سرامیک‌های دندانی

سیر تکاملی و پیشرفت‌های تاریخی
 1-پیشگامی سرامیک‌ها در پزشکی و دندان‌پزشکی
سرامیک‌ها با وجود سختی پایین و هدایت حرارتی/الکتریکی ضعیف، کاربردهای متنوعی در پزشکی دارند. نخستین نشانه‌های استفاده از سرامیک در تاریخ بشر به حدود 700 سال پیش از میلاد در اتروسک‌ها برمی‌گردد. باستان‌شناسان دندان‌های مصنوعی ساخته‌شده از عاج، استخوان حیوانات، دندان انسان و حیوانات را کشف کرده‌اند که از فقرا خریداری یا از مردگان تهیه می‌شدند؛ هدف این دندان‌ها، حل مشکلات فک و دهان در آن زمان بوده‌است .

تصویر یک فک پایین و پروتزهای دندانی که با سیم به هم متصل شده‌اند، ساخته‌شده توسط اتروسک‌ها.
2-از عاج اسب‌آبی تا سرامیک‌های مدرن
در طول تاریخ، انواع مختلفی از سرامیک‌ها و تکنیک‌های ساخت آن‌ها برای پاسخ‌گویی به نیازهای ترمیمی بیماران و دندان‌پزشکان توسعه یافته‌اند. پیر فوشار در سال 1728، نخستین کتاب دندان‌پزشکی را منتشر کرد و سنگ‌بنای دندان‌پزشکی مدرن را بنا نهاد. اولین پروتز مدرن از عاج اسب‌آبی و فنرهای مارپیچی برای جورج واشنگتن ساخته شد.
در سال 1774، دو متخصص فرانسوی، Chemant و Duchateau، اولین دندان مصنوعی چینی را تولید کردند. اگرچه این دندان‌ها به دلیل عدم اتصال مؤثر به پروتز نمی‌توانستند به‌صورت تکی استفاده شوند.
3- گسترش جهانی دندان‌های پرسلانی
در سال 1808، Fonzi، دندان‌پزشک ایتالیایی، دندان “ترو-متالیک” را با پین پلاتین طراحی کرد. در سال 1817، Planteau این دندان‌ها را به ایالات متحده معرفی کرد و در سال 1825 Stockton تولید صنعتی آن‌ها را آغاز نمود. روش قالب‌گیری دهان با گچ پاریس نیز توسط Pfaff در سال 1756 در آلمان مطرح شد ولی تا زمان ظهور لاستیک ولکانیزه در 1839 به کار نرفت.
4- نوآوری‌های قرن بیستم: زیبایی و مقاومت
در 1886، Charles Land ترمیم‌هایی از پروسلین با فلدسپات‌های شیشه‌ای معرفی کرد که ظاهر زیبایی داشتند اما مقاومت مکانیکی ضعیفی داشتند. در 1962، Weinstein و همکارانش مشکل ناسازگاری فلز و چینی را با توسعه ترمیم‌های متال-سرامیک (PFM) حل کردند؛ ترمیم‌هایی با زیبایی بالا و عملکرد کلینیکی قابل‌توجه .
شرکت VITA Zahnfabrik در سال 1963 نخستین سرامیک‌های زیبا و تجاری را تولید کرد و Ceramco با معرفی محصولاتی با ضریب انبساط حرارتی بهینه، امکان استفاده با انواع آلیاژها را فراهم نمود.
McLean و Hughes در سال 1965 هسته‌ای آلومینایی تولید کردند که هرچند مات بود و نیاز به پوشش چینی داشت، اما گام بزرگی در توسعه سرامیک‌های ترمیمی به حساب می‌آمد.
5- تحولات پیشرفته در دهه‌های اخیر
در 1984، Adair و Grossman با کنترل تبلور در سرامیک‌های شیشه‌ای Dicor خواص مکانیکی را ارتقا دادند. نسخه ماشین‌کاری‌شونده آن با حدود 70٪ حجم کریستالی معرفی شد.
اوایل دهه 1990 شاهد عرضه IPS Empress با 34٪ فاز لوسایت و مقاومت شکست 1.3 (MPa·m^1/2) بود. در ادامه، IPS Empress 2 با 70٪ دی‌سیلیکات لیتیوم و مقاومت بالاتر و حدود 3.3 ( MPa·m^1/2) معرفی شد.
در سال 1992، Duceram LFC با دمای پخت پایین، ضریب انبساط حرارتی بالا و ویژگی‌های خودترمیمی وارد بازار شد. سرامیک‌های پیشرفته‌ای مانند In-Ceram Alumina، In-Ceram Zirconia، Lava و Cercon نیز به دلیل خواص مکانیکی و نوری بهبود‌یافته، در ساخت اینله، آنله، روکش و پروتزهای دندانی ثابت کاربرد وسیعی یافته‌اند.
6- دندان‌پزشکی فردا: از عملکرد تا زیبایی
کاهش استفاده از آمالگام و فلزات ریختگی، منجر به رشد محبوبیت سرامیک‌ها در دندان‌پزشکی شده‌است. به‌ویژه، هسته‌های تمام سرامیکی به دلیل محدودیت‌های زیبایی متال‌سرامیک‌ها و نیاز به کیفیت بالای ترمیم، توجه فراوانی را به خود جلب کرده‌اند.
با وجود این پیشرفت‌ها، دهان به عنوان محیطی با شرایط سخت شیمیایی و مکانیکی، چالش‌های زیادی برای کاربرد سرامیک‌ها ایجاد می‌کند؛ این مواد در برابر گسترش ترک حساس هستند و مقاومت کششی پایینی دارند.
 7- راهکارهای مدرن برای چالش‌های پایدار
برای عبور از این مشکلات، تلاش‌های زیادی بر توسعه سرامیک‌های دندانی مدرن انجام شده‌است؛ از جمله سرامیک‌های بدون جمع‌شدگی و شیشه‌سرامیک‌های قابل ریخته‌گری یا ماشین‌کاری‌شونده که ظاهر بهتر، دوام بالاتر، مقاومت سایش و استحکام مکانیکی بیشتری دارند. این مواد با فناوری‌هایی چون پرس حرارتی، تولید افزایشی (AM) و CAD/CAM تولید می‌شوند.

