镍钛合金根管器械分离制造学因素的研究进展

镍钛合金根管器械分离制造学因素的研究进展作者：陈晓春,陈新梅    作者单位：四川大学华西口腔医院牙体牙髓病科 四川 成都 610041    【摘要】  镍钛器械在使用过程中较不锈钢器械更容易分离，且分离前无肉眼可以分辨的形变或者缺陷，这使其使用受到了较大的限制。镍钛器械在出厂后未使用之前，其内部和表面已经存在许多的缺陷，这在一定程度上导致了器械的分离。近年来，一些新的制造方法和后处理技术应用于镍钛器械，改善了其内部和表面性状，增加了弹性和抵抗分离的能力，有效地减少了分离的发生。本文对镍钛合金器械分离的制造学因素作一综述。    【关键词】  镍钛器械,制造学,器械分离,表面处理    AResearch progress on manufacturing factors of the fracture about nickel-titanium endodontic instruments  CHEN Xiao-chun, CHEN Xin-mei. （Dept. of Conservative Dentistry and Endodontics, West China College of Stoma－tology, Sichuan University, Chengdu 610041, China）    [Abstract]  Although the nickel-titanium（Ni-Ti） alloy with super-elastic property is more and more used in en－dodontics, it has been reported that rotary Ni-Ti instruments are more prone to intracanal fracture compared with stainless steel instruments. These unexpected fractures occur without any visible changes to the instruments which produce a prominence problem creating a major obstacle to normally routine therapy. Many studies showed that the presence of defects on and in the Ni-Ti instruments before used restrict clinical application. In recent years, considerable attempt has been undertaken to improve these condition and produced more flexible and resistant Ni-Ti endodontic instruments, which may minimize the occurrence of fractures. This article reviewed the development of manufacturing methods of Ni-Ti endodontic instrument.    [Key words]  nickel-titanium instrument； manufacturing method； fracture； surface treatment    镍钛器械合金因为其超弹性而被引入根管治疗20余年。许多研究表明，使用镍钛器械制备根管，可以获得更完美的锥度，更少的根管穿通，更多的牙体保留和更高的效率[1-2]。但镍钛器械在使用过程中较不锈钢器械更容易分离，且分离前无肉眼可以分辨的形变或者缺陷使其使用受到了很大的限制[3-5]。近年来，一些新的制造方法和后处理技术应用于镍钛器械，有效地减少了器械分离的发生。本文对镍钛合金器械分离的制造学因素作一综述。1  镍钛器械分离的影响因素    1.1  镍钛器械分离的非制造学影响因素    除了制造工艺的不同，很多因素也都可以影响镍钛器械的分离，如根管弯曲角度和半径，器械的直径和锥度，机用手机的转速以及不当的操作等。镍钛器械的分离大体上可以分为2种方式，即扭矩分离和疲劳分离。扭矩分离是指器械的一部分或一点在根管内被锁住，根管制备仍在进行，直到超过镍钛合金的最大弹性形变所造成的器械分离。疲劳分离系金属弯曲疲劳所致，器械在自由旋转的情况下，在弯曲的过程中不断地被拉伸和压缩，从而在远小于器械本身弹性极限的情况下分离[6-7]。此类型的器械分离被认为是镍钛机动器械分离的一个重要因素[4，8]。    1.2  镍钛器械分离的制造学影响因素    用于镍钛合金根管器械的材料含质量分数56%的镍和44%的钛。该材料能够在常温下发生应力介导的奥氏体向马氏体转换，当应力去除后发生马氏体向奥氏体的逆向转换，故镍钛合金可以承受8%的形变而完全复原[9]。由于马氏体的硬度和屈服强度明显小于奥氏体，因此这在一定程度上使镍钛器械在反复弯曲时容易产生裂纹从而发生分离。