶陶瓷表現(xiàn)出了出乎預(yù)料的高抗裂韌度。
[0032] 在一個(gè)實(shí)施方式中，在燒結(jié)和/或高溫等靜壓法之后，CM托槽主體12被退火處 理，也就是被加熱到一定溫度然后保持一段足以進(jìn)一步更改粒度分布的時(shí)間。對(duì)粒度分布 的更改可發(fā)生在約1300°C或更高的溫度下。然而，溫度高于或低于1300°C都可以更改粒 度分布，這取決于CM托槽主體12保持在退火溫度的時(shí)間長短。例如，CM托槽主體12可 被保持在約1300°C約1小時(shí)的時(shí)間。另外，托槽主體可在各種氣氛中受熱，例如包括氫氣 (?)，氮?dú)猓∟ 2)，和氬氣（Ar)。
[0033] 在上述操作之后，在弓絲槽18僅部分由注射成型處理過程形成或未由注射成型 形成的情況下，就需要研磨操作在CIM托槽主體12中完全形成弓絲槽18。例如但不限于該 例，弓絲槽18由240/320網(wǎng)格（mesh)的金剛石摻結(jié)砂輪研磨。
[0034] 盡管陶瓷注射成型是形成復(fù)雜形狀如正牙托槽的一種經(jīng)濟(jì)的處理方法，它也在陶 瓷粉末形成操作中造成了獨(dú)特的缺陷。產(chǎn)生缺陷的原因有攪拌不足，注入過程中對(duì)壓力或 溫度的控制不足，模型設(shè)計(jì)，或操作磨損造成的模型缺陷等。與陶瓷注射成型相關(guān)的表面缺 陷的例子在圖2八，28,2(：，和20中畫出。上述缺陷包括但不限于(：頂托槽主體12中的局部 粉末/粘合劑密度變化，這會(huì)造成表面瑕疵，如在粘合劑多的區(qū)域出現(xiàn)浮泡（blister)。浮 泡經(jīng)常會(huì)在粘合劑灼燒操作過程中爆裂而留下表面缺陷，如圖2A所示。另外的例子是，圖 2B畫出了具有多處缺陷的弓絲槽表面的底邊緣。相似地，圖2C畫出了弓絲槽中的其他缺 陷，而取較低放大倍數(shù)的圖2D畫出了在弓絲槽表面中缺陷眾多的狀況。其他缺陷包括裂 縫、孔、或裂縫和孔。這些缺陷可能是由于工具磨損、粘合劑和模型表面粘結(jié)、或浮泡等所造 成的，這里僅指出一些。有時(shí)，粉末/粘合劑密度改變會(huì)導(dǎo)致不均勻的區(qū)域，所述區(qū)域會(huì)在 CM托槽主體12中產(chǎn)生殘余應(yīng)力，所述應(yīng)力隨后通過產(chǎn)生微裂紋的方式釋放。
[0035] 當(dāng)缺陷發(fā)生在弓絲槽18其中或周圍時(shí)，如圖2A-2D所示，或發(fā)生在高拉伸應(yīng)力區(qū) 時(shí)，缺陷的存在就特別成問題。本領(lǐng)域技術(shù)人員能理解到為了矯正牙齒不齊的問題，弓絲20 可向CIM托槽主體12施加扭矩以促使牙齒到達(dá)其正牙正確的位置。弓絲20的扭矩在正牙 托槽10中形成拉伸應(yīng)力。該拉伸應(yīng)力由于上述缺陷的存在而被放大。如果拉伸應(yīng)力在被 任意單個(gè)缺陷放大時(shí)超過了陶瓷托槽的強(qiáng)度，陶瓷托槽就會(huì)發(fā)生破裂。典型地，陶瓷托槽會(huì) 在遠(yuǎn)低于根據(jù)陶瓷材料理論強(qiáng)度所預(yù)測(cè)出的應(yīng)力等級(jí)時(shí)發(fā)生損壞。
