低沾染研磨振动研磨机及其使用方法

专利名称：低沾染研磨振动研磨机及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种振动研磨机及其使用方法，其用于研磨亚微米级尺寸的适用于牙齿复合材料中的高纯度增强颗粒。均匀分布于牙齿复合材料中的高纯度亚微米级尺寸的增强颗粒，可以在临床使用中提供高的透明度，高强度，提高了的耐磨损性能及光泽保持性能。
背景技术：
在牙科中，医生使用各种修复材料以制作牙冠、镶片、定向填充物、嵌体、覆盖层和夹板。合成树脂是一种修复材料，其为诸如无机填料颗粒等增强剂在可聚合树脂基体中的悬浮液。这些材料可以是弥散加强的或颗粒加强的，这取决于填料的类型；或者它们可以是混合复合材料或可流动复合材料，这取决于填料的承载形式。在C·安杰莱蒂克斯(C.Angeletakis)等人1999年3月17日提交的申请系列号为09/270,999、标题为“最佳颗粒尺寸的混合复合材料”的美国专利申请(整体结合在此作为参考)中，对这些材料进行了全面的讨论。高纯度亚微米级颗粒可以产生所需的强光泽和高透明度等光学性能，因此可以用在这些合成树脂材料中。
在复合材料，例如呈牙齿颜色的牙齿修复材料中，树脂基体和填料的折射率必须相匹配，以获得类似于牙齿结构的透明度。此外，对于利用可见光引发聚合反应以固化的材料来说，这种透明度也是必需的。配制人员具有相对较大的选择余地以调节树脂的折射率，这是因为折射率在1.48至1.55之间的树脂在商业上很容易得到。然而，玻璃填料的配制却极其复杂。玻璃填料的纯度必须非常高，这是因为即使杂质的数量很少，低至百万分之几(ppm)的比例，在填料弥散在树脂中后，也会显得非常突出。此外，聚合树脂的折射率必须与填料的折射率非常相配。这一点在颗粒尺寸较小时特别重要，这是因为，众所周知，由牙齿复合材料的不透明性引起的光学散射现象与填料折射率和树脂折射率之间的绝对差值成正比。如果采用下面在本发明的详细说明书中所描述的方法测量到的弥散在树脂中的研磨填料的透明度达不到至少45，则难以使包含颜料和其它添加剂的最终修复材料具有所需的与患者牙齿颜色一致的明暗度。
因为磨损和剥落可以产生杂质，因此以前所用的制造亚微米级颗粒的研磨方法现已发现不适合于牙齿复合材料中的填料。在牙齿复合材料中包含杂质可能降低透明度并对颜色具有负面影响，从而使得复合材料不能用在牙洞中。现有技术中的搅拌研磨机的例子见于美国专利Nos.5,335,867、4,129,261和4,117,981中，这些专利均已转让给德赖斯有限公司(Draiswerke GmbH)，并均整体结合在此作为参考；以及5,065,946中，其已转让给松下电器产业株式会社(Matsushita Electric Industrial Co.)，并整体结合在此作为参考。这些现有技术中的研磨机通常包含陶瓷或金属搅拌器和研磨室。在研磨过程中，搅拌器和研磨室中的陶瓷或金属材料会剥落和磨损，而磨损下来的颗粒会紧密与被研磨的材料混合。在研磨牙齿修复材料中所用的填料时，由于这些磨损下来的颗粒会对修复材料的光学性能产生负面影响，因此它们是不可接受的。磨损下来的颗粒会由于光学的散射作用而导致透明度下降，并且会产生不自然的颜色。新泽西州的德赖斯公司(Draiswerke，Inc.，Mahwah，N.J) 在其PML-H/V型设备中的搅拌器和研磨室上施加一个聚氨脂敷层。然而，这个敷层所用的颜料也会沾染复合材料，使得复合材料不能用于牙齿上。
干式研磨和湿式研磨是是两种主要的研磨方法。在干式研磨过程中，利用空气或惰性气体保持颗粒悬浮。然而，精细颗粒可能在范德华力的作用下聚集，从而限制了干式研磨在亚微米级颗粒尺寸上的应用。湿式研磨中利用诸如水或酒精等液体以控制精细颗粒的聚集。因此，通常采用湿式研磨以粉碎亚微米级尺寸的颗粒。