خواص فیزیکی و مکانیکی کلیدی
بیشتر سرامیک‌های دندانی شامل یک فاز کریستالی هستند که توسط ماتریسی آمورف از شیشه سیلیکاتی احاطه شده‌اند. این شیشه‌ها از چهاروجهی‌های SiO₄-⁴ تشکیل شده‌اند که با اشتراک‌گذاری گوشه‌ها به هم متصل می‌شوند و ساختاری شبکه‌مانند را ایجاد می‌کنند.
سیلیس کریستالی دارای سه شکل پلی‌مورف مختلف است:
کوارتز (Quartz) کریستوبالیت (Cristobalite) تری‌دیمیت (Tridymite) که هرکدام در دامنه دمایی متفاوتی پایدار هستند. در سرامیک‌های دندانی، فرم رایج سیلیس کریستالی کوارتز است.
از آنجا که دندان‌های طبیعی انسان نوعی سرامیک محسوب می‌شوند و هیدروکسی‌آپاتیت غیرآلی بخش اصلی آن‌هاست، نخستین مواد ترمیمی دندان‌پزشکی برای ساخت تاج‌های دندانی از ترکیبات زیر تشکیل شده بودند:
SiO2 – سیلیس    Al2O3 – آلومینا      K2O – اکسید پتاسیم این سرامیک‌های سنتی دندانی، مواد شیشه‌ای مبتنی بر سیلیس و فلدسپات بودند.

این دیاگرام نشان دهنده سیستم سه‌تایی K₂O–Al₂O₃–SiO₂ نقش کلیدی در تعیین نواحی فازی سرامیک‌های فلدسپاتیک دندانی دارد.
در این سیستم:

رأس مثلث ماده معدنی اکسیدهای غالب موجود نقش در سرامیک Feldspar فلدسپار K2O و Na2O +Al2O3 +SiO2 تأمین فلاکس (کاهش دمای ذوب)، آلومینا و سیلیس Clay خاک رس Al2O3 +SiO2 افزایش استحکام، پایداری حرارتی Quartz کوارتز تقریباً خالص SiO2 سختی بالا، شفافیت، مقاومت شیمیایی
 
این ترکیب سه‌تایی پایه‌ای برای تولید سرامیک‌های دندانی فلدسپاتیک است که در ساخت روکش‌ها، ونیرها و ترمیم‌های زیبایی کاربرد دارند. نواحی فازی مختلف در این دیاگرام نشان‌دهنده ترکیب‌هایی هستند که منجر به تشکیل فازهایی با خواص متفاوت می باشند. 
 طبقه‌بندی سرامیک‌های دندانی
سرامیک‌های دندانی را می‌توان بر اساس روش‌های مختلفی مانند کاربرد بالینی، دمای پخت، ریزساختار، ترکیب، فاز کریستالی و ماتریس، روش ساخت، شفافیت، مقاومت به شکست، سایندگی و غیره طبقه‌بندی کرد.
 
