激光焊接技術(shù)在PFM上的應(yīng)用
課前問(wèn)
焊接是指通過(guò)適當(dāng)?shù)奈锢砘瘜W(xué)過(guò)程使兩個(gè)分離的固態(tài)物體產(chǎn)生原子(分子)間結(jié)合力而連接成一體的方法。牙科應(yīng)用焊接技術(shù)制作修復(fù)體已有一百多年的歷史了。以往采用的焊接方法為焊料焊接，如金焊、銀焊。這些傳統(tǒng)的焊接方法具有加熱時(shí)間長(zhǎng)、熱變形大、且易產(chǎn)生氧化、焊接點(diǎn)簿弱、操作繁瑣等諸多缺點(diǎn)，已不能滿足現(xiàn)代口腔修復(fù)的要求 目前，已有研究將工業(yè)上應(yīng)用的幾種焊接技術(shù)引入口腔修復(fù)學(xué)領(lǐng)域，如激光焊、氬弧焊、紅外線焊、等離子弧焊、真空電子焊等。這些現(xiàn)代焊接技術(shù)極大地提高了焊接的質(zhì)量和焊接的精度，在口腔修復(fù)制作中有著廣闊的應(yīng)用前景。其中，激光焊接在1970年被GordenT.E引入牙科，以其精確、快速、衛(wèi)生、高效、操作簡(jiǎn)便等突出優(yōu)點(diǎn)逐漸廣泛地應(yīng)用于臨床。
1．激光焊接的工作原理
激光焊接的能源為高密度的單色光電磁能，通過(guò)聚焦作用于一個(gè)微小的區(qū)域(如焊件接縫)，轟擊金屬，使之熔化，然后冷卻，凝固在一起。激光束聚焦后光斑直徑可小至0.01mm，能量密度可高達(dá)109w/cm2，熱量集中。
目前臨床上常剛的激光源為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(hù)下進(jìn)行。
2．激光焊接的優(yōu)越性與不足
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2．1 與傳統(tǒng)的焊接技術(shù)相比，激光焊接具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
2．1．1 激光束能量密度高，穿透性強(qiáng)，特別適合于鈦等難熔合金的焊接。
2．1．2 焊接可在玻璃制成的密閉容器內(nèi)進(jìn)行。在高純度氬氣的保護(hù)下，最大程度的避免了氧化及污染，提高焊縫質(zhì)量。
2．1．3 激光束經(jīng)聚焦后，可精確定位于焊接部位，加熱范圍小，熱影響區(qū)小，因此焊接變形小，可獲得高質(zhì)量的精確的良好外形。
2．1．4 激光束可通過(guò)光學(xué)方法進(jìn)行彎曲、偏轉(zhuǎn)、聚合等傳輸，特別適合于微型焊件及到達(dá)性很差部位的焊接。
2．1．5 激光焊接無(wú)需中間焊料，從而減小了由于焊接而降低新焊接部位的耐腐蝕性。
2．1．6 激光束小受磁場(chǎng)區(qū)的影響。
2．1．7 焊件小需包埋，因而省時(shí)、快速。
2．1．8 操作簡(jiǎn)便，不需專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)。
2．2 激光焊接的不足之處
2．2．1 激光熱源為單色高亮度光束，其穿透力有限，有學(xué)者在焊接鈦等難熔金屬時(shí)，就發(fā)現(xiàn)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(dǎo)致修復(fù)失敗。
2．2．2 激光的溫度高，能量集中，有時(shí)選擇合適焊接參數(shù)比較棘手，如電壓過(guò)高會(huì)導(dǎo)致金屬氣化飛濺；電壓過(guò)低會(huì)導(dǎo)致熔不透金屬以至假焊。激光焊接CW-PA烤瓷合金的適當(dāng)參數(shù)足305V，20ms。
3．激光焊接技術(shù)的臨床應(yīng)用
3．1 激光焊接技術(shù)的應(yīng)用范圍
激光焊接可用于口腔修復(fù)、種植、正畸等臨床學(xué)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結(jié)構(gòu)的焊接；RPD支架焊接；CAD/CAM修復(fù)體的焊接冠橋修復(fù)體穿孔、破裂的修補(bǔ)；觸點(diǎn)外形的恢復(fù)；鑄造缺陷的彌補(bǔ)等各個(gè)方面。
3.2臨床激光焊接機(jī)的機(jī)型
目前，應(yīng)用于臨床的激光焊接機(jī)已較為普遍。如日本出產(chǎn)的ML-2220A型，德國(guó)出產(chǎn)的DL-2002型，國(guó)產(chǎn)的有JH-VLA型等，臨床應(yīng)用效果理想。
3.3 激光焊接應(yīng)用于非貴金屬烤瓷合金的工藝研究
目前，國(guó)內(nèi)多數(shù)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(jià)廉物美，應(yīng)用廣泛。實(shí)驗(yàn)證明，激光焊接的非貴金屬烤瓷合金件在強(qiáng)度、精度、抗腐蝕性等方面都能滿足臨床的需要。
3.3.1激光焊接的質(zhì)量分析