湿式研磨机中通常包含球形介质，用以施加足够的力以打碎悬浮在液体介质中的颗粒。研磨装置是根据向介质施加运动所用的方法而分类的。施加在湿球上的研磨运动包括翻转、振动、行星运动和搅动。虽然可以通过这些类型的研磨运动而形成亚微米级颗粒，但通常搅动或搅拌球研磨机效率最高。
搅拌球研磨机也被称作碾磨或搅动研磨机，其具有很多优点，例如能效高、固体处理能力高、输出制品的尺寸分布窄以及能够加工出均匀的浆料等。搅拌球研磨机在使用中的主要变量是搅拌速度、悬浮流速、滞留时间、浆料粘度、输入固体的尺寸、研磨介质的尺寸和所需制品尺寸等。作为一个一般规律，当利用搅拌研磨机将颗粒研磨到平均颗粒尺寸为研磨介质尺寸的1/1000时，操作效率最高。为了获得0.05μm至0.50μm的平均尺寸，可以采用尺寸小于0.45mm的研磨介质。直径在大约0.2mm至大约0.6mm的研磨介质可以从新泽西州的托售陶瓷公司(TosohCeramics，Bound Brook，New Jersey)购买到。因此，为了使研磨最优化，希望采用的研磨介质的尺寸为所需颗粒尺寸的1000倍左右。这将使所需研磨时间最小化。
如前面简要讨论，难以利用现有研磨过程获得这样精细的颗粒尺寸，因为研磨机中的内部部件会沾染浆料。此外，研磨介质的磨损和剥落也会使浆料受到沾染。如果采用硬材料作为研磨介质，例如氧化钇稳定氧化锆(YTZ或Y-TZP，其中TZP为四方多晶体氧化锆)，其维氏硬度大于或等于11GPa，这样可使因研磨机磨损和剥落引起的沾染最小化，从而使填料的浑浊化最小。Y-TZP具有精细的粒度、高强度和高的断裂韧性。高强度Y-TZP是在大约1550℃下烧结成形的，从而形成了四方晶粒，即1-2μm的四方晶粒与4-8μm的立方晶粒的混合物，并且使Y-TZP具有高强度(1000MPa)、高断裂韧性(8.5MPa m1/2)和极好的耐磨性能。由于能够抵抗磨损和剥落，因此Y-TZP的使用提供了适宜的研磨介质，以获得平均颗粒尺寸小于0.5μm的相对纯净、透明度高的结构填料。然而，YTZ研磨介质非常昂贵。因此，尽管使用YTZ研磨介质的低沾染搅拌研磨机耗时较少，但由于研磨介质和设备的费用高，因而成本较高。
此外，尽管采用耐磨YTZ研磨介质可以使研磨填料颗粒沾染降低，但搅拌球研磨机仍会使一定量的杂质进入含有研磨填料的牙齿复合材料中，这种沾染的量级太高因此不能被接受。搅拌器产生的高强度研磨作用以及介质的高动量将导致研磨室壁的磨损和剥落，如前面所讨论。申请人在1999年3月17日提交的申请系列号为09/271,639、标题为“低沾染研磨搅拌研磨机及其使用方法”并且整体结合在此作为参考的美国专利申请中，描述了一种解决方法。该专利中提出，研磨机的各个内部部件由耐磨YTZ材料制成，研磨室的内部涂敷一层不含颜料的聚合物，这种聚合物不会对研磨材料的光学性能产生负面影响。
另一种解决研磨牙齿填料被沾染的可行途径是使用粗糙度低的振动研磨方法。振动球研磨机通常用于亚微米级颗粒研磨，因为这种研磨机可以以低成本、制品精细且尺寸分布均匀、能耗低以及沾染低等而获得高生产率。研磨速度取决于介质的形状和尺寸。根据美国金属协会的工程材料手册(Engineered MaterialsHandbook，Desk Edition，ASM International，p742(1995)〕，优选采用圆柱形的介质，这是因为这种介质可以绕着一个轴旋转，因而产生小的剪切力。在使用振动研磨机时，主要变量是振幅、研磨机中产生的能量、浆料粘度、输入固体的尺寸、研磨介质的尺寸和所需制品尺寸等。由于振动研磨机中的研磨强度低，因此同搅拌研磨机相比，研磨室壁和研磨介质的磨损和剥落较少。然而，即使是这种低强度研磨，也会在研磨填料中产生相当量级的不可接受的沾染。
