钛在牙科材料上应用：

对钛及钛合金作为生物硬组织替代材料进行了大量的研究。作为牙科材料正在探讨钛在镶嵌体、齿冠、桥接材、义牙床、人工牙根等植人材方面的应用。日本还积极研究钛的精密铸造牙科制品。

日本工业技术院名古屋技术研究所正致力于钛作为牙科材料的应用研究。主要进行钛整体义牙床等的超塑成形、利用超塑性使羟基磷灰石粒子与钛合金的接合以及Ti-Si，Ti-B等合金的开发等。

钛合金整体义牙床的超塑成形：

该研究所对铸造装置、失蜡材等进行了改进，用失蜡精密铸造法进行了钛修补用品的试制，但对义牙床，要求其轻量薄壁，而且其形状要与每个患者口腔形状在大面积范围内都一致，因此，其铸造比牙科用合金的铸造更加困难，需要更熟练的技术和操作。

为此，用均质且性能稳定的Ti―6Al―4V，纯钛或者Ti-4.5Al―3V―2Fe―2Mo（NKK，SP―700）钛板为材料，用超塑性成形方法试制了上颚用整体义牙床。超塑性成形方法由于模具与被加工材之间的接触时间长，有时会在被加工材表面产生反应层，需在后续加工中除去。而且，义牙床厚度在毫米级以下，要求与患者口腔完全贴合成形，所以成形模材必须选择与钛尽量不反应的材料，且成形模的制作要简易。如，若能用与牙科技师熟悉的类似石膏模这种方法来制作成形模，就可能在实际的治疗现场应用。研究了成形模材料各种氧化物的组配，开发了以CaO―55ZrO2―15TiO2的混合粉末加入15%MgCl2和甲醇混合，成形固化后，在1423K烧结制成的成形模。以厚0.55mm的Ti―6Al―4V合金板和0.28mm的JIS2类纯钛板为被加工材，用凹凸一对成形模夹持后，在真空热压炉中于l123K温度、压头0.1mm／min的移动速度压下，随着成形的完成，上下模接触使压力上升，在相当于2MPa的压力下保持5min后炉冷，制得了良好的整体义牙床。这种方法存在的问题是成形模中含有Ca和Mg的氧化物，因而有吸湿性。为此，必须严格进行作业环境的湿度管理，成形模也不能在空气中长期保存。

试验用石膏作粘合剂，以30%石膏和氧化硅，用水混合于1473K下烧结制得凹凸一对成形模，这种成形模是由氧化钙和硅酸钙组成的，比单纯的氧化硅对钛的反应要小，而且这种组成与CaO―SiO2系玻璃相似，可期望具有生物亲和性。

采用SP―700，其超塑成形温度比Ti－6Al―4V合金的低100K，即可在998K下以0.1mm／min的速度压下成形，在压力上升至约7MPa时热压终了，炉冷即可。俄歇电子谱分析表明，998K下加工的SP―700表面的渗氧层深度在0.1μm以下，比一般牙科铸件表面反应层100μm～500μm要低得多，这样制得的义牙床，只要去边，就可装上树脂部分及义牙使用。

用这种超塑成形法还试验了在人工牙根（板式人工牙根）上的应用，制得的人工牙根手术时不需在颚骨上打孔，而是采用与颚骨表面形状贴合的板式结构，因而咬合负荷能够分散到较大的面积上，但这种板式人工牙根的底部成形困难，至今尚未实际应用。

利用超塑性使羟基磷灰石与钛合金的接合：

为使生物材料具有生物活性，需要开发新的表面改性方法，为此利用钛合金的超塑性，用适当粒径大小的羟基磷灰石压人其表面，使钛合金表面改性而具有生物活性。采用这种方法，可使羟基磷灰石粒子与钛合金表面结合牢固，不易剥离，而且通过对压人粒子数量的调整，可以得到与骨适合的结合强度。

在SP―700合金板上涂上极薄一层真空硅脂，再涂敷羟基磷灰石粒子后，用两块氧化铝板夹持，置于超塑成形实验用的真空热压炉中，在l023K，0.1mm／min速度下，在一定压力下保持l0min.结果表明，当压力为8.5MPa时，羟基磷灰石压入深度相当于粒子直径大小，增加压力至17MPa时，钛合金在粒子上发生塑性流动而把粒子包裹住，使羟基磷灰石与钛合金表面牢固结合医|学教育网收集整理。还试验成功了在SP―700合金板上用纯钛板溅射涂层后再压人羟基磷灰石的方法，以防钛合金中合金元素在生物体中的溶出。现在这种技术正被研究用于各种形状和尺寸的实际植入材料中，如人工牙根等。

3Ti―Si，Ti―B合金的开发：

为了开发不添加毒性合金元素、且适合于牙科铸造的新型钛合金，选择了硅和硼作为合金元素。硅和硼的化合物耐化学腐蚀、硬度高而脆，若得到这些化合物微量细小析出的合金组织，可望提高钛的力学性能。就元素毒性而言，硼的摄取量每天为4g时对人体有毒，而硅对哺乳动物几乎无毒。相对于铁的摄取量每天为200mg对人体有毒来说，硼的毒性仅为铁的1／20，所以应该不会产生毒性。

用钛、硅、硼单体粉末按所规定的比例混合压制，采用牙科用氩弧铸造装置熔炼、铸造，对制得的合金进行力学性能试验和组织观察。结果表明，对TiSi二元合金而言，硅的添加使合金中钛的晶粒细化，钛与硅反应形成Ti5Si3析出物，合金的强度大幅度提高。当硅的添加量为0.5%～2%时，合金的延伸率几乎与钛一样，当硅的添加量超过2%时，其延伸率大幅下降，合金呈现脆性，而维氏硬度随硅的添加量增大而增大。对TiB，Ti―Si－B合金而言，合金中的析出物为TiB，它使合金中钛晶粒细化，Ti―B合金强度是纯钛的2倍。当硼添加量至0.2%时，合金延伸率提高，而Ti―B―0.5Si的延伸率比Ti－0.5Si合金还好。因此，微量添加硅和硼，使铸造钛的强度、延伸率和硬度得到明显改善。由于所用钛粉原料中氧和氮的含量比JIS2类纯钛的高约2倍，所以工业纯Ti－B比Ti-B的强度低，延伸率高，为了得到更好的力学性能，控制Ti－Si，Ti―B合金中氧、氮含量也很重要。今后也可考虑采用氧、氮含量低的TiB，TiSi合金熔炼锭为原料，探讨其铸造的可能性，以使这种合金具有更好的力学性能。