[0036] 為了解決與通過陶瓷注射成型制成的托槽主體特定相關(guān)的問題，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在 CM托槽主體12的一部分上，包括在弓絲槽18的表面36、38、和40上施加涂層14能夠出 乎預(yù)料地改進(jìn)正牙托槽10的抗扭強(qiáng)度。特別地，本發(fā)明的正牙托槽10的特征在于比相同 設(shè)計(jì)但沒有涂層14的托槽主體具有更高的抗扭強(qiáng)度。例如，僅作為例子，抗扭強(qiáng)度比生坯 (as-molded)托槽主體可至少提高近似5% ;在進(jìn)一步的例子中，抗扭強(qiáng)度可至少提高近似 20% ;并且，在進(jìn)一步的例子中可至少提高近似60%。有利地，正牙托槽10在處理、安裝、 或更重要地在臨床使用過程中都不容易發(fā)生損壞。從而患者吞下或吸入破裂托槽的風(fēng)險(xiǎn)就 較??；患者要容忍的托槽移位更少，如果有的話；并且正牙治療也進(jìn)行得更快。此外，正牙 托槽10外形美觀，從而患者在治療過程中感覺更自然。
[0037] 在一個(gè)實(shí)施方式中，涂層14是非晶態(tài)的（amorphous)(非晶態(tài)材料缺乏長程有 序的原子結(jié)構(gòu)并且沒有清晰的X線衍射峰）。在另一實(shí)施方式中，與非晶態(tài)不同，涂層14 包含納米晶體（nanocrystal)，其橫向測(cè)量僅為二或三個(gè)晶胞，但大體在任一維度都小于 100nm。在一個(gè)實(shí)施方式中，涂層14包含晶體，從而涂層14的微結(jié)構(gòu)比CM托槽主體12的 微結(jié)構(gòu)更精細(xì)。例如，涂層14中晶體的平均尺寸小于CIM托槽主體12的平均粒度。在一 個(gè)實(shí)施方式中，涂層14包含高純度氧化鋁或二氧化硅。氧化鋁或二氧化硅晶體或納米晶體 不被包含在另一種材料基體如玻璃基體中，哪怕是一部分。相反地，納米晶體形式或非晶體 形式的氧化鋁或二氧化硅連續(xù)且直接地與CM托槽主體12相連通。另外，在另一個(gè)實(shí)施方 式中，氧化鋁涂層14至少是約87. 5wt. %的氧化鋁。在進(jìn)一步的例子中，氧化鋁至少是約 99wt. %的氧化鋁。在又另一例子中，氧化鋁至少是約99. 5wt. %的氧化鋁。在一個(gè)實(shí)施方 式中，涂層14基本由氧化鋁組成。此處用到的"基本由……組成"是指不故意向涂層14中 添加其他成分。然而，可以預(yù)見到，在原料中或加工過程中會(huì)引入其他成分的雜質(zhì)。
[0038] 在一個(gè)實(shí)施方式中，涂層14可以是通過氣相沉積涂層14所形成的氧化鋁或二氧 化硅薄膜。氣相沉積涂層可通過本領(lǐng)域公知的膜沉積技術(shù)形成，比如物理氣相沉積（PVD) 或化學(xué)氣相沉積（CVD)，但是其他膜沉積技術(shù)也同樣適用。
[0039] 涂層14的厚度從幾個(gè)埃（例如，氧化鋁或二氧化硅的二或三個(gè)原始晶胞厚）到約 15 μ m，或可能是其他不減損CIM托槽主體12外觀的同時(shí)可提供改進(jìn)抗扭強(qiáng)度的厚度。例 如，考慮到CIM托槽主體12表面粗糙度，涂層14可具有生成連續(xù)涂層的最小厚度。具體來 說，如果CM托槽主體12的表面粗糙度是0. 1 μ m Ra，那么涂層厚度平均可為約0. 1 μ m厚 或略厚一些，以便在CIM托槽主體12表面上形成連續(xù)涂層。在進(jìn)一步的例子中，涂層厚度 可在約Ιμπι至約2μπι之間，而在另一實(shí)施方式中，涂層14約為1.5μπι厚。