此外，以前尚未发现有振动研磨机用于低沾染研磨平均尺寸小于可见光波长的颗粒的先例。美国专利No.4,544,359中描述了一种牙齿修复材料，修复材料中包含一种硼硅酸盐玻璃/硅酸钡填料，其平均颗粒尺寸为大约0.5μm至5.0μm。填料用传统的湿式研磨方法研磨，例如采用振动研磨，研磨介质采用低氧化铝、陶瓷球、不锈钢球、硼硅酸盐玻璃棒或任何其它低氧化铝，无沾染研磨介质。因此，需要有一种低沾染振动研磨机及其使用方法，以制造出平均颗粒尺寸小于0.5μm的颗粒，从而使填料暴露在可见光下时不会浑浊化。

发明内容
本发明的目的是提供一种振动研磨机及其使用方法，其中振动研磨机带有一个研磨室，研磨室中填充着玻璃球，玻璃球的尺寸和折射率适合于研磨出基本纯净的颗粒，颗粒的尺寸范围是0.05μm-0.5μm，并且在与一种树脂基体混合并采用本说明书中的方法测量时，透明度至少为大约45。为此，根据本发明的基本原理，具有预定折射率的填料被一种具有基本上同样大小折射率的玻璃介质研磨，这样，当含有介质颗粒的研磨填料被弥散到一树脂基体中并暴露在可见光下时，介质与填料之间的折射率差异不足以导致浑浊化。适于用在牙齿修复复合材料中的填料的折射率通常在大约1.48至大约1.55的范围内。根据本发明的基本原理，玻璃研磨介质的硬度低于氧化钇稳定氧化锆，因此在研磨过程中可能发生的研磨介质的磨损物应具有与填料类似的折射率，具体地讲，是在大约1.46至大约1.56的范围内。一种适于用在牙齿修复复合材料中的不透射线填料的折射率在大约1.51至大约1.55的范围内。根据本发明的基本原理，用于研磨不透射线填料的玻璃研磨介质的折射率在大约1.48至大约1.56的范围内。一种适于用在牙齿修复复合材料中的非不透射线填料的折射率在大约1.48至大约1.51的范围内。根据本发明的基本原理，用于研磨非不透射线填料的玻璃研磨介质的折射率在大约1.46至大约1.52的范围内。
在本发明的另一个实施例中，研磨填料与一种折射率为大约1.48至大约1.55的甲基丙烯酸树脂混合，以制成牙齿美容修复中所用的可固化复合材料软膏。
利用本发明的振动研磨机和介质制成的填料颗粒在尺寸上可以有很大不同；然而，现已发现，平均颗粒尺寸在大约0.05μm至大约0.5μm之间的颗粒可以为承载牙齿修复结构提供所需的高强度，同时又可以在临床应用时满足美容修复所需的光泽外观。此外，当作为填料用在牙齿复合材料中时，研磨机产生的非球形颗粒可以提高其在树脂中的粘着力，从而进一步提高了复合材料的整体强度。利用本发明的研磨机和介质所研磨的填料颗粒具有高纯度，并优选平均颗粒尺寸小于可见光波长，即小于大约0.5μm，而且可以被加到甲基丙烯酸树脂中并固化以制成透明度至少为大约45的复合材料。利用本发明还可以制成牙齿复合材料之外用途的高纯度的各种尺寸及尺寸分布的研磨颗粒。
采用本发明及其玻璃球介质和最佳参数，可以制成所需尺寸的颗粒，颗粒不会受到有害沾染且颗粒尺寸分布较窄。窄的颗粒尺寸分布可以使0.5μm之上的颗粒所占比例最小化，而如果带有这样的颗粒，可以导致临床应用时产生无光泽表面。
附图简要说明

图1是本发明的振动研磨机的俯视图；图2A是本发明的振动研磨机中研磨的粒子在20,000X放大率下的扫描电镜照片图；图2B是本发明的振动研磨机中研磨的粒子在50,000X放大率下的扫描电镜照片图；
图3A是现有技术中通过溶胶处理所加工出的填料粒子在20,000X放大率下的扫描电镜照片图；以及图3B是现有技术中通过溶胶处理所加工出的填料粒子在100,000X放大率下的扫描电镜照片图。
具体实施例方式
的详细说明本发明的一优选实施方式为一种振动研磨机，如肯塔基州的斯韦科公司(Sweco，Florence，KY)提供的M45-L(521升容量)和M18-L(44升容量)型的研磨机，这些研磨机在研磨室中带有一个聚氨脂耐磨内衬。
