一种金属托槽表面构筑纳米二氧化锆涂层的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种医学类口腔正畸用金属不锈钢托槽的表面改性方法，具体地说是 一种在不锈钢正畸托槽表面采用高真空射频磁控溅射法构筑纳米二氧化锆涂层方法。
【背景技术】
[0002] 错颁畸形是常见的口腔疾病，其形成原因及机理错综复杂。在临床正畸治疗中，常 通过固定矫治技术治疗错颁畸形。正畸托槽和弓丝是固定矫治器的两个重要组成部分，前 者用粘接剂牢固粘着在牙冠表面，后者位于托槽的槽沟内，对牙齿施以不同类型的正畸矫 治力来实现牙齿的精确移动。
[0003] 托槽与弓丝两者之间具有相对位移，在临床正畸治疗中，矫治力的表达很大程度 上受到托槽与弓丝两者之间摩擦力的影响，因此矫治过程中牙齿的真实受力分布情况难以 判断，导致临床上常常出现牙根受力太大或者不足的情况。过大的矫治力使患者在牙齿受 力后感觉不适，也不利于控制支抗牙而丧失支抗，同时还有可能造成牙根的吸收等问题； 而矫治力不足则不能产生有效的牙齿移动。
[0004] 此外，托槽槽沟表面光洁度取决于加工工艺、模具精度及原材料强度等诸多因素， 难以克服光洁度较低的缺陷。正畸疗程中需要经常更换弓丝，这就容易使托槽槽沟表面变 粗糙，进而加大弓丝与槽沟间摩擦系数，减慢牙齿的移动，同时对支抗消耗大。另外，还有研 宄表明正畸治疗过程中口腔溃疡及牙龈炎的发病率与托槽本身的金属离子释放浓度和释 放速率相关。为了有效解决上述问题，亟待科研人员探索口腔材料学研宄技术的突破。大 量学者的研宄重点开始关注口腔治疗中正畸摩擦力的控制要素，例如托槽与弓丝间结扎形 式、材质间的构效关系以及表面涂层的构筑。
[0005] 近年来，为了改良正畸托槽的应用机制以适应临床治疗的需求，国内外众多研宄 者尝试运用多样化的材料表面处理工艺和技术来实现正畸托槽的表面改性，以期改善托 槽的摩擦系数过大、托槽周边龋、以及反复发作的口腔溃疡等问题。中国专利CN203280514U 报道了一种含银离子的正畸托槽，即通过离子注入技术在托槽体及其托槽翼、托槽槽沟的 表面层注入深度为0. 01-0.1 mm的银离子，用于杀灭附着在托槽周边的致龋细菌，可以有效 避免或降低龋齿的风险。中国专利CN202365955U和CN20236954U分别报道了一种带有纳米 层的牙齿矫治托槽和弓丝，即在托槽和弓丝的表面附着一层纳米TiO2陶瓷薄膜涂层，具有 良好的表面光洁度及力学性能，新型弓丝与托槽摩擦力减小17%以上，克服了现在正畸弓 丝与托槽摩擦力过大的缺点。与此类似的是，中国专利CN102345116A公开了一种纳米TiO2涂层托槽的制备方法，通过提拉涂抹法制得的涂层托槽截面良好、涂层均匀、涂层厚度可控 制，有效降低了托槽与弓丝间的摩擦系数，提高了矫正效率，同时解决了不锈钢托槽镍离子 的释放问题，提高了生物相容性。中国专利CN102864425A做出了进一步改进，具体涉及一 种用射频磁控溅射法在托槽表面附着掺氮TiO2 (Ti02_xNx)薄膜的方法，制备的Ti02_ xNx薄膜 表面致密均匀，厚度为500nm左右，结晶性好，对托槽尺寸影响小。中国专利CN104107093A 报道了一种能加速牙齿移动的正畸托槽，即通过驱动电路控制在托槽底板上的压电陶瓷片 移动，带动单个牙齿的移动，加速正畸疗程，降低患者的痛苦和不适。中国专利CN1706360A 公开了一种采用磁控溅射法或者溶胶凝胶法在正畸托槽表面涂敷含氟缓释涂层，以预防牙 釉质脱矿的方法。虽然上述多篇专利均公开了用于解决托槽的摩擦系数过大、托槽周边龋、 以及反复发作的口腔溃疡等问题的具体方案，但是现有的这些解决办法还存在与基底结合 力差、光滑性差附着力小，耐摩擦磨损性差以及耐腐蚀性差等种种问题。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是不但能够解决牙齿矫治过程中较大的摩擦力、托槽周 边龋及反复发作的牙龈炎症和粘膜溃疡等问题，而且美观性能良好、强度高、耐磨、耐蚀性 能优异的金属托槽表面构筑纳米二氧化锆涂层的方法。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明的金属托槽表面构筑纳米二氧化锆涂层的方法， 包括以下步骤，