[0040] 參見圖3,在另一實(shí)施方式中，在涂層14上形成了額外的涂層從而在CM托槽主 體12上形成了多層涂層42。例如，第二涂層44可通過與上述用來形成涂層14相似的方 法形成在涂層14的至少一部分上。在圖3所示的一個(gè)實(shí)施方式中，第二涂層44與涂層14 連續(xù)且直接相連通。第二涂層44可以是貼附于涂層14上的陶瓷，如氧化鋁，另一種透明氧 化物，氮化物或硼化物。備選地，第二涂層44可以是本身不透明或半透明的材料，但其厚度 可以非常薄足以使得包含第二涂層44的多層涂層42容易地成為透明或半透明。第二涂層 44的范圍從幾個(gè)埃厚到約15 μπι厚。在進(jìn)一步的例子中，第二涂層44的厚度可在約Ιμπι 至約2μηι之間，或，在又另一例子中，約1. 5μηι厚。
[0041] 如圖3所示，在另一實(shí)施方式中，第三涂層46可被形成在第二涂層44的至少一部 分上。第三涂層46可以是與第二涂層44或涂層14相同的材料，或者第三涂層46可以是 貼附于第二涂層44以及涂層14和CIM托槽主體12未被第二涂層44所覆蓋的任意部分上 的不同陶瓷材料。與具有基本相同厚度不同（如圖3所示），各個(gè)涂層14,44,46也可具有 不同的厚度。多層涂層42整體上是透明或半透明的，從而使得托槽的美觀特性不會(huì)被多層 涂層42所損害。盡管多層涂層42是畫出包含三層，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解到依照在此 介紹的原理還可增添額外的層。
[0042] 如圖3所示，形成多層涂層42的額外層可通過例如轉(zhuǎn)動(dòng)CM托槽主體12的方式 實(shí)現(xiàn)，所述主體具有從一個(gè)涂層處理過程所得到的任意在先加上的涂層并將進(jìn)入一個(gè)或多 個(gè)額外涂層處理過程的。備選地，多層涂層42可通過脈沖調(diào)節(jié)或循環(huán)運(yùn)行涂層處理過程的 電源而形成，從而形成一個(gè)或多個(gè)額外的離散層。
[0043] 在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，CM托槽主體12表面的一部分在涂層之前被去除。 例如，去除的表面部分包括CIM托槽主體12的所有可見表面或可包括弓絲槽內(nèi)的表面。經(jīng) 確認(rèn)，在對(duì)CM托槽主體12施加涂層之前從CM托槽主體12上去除已形成的表面缺陷將 會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)抗扭強(qiáng)度。抗扭強(qiáng)度比生坯（as-molded)托槽主體可至少提高近似5% ;在 進(jìn)一步的例子中，抗扭強(qiáng)度可至少提高近似20% ;并且，在進(jìn)一步的例子中可至少提高近似 60%。去除的深度要足以去除與上述注射成型和其他后續(xù)處理過程相關(guān)的缺陷。在一個(gè)實(shí) 施方式中，在進(jìn)行涂層之前去除了厚達(dá)約15μπι的CM托槽主體12表面。去除表面的一部 分可包括研磨，使用等離子源蝕刻表面，使用酸蝕刻表面（例如，磷酸，硫酸，或其他能夠蝕 刻陶瓷材料的酸），離子統(tǒng)削（ion milling)表面，或激光烙蝕表面，或它們的組合。
[0044] 在又另一實(shí)施方式中，CM托槽主體12表面可進(jìn)行離子轟擊表面處理。離子轟擊 發(fā)生在去除一部分CIM托槽主體12表面之后或涂覆生坯表面之前。離子轟擊可包括金屬離 子轟擊，以便將離子植入CIM托槽主體12表面或可包括在惰性氣體離子轟擊之后的混合金 屬離子轟擊。經(jīng)確認(rèn)，經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)將離子植入表面的在前處理過程將會(huì)使得CIM托槽 主體12表面具有壓縮殘余應(yīng)力?？