如图1所示，本发明的振动研磨机2中包含一个大致圆筒形的外壳10，其支撑着一个内壳12，内壳12也呈大致圆筒形并构成了一个环绕着一个中心柱管14的套环。内壳12承载着一个聚合物衬套16，衬套的类型将在后面介绍，用以防止内壳12被磨损。内壳12与聚合物衬套16总体上确定了研磨室18。研磨室18中充入研磨介质20，介质的类型将在后面介绍。研磨室18通过浆料入口22a充入将要被研磨的材料，而浆料则通过浆料出口22b而从研磨室排出。研磨室18在一个装有适宜中心配重的电机24的带动下以大约1/4英寸的振幅上下振动，从而将振动运动传递到研磨介质20上，以研磨颗粒浆料。浆料出口22b可以带有一个介质保持架26，其与浆料出口22b可以进行液体传递。介质保持架26可以使浆料通过浆料出口22b流出振动研磨机，同时又将介质20保持在研磨室18中。对于大容量振动研磨机，例如521升容量的M45-L型研磨机，需要有一个泵，以实现浆料从室顶部到底部的循环，以确保研磨过程中浆料的均匀性。
本发明采用的研磨介质20是玻璃球，优选为碱石灰玻璃球，例如新泽西州的贾伊佝公司(Jaygo Inc.，Union，NJ)提供的LFK玻璃球。可以提供直径为0.1mm至10.0mm的玻璃球，但优选为选用直径为2.0mm至10.0mm的球。碱石灰玻璃球的硬度约为5GPa。在搅拌研磨时，一般优选更小尺寸的球，但在振动研磨时，中等到大尺寸的球可以获得更好的结果，虽然研磨时间较长。玻璃球优选为球形；然而，也可以采用相应于球形尺寸的其它形状的球，如扁圆形或圆柱形的球。
本发明采用的研磨介质20的折射率在量值上基本上与被研磨的填料材料的折射率相同。由于在研磨过程中研磨介质有被磨损的可能性，从而会沾染填料，而本发明通过使研磨介质颗粒与填料颗粒的折射率基本上相匹配的方式，从而消除了沾染物的有害光学作用。正是由于研磨介质颗粒与填料颗粒之间的折射率差异，才使得当填料弥散在一种树脂基体中并暴露在可见光下后使复合材料浑浊化。这样，通过根据本发明的原理研磨结构填料，填料/树脂混合物的透明度(半透明度)可以保持在至少45以上的值。
本发明认识到研磨介质的硬度和折射率与填料的硬度和折射率之间存在一定的关系。研磨介质的硬度必须等于或大于正在研磨的填料的硬度，但又不必象搅拌研磨那样的更粗研磨工艺中所用硬度那样硬(例如YTZ，其采用11GPa或以上的维氏硬度)。玻璃球研磨介质越硬，即接近于氧化锆的硬度，则研磨介质的折射率越不成为显著因素，这是由于研磨介质对磨损和剥落的抵抗力越高了。然而，材料越硬，其价格越高。玻璃球研磨介质越软，越容易出现磨损和剥落，因而折射率在防止沾染方面起的作用也越显著。此外，介质材料越软，越需要折射率的值相配。下面的数据可以作为一般解释而不是提供实际值。对于处于硬度范围中最软端的玻璃材料，需要研磨介质的折射率在填料折射率的+/-0.02的范围内。对于处于硬度范围中中间部分的玻璃材料，只需使研磨介质的折射率在填料折射率的+/-0.04的范围内，即可达到基本上相配以防止沾染的目的。向着硬度范围的上端(处于硬度范围中最硬端附近的玻璃材料)，由于几乎没有磨损出现，因此折射率成为无关因素。因此，根据本发明的基本原理，振动研磨可以采用相对软且低成本的玻璃介质，但是玻璃介质和填料的折射率必须基本上相配。
因此，本发明的焦点是一种研磨高纯度牙齿填料的方法，其中所用研磨介质的硬度使得，在研磨过程中研磨介质可以出现磨损和/或剥落。对于一个本技术领域内的专业人员来说，了解到硬度和折射率之间的一般关系，即可确定出何时折射率成为一个显著因素以及玻璃研磨介质与填料的折射率需要在何种程度上相配，以使填料/树脂的半透明度至少为45。
