陶瓷(Ceramics)泛指由无机非金属材料经过高温处理后形成的多晶聚集体。据出土的古陶瓷文物分析，陶瓷的历史可以追溯到九千年以前。早期的陶瓷只是陶器(Pottery)，人们用泥土作原料，以树木燃烧获得高温，使之烧结成型，得到具有一定强度、多孔和透气性的制品。随着含铝成份较高的瓷土及高岭土原料的应用、高温技术的发展和釉的发明，出现了陶器到瓷器的第一个阶段。在中国出现了著名的唐三彩和邢窑白釉瓷。进入二十世纪，出现了一系列不同于硅酸盐化合物的陶瓷材料，如以氧化物、氮化物、硅化物、硼化物等制成的陶瓷材料，进而由传统发展到先进陶瓷。这一阶段的先进陶瓷无论从原料、显微结构中体现的晶粒、晶界、气孔、缺陷等，在尺度上都处于微米级水平，因此，又称为微米先进陶瓷(AdvancedCeramic)或精细陶瓷(FineCeramics)。牙科陶瓷的发展正是伴随着工业陶瓷技术的发展而逐渐走向成熟的。
目前，应用于牙科领域的陶瓷材料主要有三种类型：
①应用于义齿的成品瓷，它是由长石、粘土、方石英等混合物经过高温处理而制成；
②金属表面烤瓷，它是由钾长石和玻璃的混合物经烧结并能熔附在金属表面的饰瓷；
③全瓷修复材料。
1965年Mclean和Hughes研制了氧化铝增强的牙科瓷材料，并应用于临床。八十年代初，无收缩全瓷冠系统和Dicor可铸造陶瓷系统的应用，进一步改善了口腔修复体的美学性能。近十年来，人们采用了多种方法增韧和强化牙科用陶瓷材料，使其强度和韧性得到了很大提高。目前的牙科陶瓷材料不但可以制作嵌体、贴面，而且可以制作出色泽类似于天然牙的全瓷冠、桥。这些制作全冠的陶瓷材料，按其组成可以分为：①玻璃陶瓷(Glassceramics)，②高铝瓷(Highaluminaceramics)，③白榴石晶体增强的长石瓷(Feldspathicceramicswithcrystallineleucite)，④氧化锆陶瓷。按制作技术不同，可分为：①常规粉浆瓷(Conventionalpowder-slurryceramics)，②铸造陶瓷(Castableceramics)，③可切削陶瓷(Machinableceramics)，④热压陶瓷(Hotpressableceramics)，⑤渗透陶瓷(Infiltratedceramics)。伴随着高强度新型牙科陶瓷材料的研制成功和精密制作技术的应用，有效地降低了全瓷修复体的临床失败率，促进了全瓷修复系统的的临床应用。
第二节临床常用的全瓷修复材料
一、白榴石晶体增强的长石瓷
长石瓷(FeldspathicCeramics)是以天然的钠长石（Na2O·Al2O3·6SiO2）或钾长石（K2O·Al2O3·6SiO2）为主要原料，并与石英（SiO2）、矾土(Al2O3)、硼砂（B2O3）及少量的着色剂等成分混合烧制而成的陶瓷材料。长石瓷是牙科陶瓷修复体制作中使用最早的材料，它具有独特的美学性能，是氧化锆陶瓷和高铝瓷无法比拟的。但由于其强度太低，作为全瓷冠、桥的修复材料一直受到限制。1989年,Katz首先发明了用白榴石增强的牙科长石瓷。随后，商业化用的白榴石晶体增强的长石瓷研制成功，如OptecHSP。这种材料含有41%的白榴石(K2O-Al2O3-4SiO2)，其弯曲强度是普通长石瓷的2倍，达到137MPa，且具有良好的透光性。它已用作前牙牙冠和其它核瓷的饰瓷材料。IPS-Empress瓷也是一种含白榴石晶体的长石瓷（图8-6），含白榴石晶体达41.3%，其强度的改善是通过热压制作工艺和随后烧结过程中的白榴石晶体含量增加所致，三点弯曲法(Three-pointBending)测得的强度为182MPa，压痕法(IndentationMeasurement)测试的断裂韧性为1.62MPam1/2。
二、玻璃－陶瓷