捎^測(cè)到抗扭強(qiáng)度比生坯托槽主體增加了至少近似5% ; 在進(jìn)一步的例子中，抗扭強(qiáng)度可至少提高近似20%;并且，在進(jìn)一步的例子中可比生坯托槽 主體增加了至少近似60%。在不約束于理論的情況下參見圖1，發(fā)明人相信氧化鋁或二氧 化硅涂層14出乎預(yù)料地改進(jìn)了 CM托槽主體12的平均抗扭強(qiáng)度，這是因?yàn)橥繉?4減小了 弓絲20和弓絲槽18之間的摩擦并防止了弓絲20在任意單個(gè)位置或沿弓絲槽18內(nèi)的直線 磨蝕或戳進(jìn)（dig) CM托槽主體12中。這最大程度地減小了在CIM托槽主體12中誘發(fā)微裂 紋的可能性。進(jìn)一步，涂層14可防止CIM托槽主體12在受到拉伸負(fù)荷時(shí)其表面裂縫（例 如，在圖2A-2D中所示的那些）張開。涂層14還可以在CM托槽主體12表面中形成壓縮 應(yīng)力。因此，弓絲20扭矩所生成的拉伸應(yīng)力必須首先要克服在表面中感生的壓縮應(yīng)力，然 后拉伸凈應(yīng)力才會(huì)施加在CIM托槽主體12的表面中。
[0045] 有時(shí)，應(yīng)力會(huì)被轉(zhuǎn)移到涂層14上，從而形成的裂縫更可能會(huì)形成在涂層14的表面 而不是形成在CIM托槽主體12內(nèi)。在涂層14表面起始的裂縫被認(rèn)為行進(jìn)到涂層14和CM 托槽主體12之間的界面處，在那里它們發(fā)生偏離。通過偏離裂縫，裂縫長度必定會(huì)增加。通 過增加裂縫長度，裂縫傳播進(jìn)入CIM托槽主體12中所需的拉伸應(yīng)力也增加了，并且因此，改 進(jìn)了抗扭強(qiáng)度。參見圖3，如果使用了多層涂層，裂縫傳播路徑48將被進(jìn)一步延長，不僅由 于每層的厚度，還由于所示裂縫沿每層之間界面?zhèn)鞑サ内厔?shì)。
[0046] 為了幫助對(duì)本發(fā)明更完整的理解，提供了接下來的非限定性實(shí)例。
[0047] 實(shí)例
[0048] 兩個(gè)不同自合式托槽設(shè)計(jì)（分別是模型A和模型C)的托槽樣品是從日本東京的 Tosoh公司購買的。兩種不同的多晶氧化鋁化合物被用來模制模型A和模型C托槽。Tosoh 公司的一種氧化鋁化合物稱作PXA-800-A (此后稱為"#1氧化鋁化合物"），而另一種稱作 PXA-801-A (此后稱為"#2氧化鋁化合物"）。兩種氧化鋁化合物之間的已知差異在于在陶 瓷注射成型處理過程中所使用的粘合劑/粉末比。#2氧化鋁化合物具有比#1氧化鋁化合 物更多的粘合劑。除了指定形成托槽的氧化鋁化合物（也就是#1氧化鋁化合物或#2氧化 鋁化合物）之外，托槽微結(jié)構(gòu)的期望平均粒度也是指定的。例如，僅作為實(shí)施例而不起限定 作用，從Tosoh收到的CIM托槽主體的外表面微結(jié)構(gòu)在圖4A中表示出來，而CIM托槽主體 的內(nèi)部微結(jié)構(gòu)在圖4B中表示出來。已收到的托槽的一部分受到如下所述進(jìn)一步的表面處 理并因而分組。每個(gè)托槽的抗扭強(qiáng)度測(cè)量如下。