为了测量弥散在树脂中的填料的半透明度，可以采用下面的方法。干燥的研磨填料先通过一个100目的塑料滤网筛取，再进行硅烷处理，即在一个V形混合器中喷洒2.5％重量的γ-三甲氧基-甲基丙烯酰氧基-丙基硅烷(Gamma-trimethoxy-methacryloxy-propylsilane)水解溶液，以使填料具有疏水性。之后，将填料和甲基丙烯酸树脂在一如新泽西州的查尔斯·罗斯父子公司(Charles Ross and Son Company，Hauppage，NY)生产的行星式混合器，或一离心式混合器，如德国豪斯查尔德工程公司(HausschildEngineering，Hamm，Germanny)提供的高速混合器中混合，其重量比例为70％的填料和30％的树脂，从而获得一种软膏。之后，所获得的软膏被排气，即在真空状态下在一碗中搅拌5分钟。之后，放置在一个直径20mm、厚1mm的模具中并通过一个卤化钨丝灯在每侧固化60秒钟，以获得一个固化试样。之后，用一个如马里兰州BYK-加德纳公司(BYK-Gardner，Columbia，MD)提供的TCS色度计，在透射模式下测量半透明度，即把试样放置在透射附件上并读取Y值。通过上面的过程，可以测量到，在振动研磨机中被研磨至0.4微米的出自佛罗里达州专用玻璃公司(Specialty Glass，Oldsmar，FL)的SP345钡玻璃的半透明度为54.3，而在振动研磨机中被研磨至0.4微米的出自德国朔特玻璃厂(Schott Glasswerke，Landshut，Germany)的GM27884钡玻璃的半透明度也是54.3。然而，当利用YTZ研磨介质在搅拌研磨机中将GM27884钡玻璃研磨到0.4微米时，半透明度为48.6，这个值虽然也可以接受，但要低于振动研磨机所获得的值。因此，本发明提供了一种高效研磨牙齿填料的方法，其成本低且光学结果出色。
采用相同的程序可以对最终完全配制的复合材料作半透明度测量，最终完全配制的复合材料中通常包含硅烷化发烟硅石、颜料和其它添加剂，从而在各个值之间建立一种关系，以使完全配制的遮光复合材料获得可接受的半透明度。例如，对于采用了振动研磨机研磨的钡玻璃的A3遮光材料，配制的修复材料的相应值为37。由于填料的纯度是通过本发明的研磨方法控制的，因此，配制者可以通过使研磨填料与树脂基体的折射率相配，以使最终的修复复合材料可以被用于美容修复。
牙齿修复复合材料中所用的填料的折射率通常在大约1.48至大约1.55之间。因此，根据本发明的基本原理，为保持前面所述的硬度与折射率之间的一般关系，用于研磨颗粒的相对较软的玻璃研磨介质的折射率应当在大约1.46至大约1.56之间。一般来说，玻璃研磨介质的折射率越高，磨损的颗粒越容易产生有害的光学效果。
下面的数据可作为示例，但不构成限制，对于不透射线的填料材料，其折射率通常为大约1.51至大约1.55。因此，用于研磨不透射线填料的相对较软的玻璃研磨介质的折射率应当为大约1.48至大约1.56，以消除因磨掉的介质材料进入填料所产生的任何有害效果。
对于非不透射线的填料材料，其折射率通常为大约1.48至大约1.51。因此，用于研磨非不透射线填料的相对较软的玻璃研磨介质的折射率应当为大约1.46至大约1.52，以消除因磨掉的介质材料进入填料所产生的任何有害效果。
通过本发明的研磨方法，研磨介质的磨损可能会使外界颗粒进入被研磨的填料颗粒，但由于这些颗粒不会使填料浑浊化，因此它们是非沾染性的。因此，即使有来自研磨介质的外界颗粒，也可以确保混入了研磨结构填料的最终修复复合材料具有所需光学质量。
如前所述，虽然由于研磨介质的强度较低而使得研磨室18的内壳或壁12在振动研磨中不易出现磨损和剥落，但仍然优选在内壳12上涂敷一个聚合物衬套16，以防止任何可能出现的磨损。对于搅拌研磨机，例如申请人C·安杰莱蒂克斯(C.Angeletakis)在1999年3月17日提交的申请系列号为09/271,639、标题为“低沾染研磨搅拌研磨机及其使用方法”并且整体结合在此作为参考的专利中所描述的搅拌研磨机中，用于涂敷研磨室的聚合物材料是一种不含颜料的聚合物。现已发现，着色聚合物衬套中的颜料可以沾染在搅拌研磨机中研磨的结构填料，并因此沾染牙齿复合材料。因此，可在研磨室内表面上涂敷一层不含颜料的或透明的聚合物，优选厚度为至少0.005英寸，以防止结构填料被沾染。虽然在振动研磨机中聚合物衬套被磨损的可能性较小，但仍然优选在本发明的振动研磨机内壳上涂敷不含颜料的或透明的聚合物衬套。