焊接質(zhì)量的分析可從多個(gè)方面進(jìn)行，如焊件外觀的形態(tài)觀察；熔區(qū)(FZ)及熱影響區(qū)(HAZ)的寬度；力學(xué)性能；金相學(xué)分析；電子顯微鏡斷口分析等。
激光焊接的烤瓷合金件外觀平直，熔區(qū)光亮，無(wú)裂紋及氣孔產(chǎn)生。熔區(qū)寬度僅為1．25-1．9mm左右，幾乎觀察不出熱影響區(qū)。力學(xué)性能分析：焊接部位的抗拉強(qiáng)度與母材相近。電鏡及金相學(xué)觀察顯示，直徑3mm的部件熔深可達(dá)全層，完全焊透。這些表明激光焊接的烤瓷合金件性能良好，完全達(dá)到了臨床修復(fù)的要求。
3.3.2激光焊接對(duì)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(yīng)性、固定橋近遠(yuǎn)中邊緣橋長(zhǎng)線距的誤差、各固位體中心軸偏離的距離和角度等。
20世紀(jì)50年代，為提高固定橋精度，臨床上逐漸采用整鑄法取代了傳統(tǒng)焊接方法。但是，由于非貴金屬的鑄造收縮效應(yīng)，隨著跨度增長(zhǎng)，整鑄橋的精度變差。Ziebert等認(rèn)為超過(guò)了三單位的整鑄橋精度就無(wú)法保證。而激光焊接技術(shù)有變形小的優(yōu)點(diǎn)，因此可采用分段鑄造后激光焊接的方法來(lái)減少鑄金收縮的影響。有實(shí)驗(yàn)對(duì)四單位固定橋?qū)⒄T法與激光焊接法做一比較，結(jié)果證明：激光焊接橋的精度明顯大于整鑄橋。
在分段鑄造時(shí)也應(yīng)注意選用足夠膨脹量的包埋料，并采用正確的鑄造方法。只有保證每個(gè)單冠固位體準(zhǔn)確就位，整個(gè)焊接橋才能獲得足夠精度。Bruce認(rèn)為跨度小于15.5mm可精確整鑄，因此在分段時(shí)，一般以1~3個(gè)單冠(視大小而定)為一段較適宜。
3.3.3激光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因素。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(wěn)定的理化性質(zhì)，抗腐蝕性和較高的強(qiáng)度。傳統(tǒng)焊接方法會(huì)降低材料的抗腐蝕性，主要是因?yàn)榻鸷浮y焊焊接Nj基、Co基合金后，相當(dāng)于不同金屬(焊料)熔于母材金屬，形成異種金屬相接觸，同處于口腔內(nèi)的電解液(唾液)環(huán)境中，發(fā)生了原電池電化學(xué)腐蝕。而采用激光焊接后，熔區(qū)元素成份無(wú)明顯改變，激光只是讓自體金屬發(fā)生重熔再結(jié)晶，不存在異種金屬的介入，也就不會(huì)發(fā)生原電池陽(yáng)極腐蝕。
3.3.4激光焊接的間距要求
對(duì)一般的焊料焊接來(lái)說(shuō)，有一定的間距是不可避免的，有利于焊料的流動(dòng)和充滿間隙，形成牢固連接，避免假焊。問(wèn)距太小，焊料流不進(jìn)去；間距太大，則易形成空洞，影響強(qiáng)度。而激光焊接無(wú)需中間焊料，一般要求兩焊件接頭緊密接觸，即無(wú)縫對(duì)接。但在實(shí)際工作中，達(dá)劍無(wú)縫對(duì)接是較為困難的。實(shí)驗(yàn)證明，激光焊接的熔區(qū)寬度只與激光束焦點(diǎn)的光斑直徑有關(guān)，而不受間距的影響。因此，激光焊接件間存在一定間隙是允許的。在不超過(guò)0.5mm的情況下，其焊接質(zhì)量均可達(dá)到臨床要求。以0.25mm左右間距較好，有利于臨床操作。趟過(guò)0.5mm的間距難于控制操作，不適于激光焊接，在制作蠟型時(shí)，可盡量把焊接端設(shè)計(jì)緊密些，使焊件接頭之間盡可能靠近，以便于控制光束方向，取得良好的焊接效果。
3.4激光焊接應(yīng)用于鈦材
鈦具有良好和生物相容性、耐腐蝕性和優(yōu)良的機(jī)械性能，比重低而強(qiáng)度高，硬度適中，熱導(dǎo)率和熱膨脹率低。這些其它合金材料不可比擬的優(yōu)良性能使得鈦材在口腔醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但是，鈦的熔點(diǎn)高(1668土l0℃)，在高溫下極易與空氣中的C、H、O、N等等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而變脆，影響鈦的力學(xué)性能。因此，傳統(tǒng)的焊接方法根本不能應(yīng)用于鈦材。
目前可用于鈦焊接的方法有激光焊、氬弧焊、等離子焊、紅外線焊、真空電束焊等幾種。
從抗托強(qiáng)度、延伸率、熔深、熱影響區(qū)以及顯微觀察等八方面來(lái)比較，幾種焊接辦法各有其長(zhǎng)處和不足。
臨床上，鈦的激光焊已較為普遍。激光焊件的抗拉強(qiáng)度能夠達(dá)到臨床要求，而且機(jī)械性能良好。但是，激光光束的能量有限，不能穿透直徑太大的鈦件，容易形成假焊。因此，激光焊只適用于直徑較小的修復(fù)體的焊接，如各單冠間的連接。
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