镍钛合金根管器械的加工制造是一个复杂的过程，镍钛合金经过在高温下真空铸造、压锻、拉丝以及1次到多次在450～550 ℃温度下的热处理，最后用计算机辅助设计与制作（com－puter-aided design/computer-aided manufacturing，CAD/CAM）系统将其研磨成临床上使用的镍钛器械[10]。可见，镍钛合金根管器械主要是在冷加工的条件下制造的，冷加工增加了晶体结构错层（晶体结构缺陷）密度，提高了合金的硬度，利于临床应用；然而，过多的错层阻碍了相邻结构的移动，增加了合金的易碎性，降低了器械的延展性和器械分离时对裂痕蔓延的抵抗[10]；而且在研磨过程中，车床机头易产生磨耗，较容易在镍钛器械表面造成研磨的痕迹。临床根管预备时，在各种拉、压应力下，这种痕迹可能会潜在性地导致器械表面产生裂纹[11]。Tripi等[12]用扫描电镜观察了未使用过的ProFile、K3、Hero和Mtwo根管器械后发现，这些器械都存在相似程度残留的碎屑、研磨痕迹、小凹陷、微裂痕和钝化边缘。2  改善器械分离的制造学方法    2.1  热处理    热处理给予镍钛合金中各个原子以足够的能量重新排列回到原来在晶格中的位置，随着原子的重新排列，金属的形变能量变小，内部应力释放，延展性得到改善。Zinelis等[10]把15组0.04锥度的商用镍钛器械尖端5 mm分别在250～550 ℃温度下热处理30 min后与未热处理的相同器械相比较，将其置入弯曲半径为5 mm的人造根管以每分钟200转的速率旋转直至断裂。结果发现，经过热处理的器械其循环疲劳抵抗随着处理温度的升高而逐步增大；当热处理温度为430 ℃时，其循环疲劳抵抗达到最大，为（4 918±453）转。他们认为，热处理后器械的硬度下降，这点可能降低其临床切削效率；仅处理器械的尖端1/3，既增加了器械对分离的抵抗，又能最大程度降低随着硬度减小所产生的影响。    2.2  新的制造方法    传统方法制造出来的器械存在内部和表面缺陷。由于镍钛合金存在马氏体—奥氏体转换，故一直被认为不适合扭制。美国Sybronendo公司最近发明了一种新的扭制方法，并推出一种全新的镍钛合金根管器械TF（Twisted Files）。该方法是把1根超弹性的镍钛合金金属丝碾成胚体，然后夹紧胚体的一端并旋转另一端，胚体一直保持在奥氏体状态直到被扭曲发生塑性形变而发生压力诱导的马氏体转变。在扭制的整个过程中可能都进行了热处理。Gambarini等[13]比较了TF和Pro-File的弹性后发现，TF有更好的弹性，相对于其他的金属特性，更好的弹性能够减小器械弯曲时的应力，从而获得更好的循环疲劳抵抗。Gam-barini等[14]比较了尖端直径0.25 mm、锥度0.06的TF和K3后发现，TF有更好的循环疲劳抵抗。但TF的临床使用器械分离情况还需进一步观察。    2.3  表面处理    如前所述，镍钛合金根管器械存在表面缺陷，所以对器械进行表面处理能够有效地减少器械分离。镍钛合金根管器械的表面处理主要包括改善器械表层性状和去除有缺陷的表层。前者包括汽化沉积法和离子植入法，后者包括电抛光等。    2.3.1  汽化沉积法和离子植入法  汽化沉积法指的是通过各种方法将气体离子沉积到金属表面。离子植入法与汽化沉积法相似，指的是在高电压下将一定的离子植入到器械表面以改善器械表面的性状。Tripi等[15-16]采用金属有机化学汽化沉积法、化学汽化沉积法和物理汽化沉积法对机用镍钛器械进行处理并在扫描电镜下观察后发现，经过3种方法处理后的器械表面均无镍钛器械表面特有的车床加工痕迹，这说明汽化沉积法对改善镍钛器械表面性状有较好的效果。汽化沉积法的不足之处在于所需成本较高，难以在临床推广。    2.3.2  电抛光  电抛光指的是将已经通过CAD/CAM研磨程序的器械半成品连接到直流电源的阳极并浸入含有热电解质的溶液中，以人工控制电化学反应将含有缺陷的器械表层溶解除去，使器械表面没有污染物、微裂痕和残余应力。现已有经过电抛光处理的商用镍钛根管器械RaCe出售。Tripi等[12]用扫描电镜观察了未经过电抛光和经过电抛光的RaCe后发现，未电抛光的RaCe存在与其他镍钛根管器械相似程度的残留碎屑、研磨痕迹、小凹陷、微裂痕和钝化边缘，而电抛光后的RaCe仅有少量残留的碎屑。他们将未使用过的有相同合金比例而设计不同的25号0.06锥度的ProFile、K3、Hero、Mtwo、RaCe以及未经过电抛光的RaCe进行疲劳实验后发现，ProFile拥有最好的循环疲劳抵抗，未经过电抛光的RaCe拥有最差的循环疲劳抵抗，而电抛光后的RaCe拥有与ProFile相近的循环疲劳抵抗。由此可见，电抛光弥补了RaCe设计上的不足，增加了其循环疲    劳抵抗，从而能够有效地防止器械分离。Anderson等[17]将尖端直径0.30 mm、锥度0.04的ProFile、EndoWave和RaCe电抛光处理后与未经处理的同一批次的相同器械相比较后发现，电抛光能够显著增强器械的循环疲劳抵抗，可在一定程度上增强器械对转矩分离的抵抗。他们认为，这与电抛光对器械的表面性状改变有关。    相信随着研究的深入和更多的新技术用于镍钛合金根管器械，镍钛合金根管器械的分离将会越来越少，从而使其在临床上发挥更大的作用。【参考文献】[1] Kazemi RB, Stenman E, Spangberg LS. 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