[0008] A、预处理
[0009] 将托槽在3-8mol/L的50-70°C的NaOH溶液中静置2-5min后，置于超声波清洗器 中分别用丙酮和无水乙醇清洗20-40min;最后用去离子水反复冲净，常温下自然干燥、备 用；
[0010] B、?贱射前处理
[0011] 先预溅射氩气15-25min，除去氧化锆陶瓷靶表面的污染物，然后抽真空，并开始 通入氩气和氮气混合气体，用质量流量计控制气体流量，两者的流量比为40:1，派射气压 0.8-1.2?&，溅射功率90-1101，衬底温度为280-320°〇；
[0012] C、二氧化锆涂层的制备
[0013] 在高真空多功能磁控溅射设备内安装溅射氧化锆陶瓷靶，溅射靶直径为50-70mm， 厚度为2-5mm，纯度优于99. 99%，并将所制备出的二氧化锆涂层托槽置于箱式电阻炉中设 置退火温度为650-750°C，在氮气中退火处理3-5h，得到具有纳米二氧化锆涂层的金属托 槽。
[0014] 其中，步骤A中将托槽在5mol/L的60°C的NaOH溶液中静置3min后，置于超声波 清洗器中分别用丙酮和无水乙醇清洗30min。
[0015] 步骤B中先预溅射氩气20min，除去氧化锆陶瓷靶表面的污染物，用质量流量计控 制气体流量，氩气和氮气混合气体的流量比为40:1，溅射气压1.0 Pa，溅射功率100W，衬底 温度为300 °C。
[0016] 步骤C中溅射靶直径为60mm，厚度为3mm，纯度优于99. 99% ;箱式电阻炉中退火 温度设置为700°C，在氮气中退火处理4h。
[0017] 本发明的优点在于：
[0018] 1、托槽表面二氧化锆涂层的构筑采用高真空射频磁控溅射法，沉积速率高、膜内 缺陷低、与基底结合力强；
[0019] 2、在托槽表面制备的纳米二氧化锆涂层完整致密，光滑性好；
[0020] 3、得到的二氧化锆涂层的厚度约为500nm ;有效降低了不锈钢托槽的表面粗糙 度；二氧化锆涂层与托槽之间有较强的附着力；二氧化锆涂层可明显提高了托槽表面各项 力学性能；
[0021] 4、二氧化锆的涂层托槽在摩擦实验后涂层光滑均匀，仅有较浅的磨痕，无较大的 磨损，即托槽表面包覆纳米二氧化锆有效提高了托槽的耐摩擦磨损性；
[0022] 5、二氧化锆涂层在人工唾液和漱口水两种介质中表面完整结构稳定，且具有很高 的致密性，耐腐蚀性强。
【附图说明】
[0023] 图I (a)和图I (b)分别为不锈钢托槽和二氧化锆涂层托槽的XRD分析示意图；
[0024] 图2 (a)、图2 (b)、图2 (c)分别为不锈钢托槽和二氧化锆涂层托槽的（a)干燥状态 下（b)人工唾液（c)Hank' s液的摩擦系数曲线图；
[0025] 图3(a)、图3(b)分别为不锈钢托槽和二氧化锆涂层托槽在人工唾液和漱口水中 的极化曲线。
【具体实施方式】
[0026] 本发明将材料包覆与涂层技术应用于口腔正畸领域，研制开发出了美观性能良 好、强度高、耐磨性能优异的纳米二氧化锆涂层托槽，解决了牙齿矫治过程中较大的摩擦 力、托槽周边龋及反复发作的牙龈炎症和粘膜溃疡等问题，并且为包覆技术与涂层材料在 牙齿矫治中的深度利用奠定坚实的研宄基础；下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明的 金属托槽表面构筑纳米二氧化锆