本发明的振动研磨机特别适合于成形所需平均颗粒尺寸在大约0.05μm至大约0.50μm之间的牙齿修复所用结构填料颗粒。适用于本发明的结构填料包括铝硅酸钡镁玻璃、硼硅酸铝钡玻璃、非晶二氧化硅(非晶质硅石)；二氧化硅-氧化锆；二氧化硅-二氧化钛；氧化硅钛钡、石英、氧化铝和其它无机氧化物颗粒。
为提供平均颗粒尺寸在0.5μm以下的研磨颗粒，本发明的研磨机可以大范围地粉碎颗粒。本发明的研磨机所提供的粉碎功能可以将颗粒从团块上分离下来而使被研磨的颗粒散开，通过破碎以及通过产生大量的非常精细的颗粒而增大颗粒间的特定接触表面面积从而减小颗粒尺寸、消除大的颗粒。颗粒在本发明的振动研磨机中是通过下面的联合作用而实现尺寸减小的与研磨介质碰撞、被研磨介质研磨以及颗粒间的相互研磨。本发明的振动研磨机中采用了装填的玻璃球作为研磨介质，这种研磨介质可以在40至150小时内以很低的成本加工出平均尺寸在大约0.05μm至大约0.50μm之间的高纯度颗粒。在振动研磨过程中，相对较软的玻璃研磨介质可能会磨损和剥落，从而使外界介质材料进入所研磨的填料材料中。然而，由于本发明采用的玻璃介质的折射率与填料材料基本相配，因此填料以及最终的修复复合材料的透明度不会受到影响，因而外界颗粒不会构成有害沾染。对于牙齿修复复合材料，光学效果是最重要的。因此，如果复合材料中所含外界颗粒对材料的光学性能没有负面影响，那么这种复合材料对于任何实际应用均是无沾染的。
当填料浆料从研磨机中排出之后，一般可以通过激光散射法测量平均颗粒尺寸。激光散射法是一种通过探测散射光线的平均相对倾角强度而测量平均颗粒尺寸的方法。一束具有均匀波阵面的单色光射向试样，光线被颗粒衍射或散射，一个探测器用于测量各种倾角下散射光的相对平均强度。从相对平均强度可以计算出平均颗粒尺寸和尺寸分布。施米茨(Schmitz)等人的美国专利No.5,610,712中公开了一种这样的激光散射装置，该专利结合在此作为参考。在本例中，采用了一个Horiba 2A-910型的激光散射平均颗粒尺寸测定器。通过上述方法配制的结构填料的颗粒尺寸范围在表1-4中给出。例如，在图2中示出了对于SP345型硅酸钡铝玻璃，用直径4.0mm的玻璃球研磨144小时后获得的结果。其中，10％体积的填料颗粒的平均颗粒尺寸小于0.26μm；50％体积的填料颗粒的平均颗粒尺寸小于0.45μm；而90％体积的填料颗粒的平均颗粒尺寸小于0.73μm。
表1试验A直径2.0mm的玻璃球颗粒尺寸单位为微米

表2试验B直径4.0mm的玻璃球颗粒尺寸单位为微米

表3试验C直径6.0mm的玻璃球颗粒尺寸单位为微米

表4试验D直径8.0mm的玻璃球颗粒尺寸单位为微米

如上面的表1-4中所示，采用以玻璃球为研磨介质的振动研磨机，可以获得0.5μm以下的平均颗粒尺寸。SP345型结构填料与GM27884型结构填料之间的研磨时间差别被认为是钡含量的不同所导致的。SP345中含有30％的钡，而GM27884中含有25％的钡。钡含量较低导致GM27884型填料颗粒更硬和更脆，因而也更容易研磨。在玻璃球尺寸方面，随着球的尺寸从2mm增大到6mm，研磨效率提高了。这可以归结为，碰撞中较大的动量会在研磨机构中起到重要的作用。在球直径从6mm增大到8mm时，则未观察到研磨效率的提高。这一点在采用直径10mm的球时也是如此。这可能意味着，与球的重量相比，接触点之间增大的距离成为渐增的重要因素。