[0049] 參見圖5A，每個(gè)樣品托槽50,經(jīng)表面處理之后，如果有的話，被各自用粘結(jié)劑（例 如，480, P/N48040, Henkel Loctite Corporation, Rocky Hill, Connecticut) 附加在一個(gè)半英寸鋼珠支撐件（bearing) 52上（鋼珠表面在附加之前被蝕刻）。支撐件52 和樣品托槽50的組件被用加速器（例如,Loctite(l) 712)噴射到完全將粘結(jié)劑固化。矩 形弓絲54(例如，0.018英寸乘0.025英寸的不銹鋼弓絲，Ormco Part No. 254-1825,或者 0. 0215英寸乘0. 028英寸的不銹鋼弓絲，Ormco Part No. 254-1528)被切成1英寸的長度 以便與托槽一起使用。不同尺寸大小的其他弓絲也被用到，如下所述。每個(gè)托槽的自合式 特征被去除。切成適當(dāng)大小的弓絲被插入每個(gè)樣品托槽50的弓絲槽中。每個(gè)弓絲54通過 彈性0形圈綁縛在托槽上，所述彈性0形圈為Ormco公司（Ormco Part No. 640-0074)的 Molded Power〃0〃（0.110 英寸），其使用 了彈性定位器（Ormco Part No. 801-0039)防止弓 絲和弓絲槽之間出現(xiàn)松配合。換句話說，所選弓絲要緊密地配合又位于弓絲槽內(nèi)。
[0050] 參見圖5A和5B，附加在球支撐件52上的樣品托槽50的縛式弓絲54與扭轉(zhuǎn)臂56 接合，用于在Instron5542上進(jìn)行抗扭強(qiáng)度測(cè)量。如圖5A所示，托槽50的牙齦側(cè)定位成面 向上方的形式與扭轉(zhuǎn)臂56聯(lián)結(jié)。扭轉(zhuǎn)臂56,如圖5B和5C所示，是帶有叉形末端57的鋼 桿，該叉形末端具有在垂直方向上用做圍繞托槽50的間隙的凹口，和在水平方向上使其能 夠與從樣品托槽50每個(gè)邊上突出的弓絲54接合的凹口。為了適配不同弓絲尺寸，會(huì)用到 許多扭轉(zhuǎn)臂，每個(gè)都具有不同的水平凹口尺寸。叉形末端57中的水平凹口尺寸設(shè)定為與一 種弓絲尺寸相配（例如，與0. 019英寸乘0. 025英寸，0. 021英寸乘0. 028英寸，或0. 021英 寸乘0.025英寸的弓絲相配）。然而扭轉(zhuǎn)臂的其他尺寸大小保持不變。每個(gè)扭轉(zhuǎn)臂56從 叉形末端57到施加負(fù)載的扭轉(zhuǎn)臂樞軸62有近似1. 6英寸（4. 06cm)長。除了長度之外，叉 形末端57部分到垂直凹口的每一側(cè)為0. 150英寸寬，而用做圍繞托槽50的間隙的垂直凹 口測(cè)量為0. 200英寸寬乘0. 150英寸深。參見圖5C，扭轉(zhuǎn)臂56被夾持在臂定位器60的夾 持槽中，所述定位器與Instron5542共同作用。球支撐件52被鉗夾在一個(gè)半英寸5C的夾 頭（未畫出）中來水平地夾持扭轉(zhuǎn)臂56和臂定位器60,并垂直于Instron5542的壓縮錘 頭（ram)58所施加負(fù)荷的方向，如圖5D所示。參見圖5E，臂定位器60在形成于壓縮錘頭 58末端中的凹進(jìn)64內(nèi)與扭轉(zhuǎn)臂樞軸62對(duì)齊。Instron5542具有± 100N的靜載荷單元并 使用Bluehill2軟件版本2. 13操作。
[0051] 每個(gè)樣品的抗扭強(qiáng)度通過用壓縮錘頭58以20mm/min的速率移動(dòng)扭轉(zhuǎn)臂/臂定位 器（在扭轉(zhuǎn)臂樞軸62處）直到樣品托槽損壞為止的方式進(jìn)行測(cè)量。每組的平均抗扭強(qiáng)度 是從依照在前程序損壞時(shí)的每個(gè)托槽負(fù)荷計(jì)算得出的。
[0052] 表1-模型A托槽