 1- بر اساس کاربرد بالینی
سرامیک‌های دندانی با توجه به کاربردهای خاص (مانند تاج‌های ناحیه قدامی یا خلفی، بریج‌ها، پست‌ها یا هسته‌های اندودنتیک، براکت‌های ارتودنسی، ونیرها، پروتزهای ثابت دندانی، رنگ‌های سرامیکی و گلیزها) فرموله و ساخته می‌شوند تا عملکرد مناسب، استحکام کافی، زیبایی و دوام را فراهم کنند. دو دسته اصلی سرامیک‌های دندانی بر اساس کاربرد بالینی عبارتند از:
 
۱. ترمیم‌های تمام سرامیک برای تاج‌ها، اینله‌ها، آنله‌ها، ونیرهای قاب‌های فلزی، بریج‌های قدامی و پروتزهای ثابت دندانی (FDPs).
۲. تاج‌های سرامیک-متصل-به-فلز (MC) و پروتزهای پارسیل ثابت 

سرامیک‌ها همچنین در براکت‌های ارتودنسی، اباتمنت‌های ایمپلنت دندانی و دندان‌های مصنوعی استفاده می‌شوند.
تاج‌های سرامیک-متصل-به-فلز از یک هسته آلیاژ فلزی تشکیل شده‌اند که با لایه‌های سرامیکی پوشش داده شده است. این تاج‌ها هنوز هم به‌طور گسترده در دندانپزشکی ترمیمی استفاده می‌شوند. این تاج‌ها در مقایسه با تاج‌های تمام سرامیک، نرخ بقای بالاتر و چقرمگی شکست بیشتری دارند و آن‌ها را به گزینه‌های مناسبی برای ترمیم دندان‌های خلفی تبدیل می‌کند. علاوه بر این، استفاده از ترمیم‌های سرامیک-متصل-به-فلز به تراش کمتر دندان نیاز دارد که یک عامل مهم است. با این حال، از نظر بیولوژیکی، این سرامیک‌ها دارای نقطه ضعفی مربوط به حساسیت به فلز هستند. یکی دیگر از معایب این سرامیک‌ها، زیبایی کمتر آن‌هاست که استفاده از آن‌ها را در نواحی قدامی محدود می‌کند.
 
از طرف دیگر، ترمیم‌های تمام سرامیک زیبایی بیشتری دارند. این ترمیم‌ها به‌شدت کریستالی هستند و گاهی به ۹۹ درصد حجم کریستال می‌رسند. اندازه، مقدار، توزیع و ترکیب فاز کریستالی بر خواص مکانیکی و نوری این سرامیک‌ها تأثیر می‌گذارد. این سرامیک‌ها را می‌توان با روش‌های مختلفی از جمله ریخته‌گری دوغابی، ماشین‌کاری، زینترینگ، پرس گرم و تکنیک‌های ترکیبی تولید کرد. استفاده از تمام سرامیک‌ها نیاز به تراش نسبتاً بیشتری از ساختار دندان دارد.
 
از جمله مواد سرامیکی پرکاربرد برای تاج‌ها و بریج‌ها می‌توان به آلومینا، زیرکونیای تثبیت‌شده با سریا، آلومینای نفوذیافته با شیشه، اسپینل منیزیم-آلومینای نفوذیافته با شیشه، آلومینا/زیرکونیای نفوذیافته با شیشه، شیشه-سرامیک لیتیوم دی‌سیلیکات و زیرکونیای تثبیت‌شده با ایتریا اشاره کرد. جدول ۳.۳ برخی از انواع مهم سرامیک‌های دندانی و کاربردهای پیشنهادی آن‌ها را فهرست کرده است.
 