如图2A和2B所示，在本发明的振动研磨机中利用4.0mm玻璃球研磨的SP345颗粒具有所需的平均颗粒尺寸，该平均颗粒尺寸小于可见光的平均波长，而且颗粒尺寸分布较窄。同图3A和3B中所示的溶胶处理所产生的填料颗粒相比，振动研磨机可以产生更好的结果。此外，除了由于振动研磨机的能耗较低，因而需要明显更长的时间外，振动研磨机所获得的结果类似于申请人C·安杰莱蒂克斯(C.Angeletakis)在1999年3月17日提交的申请系列号为09/271,639、标题为“低沾染研磨搅拌研磨机及其使用方法”并且整体结合在此作为参考的专利中所要求保护和描述的搅拌研磨机。采用玻璃球研磨介质可以实现低沾染研磨，但其成本要比采用YTZ研磨介质的搅拌研磨机低得多。采用本发明的振动研磨机研磨的结构填料制成的牙齿复合材料可以获得高强度修复结构，从而可以用作承载修复结构，同时又可获得良好的透明度和表面光泽，从而可以用于美容修复。采用了由系列号为09/271,639的专利申请中的搅拌研磨机而配制的结构填料的牙齿复合材料的各种性能在C·安杰莱蒂克斯(C.Angeletakis)等人在1999年3月17日提交的申请系列号为09/270,999、标题为“最佳颗粒尺寸的混合复合材料”并且整体结合在此作为参考的美国专利申请中被测量和报告。在修复物放置六个月或更长时间后可以看到，即使有了明显的磨损，表面光泽也很明显。利用本发明的振动研磨机和介质研磨的颗粒预计也有相似的结果。通过使用由本发明的振动研磨机和介质研磨出的平均颗粒尺寸小于可见光平均波长的结构填料颗粒，可以形成具有高表面光泽度和透明度以及高强度的牙齿复合材料。
虽然上面通过各个实施例对本发明进行了解释而且这些实施例作了相当详细的说明，但这并不意味着本发明人将附属的范围限制或以任何途径局限于这些详细说明。对于本技术领域的专业人员来说，显然可以作出各种改进和修改。例如，可以采用不同尺寸的玻璃球在不同研磨时间内将颗粒研磨到所需尺寸，而在颗粒尺寸和低沾染方面结果是相同的。因此，本发明在其广泛的方面并不局限于这些特定的说明、图示和描述的代表性复合材料。它们与现有的优选敷层复合材料一起，只是作为对本发明的说明。而本发明本身则仅通过附属的权利要求限定。
权利要求
1.一种用于高效研磨亚微米级尺寸的高纯度牙齿填料颗粒的方法，其特征在于，它包含以下步骤提供一个振动研磨机，其带有一个研磨室；在研磨室中充入玻璃球，玻璃球的直径在大约0.1mm至大约10.0mm的范围内；在研磨室中充入一种容纳着将要被研磨的牙齿填料颗粒的湿浆料；将研磨室振动一定时间，该时间足以将颗粒研磨到平均颗粒尺寸为大约0.05μm至大约0.50μm；以及将浆料从研磨介质中分离出来。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，玻璃球的折射率为大约1.46至大约1.56，而牙齿填料颗粒的折射率为大约1.48至大约1.55。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，玻璃球是碱石灰玻璃球。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，玻璃球的直径为大约2.0mm至大约10.0mm。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，颗粒被研磨大约40小时至大约150小时。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，牙齿填料颗粒是一种不透射线的填料，其折射率为大约1.51至大约1.55，而玻璃球的折射率为大约1.48至大约1.56。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，牙齿填料颗粒是一种非不透射线的填料，其折射率为大约1.48至大约1.51，而玻璃球的折射率为大约1.46至大约1.52。