[0053]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于將弓絲與牙齒聯(lián)結(jié)的正牙托槽，包含： 陶瓷注射成型（CM)托槽主體，被構(gòu)造成安裝在牙齒上并包括弓絲槽，所述弓絲槽被 構(gòu)造成將弓絲容納在其中，所述CM托槽主體包含多晶陶瓷；以及 氧化鋁或二氧化硅的第一涂層，所述第一涂層與CM托槽主體的包括弓絲槽表面的至 少一部分連續(xù)和直接接觸。
2. -種用于將弓絲與牙齒聯(lián)結(jié)的正牙托槽，包含： 陶瓷注射成型（CM)托槽主體，被構(gòu)造成安裝在牙齒上并包括弓絲槽，所述弓絲槽被 構(gòu)造成將弓絲容納在其中，所述CM托槽主體包含多晶陶瓷；以及 第一涂層，所述涂層基本上由氧化鋁組成，其與CM托槽主體的包括弓絲槽表面的至 少一部分接觸。
3. 如權(quán)利要求2所述的正牙托槽，其特征在于，所述第一涂層包含平均粒度小于多晶 陶瓷平均粒度的微結(jié)構(gòu)。
4. 如權(quán)利要求3所述的正牙托槽，其特征在于，所述多晶陶瓷是具有平均粒度在大于 3. 4μπι至約6μπι范圍內(nèi)的氧化鋁。
5. -種用于將弓絲與牙齒聯(lián)結(jié)的正牙托槽，包括： 陶瓷注射成型（CM)托槽主體，被構(gòu)造成安裝在牙齒上并包括弓絲槽，所述弓絲槽被 構(gòu)造成將弓絲容納在其中，所述CIM托槽主體包含多晶陶瓷，所述多晶陶瓷所具有的粒度 分布的特征在于平均粒度在大于3. 4 μ m到約6 μ m范圍內(nèi)；以及 氧化鋁或二氧化硅的第一涂層，所述第一涂層與CM托槽主體的包括弓絲槽表面的至 少一部分連續(xù)和直接接觸。
6. 如權(quán)利要求5所述的正牙托槽，其特征在于，所述粒度分布不是對(duì)數(shù)正態(tài)分布。
7. -種用于將弓絲與牙齒聯(lián)結(jié)的正牙托槽的制造方法，包含： 提供陶瓷粉末和粘合劑的混合物； 將混合物注入模腔形成模制托槽主體； 加熱所述模制托槽主體以便將粘合劑基本上從所述模制托槽主體上去除； 燒結(jié)所述模制托槽主體形成陶瓷注射成型（CIM)托槽主體，所述主體被構(gòu)造成安裝在 牙齒上； 在所述CIM托槽主體中形成弓絲槽，所述弓絲槽被構(gòu)造成將弓絲容納在其中；以及 形成氧化鋁或二氧化硅的涂層，所述涂層在CM托槽主體的包括弓絲槽的至少一部分 上與所述CM托槽主體連續(xù)和直接接觸。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述CIM托槽主體是由多晶陶瓷制成，所述 多晶陶瓷所具有的粒度分布的特征在于平均粒度在大于3. 4 μ m到約6 μ m范圍內(nèi)。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在形成涂層前進(jìn)一步包含： 離子轟擊所述CIM托槽主體的表面，以便將離子植入所述CIM托槽主體的表面。
10. -種用于將弓絲與牙齒聯(lián)結(jié)的正牙托槽，包括： 陶瓷注射成型（CM)托槽主體，被構(gòu)造成安裝在牙齒上并包括弓絲槽，所述弓絲槽被 構(gòu)造成將弓絲容納在其中，所述CIM托槽主體包含多晶陶瓷，所述多晶陶瓷所具有的粒度 分布的特征在于平均粒度在大于3. 4 μ m到約6 μ m范圍內(nèi)；以及 陶瓷涂層，所述陶瓷涂層與CIM托槽主體的包括弓絲槽表面的至少一部分連續(xù)和直接 地接觸。
【文檔編號(hào)】C04B35/111GK104146785SQ201410252656
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2008年11月14日
【發(fā)明者】R·羅德里格斯, F·法新尼亞, A·魯伊斯維拉, W·伍德 申請(qǐng)人:奧姆科公司