2- بر اساس دمای پخت
سرامیک‌های دندانی بر اساس دمای پخت به چهار دسته مختلف تقسیم می‌شوند:
نوع دمای پخت کاربرد سرامیک‌های با دمای پخت بالا بالای ۱۳۰۰oC این سرامیک‌ها استحکام بالا، پایداری شیمیایی و شفافیت دارند و برای دندان‌های مصنوعی و هسته‌های آلومینا و زیرکونیای کاملاً زینترشده استفاده می‌شوند. سرامیک‌های با دمای پخت متوسط ۱۱۰۱ – ۱۳۰۰ oC برای دندان‌های مصنوعی استفاده می‌شوند. سرامیک‌های با دمای پخت پایین ۸۵۰ – ۱۱۰۰ oC اغلب به‌عنوان ونیر سرامیکی تاج‌ها و بریج‌ها استفاده می‌شوند. سرامیک‌های با دمای پخت بسیار پایین کمتر از ۸۵۰ oC برای ونیر کردن تاج‌های سرامیکی، بریج‌های سرامیکی و پروتزهای سرامیک-متصل-به-فلز استفاده می‌شوند. سرامیک‌هایی که در دمای بسیار پایین پخته می‌شوند، دارای ریزساختاری منحصر‌به‌فرد هستند. این ساختار شامل ذرات کریستالی بسیار کوچکی است که یا به‌طور یکنواخت در سراسر ساختار پراکنده شده‌اند، یا در برخی موارد تنها تعداد کمی کریستال دارند، و حتی ممکن است کاملاً فاقد کریستال باشند. این ویژگی موجب می‌شود که سطح این سرامیک‌ها نسبت به نمونه‌های با دمای پخت پایین یا متوسط، قابلیت پولیش بهتری داشته باشد؛ در نتیجه، زیبایی و شفافیت بیشتری برای کاربردهای زیبایی‌محور مانند دندان‌پزشکی حاصل شود.
از نظر ترکیب شیمیایی، این نوع سرامیک‌ها غلظت‌های بالایی از ترکیبات اکسیدی شامل CaO، K₂O، Li₂O و Na₂O را دارا هستند. یکی از مزایای کلیدی آن‌ها کاهش چشمگیر در مقدار فاز لوسیت در ترکیبشان است؛ همین عامل باعث کاهش قابل توجه ضریب انبساط و انقباض در آن‌ها می‌شود. این خصوصیت موجب افزایش ثبات ابعادی و کاهش تنش‌های ناشی از تغییرات دمایی در کاربردهای حساس، به‌ویژه در محیط‌های دهانی می‌گردد.
3- بر اساس روش ساخت
یکی از عملی‌ترین و کاربردی‌ترین روش‌ها برای طبقه‌بندی سرامیک‌های دندانی، دسته‌بندی بر اساس نحوه ساخت آن‌هاست. چرا؟ زیرا فرآیند ساخت یک نقش حیاتی در تعیین کیفیت نهایی دارد. این فرآیند نه‌تنها ریزساختار سرامیک را شکل می‌دهد، بلکه به شدت بر عواملی مانند:
حجم و تعداد ترک‌ها نوع و تعداد حفره‌ها میزان ناخالصی‌ها تأثیرگذار است. همه این فاکتورها می‌توانند منجر به گسترش ترک‌ها و در نهایت شکست مکانیکی سرامیک دندانی شوند.
 روش‌های ساخت متنوع سرامیک‌های دندانی
سرامیک‌های دندانی امروزی با بهره‌گیری از تکنیک‌های متعدد و پیشرفته تولید می‌شوند که عبارت‌اند از:
روش ساخت توضیح کوتاه زینترینگ (Sintering) چگالش ذرات سرامیکی با حرارت بالا بدون ذوب کامل نفوذ شیشه (Glass infiltration) نفوذ شیشه مذاب در ساختار متخلخل برای تقویت ریخته‌گری دوغابی (Slip casting) ریختن دوغاب سرامیکی در قالب‌های جاذب پرس گرم (Hot pressing) اعمال فشار و دما همزمان برای افزایش چگالی ماشین‌کاری CAD/CAM طراحی دیجیتالی و تراش دقیق با دستگاه کپی‌میلینگ (Copy milling) الگوبرداری مکانیکی از مدل اولیه تکنیک‌های ترکیبی تلفیق چند روش برای بهینه‌سازی ساختار و خواص