8.一种用于高效研磨亚微米级尺寸的高纯度牙齿填料颗粒的方法，其特征在于，它包含以下步骤提供一个振动研磨机，其带有一个研磨室，研磨室上涂覆有一个不含颜料的耐磨损聚合物敷层；在研磨室中充入玻璃球，玻璃球的直径在大约0.1mm至大约10.0mm的范围内；在研磨室中充入一种容纳着将要被研磨的牙齿填料颗粒的湿浆料；将研磨室振动一定时间，该时间足以将颗粒研磨到平均颗粒尺寸为大约0.05μm至大约0.50μm；以及将浆料从研磨介质中分离出来。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，玻璃球的折射率为大约1.46至大约1.56，而牙齿填料颗粒的折射率为大约1.48至大约1.55。
10.根据权利要求8的方法，其特征在于，聚合物敷层是一种透明聚氨脂敷层。
11.根据权利要求8的方法，其特征在于，玻璃球是碱石灰玻璃球。
12.根据权利要求8的方法，其特征在于，玻璃球的直径为大约2.0mm至大约10.0mm。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于，颗粒被研磨大约40小时至大约150小时。
14.根据权利要求8的方法，其特征在于，牙齿填料颗粒是一种不透射线的填料，其折射率为大约1.51至大约1.55，而玻璃球的折射率为大约1.48至大约1.56。
15.根据权利要求8的方法，其特征在于，牙齿填料颗粒是一种非不透射线的填料，其折射率为大约1.48至大约1.51，而玻璃球的折射率为大约1.46至大约1.52。
16.一种用于配制牙齿修复复合材料软膏的方法，其特征在于，它包含以下步骤提供一个振动研磨机，其带有一个研磨室；在研磨室中充入玻璃球，玻璃球的直径在大约0.1mm至大约10.0mm的范围内，而折射率为大约1.46至大约1.56；在研磨室中充入一种容纳着将要被研磨的牙齿填料颗粒的湿浆料，颗粒的的折射率为大约1.48至大约1.55；将研磨室振动一定时间，该时间足以将颗粒研磨到平均颗粒尺寸为大约0.05μm至大约0.50μm；将浆料从研磨介质中分离出来；使浆料干燥，以制成干燥的研磨填料；以及将研磨填料与一种甲基丙烯酸树脂混合，以制成一种软膏，其中树脂的折射率为大约1.48至大约1.55。
17.根据权利要求16的方法，其特征在于，玻璃球是碱石灰玻璃球。
18.根据权利要求16的方法，其特征在于，玻璃球的直径为大约2.0mm至大约10.0mm。
19.根据权利要求18的方法，其特征在于，颗粒被研磨大约40小时至大约150小时。
20.根据权利要求16的方法，其特征在于，牙齿填料颗粒是一种不透射线的填料，其折射率为大约1.51至大约1.55，而玻璃球的折射率为大约1.48至大约1.56。
21.根据权利要求16的方法，其特征在于，牙齿填料颗粒是一种非不透射线的填料，其折射率为大约1.48至大约1.51，而玻璃球的折射率为大约1.46至大约1.52。
22.根据权利要求1的方法，其特征在于，还包含这样一个步骤在振动步骤中使浆料在研磨室中循环。
23.根据权利要求22的方法，其特征在于，浆料通过一个泵而在研磨室中循环。
全文摘要
本发明提供了一种用于研磨牙齿填料的振动研磨机(2),其带有一个研磨室(18),研磨室上优选涂敷着一层耐磨损聚合物(16),研磨室中填充着玻璃球(20),玻璃球的直径在大约0.1mm至10.0mm的范围内而折射率与将要被研磨的牙齿填料基本相配。还提供一种方法,其利用研磨机(2)和介质(20)加工出基本纯净的研磨颗粒,颗粒的平均颗粒尺寸小于可见光的平均波长,当颗粒被用于牙齿修复复合材料中后,会使固化的材料具有良好的光学性能。
文档编号A61C5/06GK1368403SQ0113617
公开日2002年9月11日 申请日期2001年11月15日 优先权日1998年12月4日
发明者克里斯托斯·安杰莱蒂克斯 申请人:克尔公司