4- بر اساس ریزساختار و ترکیب
خواص مکانیکی و اپتیکی (نوری) سرامیک‌های دندانی ارتباط مستقیم با ترکیب شیمیایی، ریزساختار و نقص‌های ساختاری آن‌ها دارد. این ویژگی‌ها روی استحکام، دوام، ظاهر و عملکرد سرامیک در محیط‌های کلینیکی تأثیر می‌گذارند.
صرف‌نظر از روش ساخت، تمام سرامیک‌های دندانی را می‌توان در قالب چهار ریزساختار اصلی دسته‌بندی کرد:
نوع ریزساختار توضیح نمونه‌های معمول ۱. سیستم‌های مبتنی بر شیشه پایه ساختاری آن از شیشه است سیلیس ۲. شیشه با پرکننده‌های کریستالی ترکیب شیشه با ذرات کریستالی برای استحکام و زیبایی لوسیت، لیتیوم دی‌سیلیکات ۳. کریستالی با پرکننده‌های شیشه‌ای کریستال به‌عنوان ماتریس، شیشه به‌عنوان تقویت‌کننده آلومینا ۴. مواد جامد پلی‌کریستالی ساختار کاملاً کریستالی و بدون فاز شیشه‌ای آلومینا، زیرکونیا


✅ دسته ترکیبی ۱: سیستم‌های مبتنی بر شیشه خالص
ترکیب اصلی: فلدسپات و سیلیس ساختار: ماتریس شیشه‌ای آمورف (غیربلوری) خواص مکانیکی: بسیار پایین در مقایسه با دیگر گروه‌ها ویژگی نوری: بالاترین تطابق با ظاهر طبیعی مینا و عاج دندان کاربرد اصلی: ونیر کردن هسته‌های آلومینایی برای افزایش زیبایی
✅ دسته ترکیبی ۲: شیشه با پرکننده‌های کریستالی
ترکیب پایه: سیلیس با فازهای کریستالی تقویت‌کننده تأثیر کریستال‌ها: افزایش استحکام و چقرمگی، کاهش شفافیت نوری عملیات ساخت: رسوب کریستال‌ها در شیشه با فرآیندهای حرارتی خاص (تشکیل شیشه-سرامیک) ویژگی‌ها: فاز شیشه → شفافیت و شکنندگی فاز کریستالی → کدری، پایداری شیمیایی، رنگ، مقاومت مکانیکی انواع پرکننده‌ها: لوسیت کریستالی، لیتیوم دی‌سیلیکات، فلوئوروآپاتیت زیردسته‌ها: پرسلن‌های فلدسپاتی با لوسیت کم/متوسط شیشه-سرامیک با لوسیت بالا (~۵۰٪) شیشه-سرامیک لیتیوم دی‌سیلیکات
✅ دسته ترکیبی ۳: کریستال با پرکننده‌های شیشه‌ای
ساختار اصلی: ماتریس کریستالی زینترشده با ذرات شیشه‌ای نفوذیافته نمونه برجسته: In-Ceram آلومینا (معرفی‌شده در سال ۱۹۸۸) فرآیند ساخت: ایجاد هسته متخلخل آلومینا نفوذ شیشه اکسید لانتانیم (La₂O₃) با ویسکوزیته پایین در دمای بالا فازهای قاب کریستالی: آلومینا، آلومینا/زیرکونیا، اسپینل آلومینا/منیزیم روش‌های ساخت: ریخته‌گری دوغابی یا ماشین‌کاری بلوک پیش‌زینترشده خواص مکانیکی: چقرمگی شکست: ۲.۴۸–۳.۵۵ MPa·m^1/2 استحکام خمشی: ۳۰۰–۵۰۰ مگاپاسکال
✅ دسته ترکیبی ۴: مواد جامد پلی‌کریستالی
مواد: آلومینا و زیرکونیا ساختار: سرامیک‌های تک‌فازی، بدون فاز شیشه‌ای فرآیند: زینترینگ مستقیم کریستال‌ها در دمای بالا ویژگی‌ها: استحکام بالا چقرمگی عالی مقاومت بسیار بالا در برابر شکست محدودیت: نیاز به دمای بسیار بالا، که استفاده در برخی کاربردها مانند تاج‌ها و پروتزهای دندانی ثابت را محدود می‌کند(این مقاله به مرور زمان کاملتر خواهد شد)(این مقاله به مرور زمان کاملتر خواهد شد )