玻璃陶瓷是一种可以形成象玻璃一样预期形状的材料，通过受控结晶而制成。这类材料是由大比例的(典型的为95-98%)微小晶体(通常小于1μm)和少量残余玻璃相所组成的无机复合体。玻璃陶瓷和普通陶瓷相比有很多优点，首先是成型容易，制品致密无空隙。其次是能获得特殊的物理、化学性能和优良的机械性能，如微晶玻璃陶瓷具有良好的透光性和切削性能，且强度好、韧性高，抗磨损性强。
三、高铝瓷材料
四、氧化锆陶瓷
目前，在口腔修复中强度和韧性最高的牙科陶瓷材料是氧化钇稳定的二氧化锆陶瓷（Yttria-stabilizedTetragonalZirconiaPolycrystalline,Y-TZP），它的三点弯曲强度达到900~1200MPa，断裂韧性达8.5MPam1/2以上，显微结构如图8-12所示。二氧化锆陶瓷(Y-TZP)最早在生物医学领域中的应用是在整形外科，采用氧化钇稳定的二氧化锆陶瓷作为股骨头替换材料具有极佳的生物相容性和良好的物理机械性能。在九十年代初，Y-TZP被用来制作根管桩和种植牙材料，随后又被用作全瓷基底冠或固定义齿支架结构。
较纯的氧化锆粉末呈黄色或灰色，高纯度的氧化锆粉末呈白色。在不同的温度条件下，存在着氧化锆三种同质异形体，即立方晶系、单斜晶系和四方晶系。加热时二氧化锆陶瓷(由单斜－ZrO2转变为四方－ZrO2发生体积收缩；冷却时四方－ZrO2转变为单斜－ZrO2发生体积膨胀，约为3~5%。这种体积的变化导致局部压应力的产生，特别是在裂纹的尖端，将抵消外部拉应力的作用，这也就是二氧化锆陶瓷的相变增韧原理如图8-13。
第三节陶瓷材料的性能
一、强度
强度是指材料在一定载荷作用下发生破坏时的最大应力值。陶瓷材料的强度测试，根据其不同的使用要求采用不同的测试方法。常用的弯曲、挠曲、压缩、拉伸、冲击等。
1、弯曲强度(BendingStrength)
牙科陶瓷材料属脆性材料，除特殊需要外，很少测试拉伸强度，最普遍最常用的是弯曲强度测试。这种试验方法比较简单易行，且不同材料之间有可比性，并可以通过所得强度数据进行简单的统计处理来预测实际材料的强度。它反应的是矩行截面梁在弯曲应力作用下试件受拉面断裂时的最大应力。对牙科精细陶瓷(dentalfineceramics)，常温弯曲强度试验方法有三点弯曲试验和四点弯曲试验。
如图8-14所示弯曲强度的试样为矩形截面梁，常用规格为4mm×3mm×40mm和3mm×2mm×25mm的试验样。试样数一般应在10个以上。试样表面须采用一定的研磨规程，以达到陶瓷试样测试时的表面粗糙度要求。首先用150~200目金刚石砂纸粗磨，然后用400~600目金刚石砂纸细磨，再用800~1000目金刚石砂纸精磨，最后采用0.5~1.0μm的金刚石抛光膏进行抛光。为了减小边缘效应对陶瓷强度的影响，对于梁边缘应采用800~1000目金刚石砂纸进行45°的倒角加工。
2、双轴挠曲强度(BiaxialFlexibleStrength)
尽管牙科陶瓷材料强度测试一直采用的是标准三点弯曲或四点弯曲试验方法，但是试样的边缘裂纹效应直接影响到测试材料的强度。由于很难消除所有的边缘裂纹，各个样本之间测试的强度值经常产生较大的差异。双轴挠曲强度由于试样的边缘没有直接承受载荷，因而测试的强度完全消除了边缘效应的影响。根据ASTMF394-78测试双轴挠曲强度的标准，各圆盘状试样的厚度、直径之间的误差小于0.01mm。圆盘状试样放置在三个相互成120°直径为3.18mm不锈钢球的中央，三个不锈钢球组成圆的半径为5mm。加载头为直径1.68mm的圆柱型平头。
3、影响强度的组织因素
陶瓷材料本身的脆性来自于其化学键的种类，实际陶瓷晶体中大都以方向性较强的离子键和共价键为主，多数晶体的结构复杂，平均原子间距大，因而表面能小。同金属材料相比，陶瓷材料在室温下启动的滑移系几乎没有，位错的滑移、增殖也很难发生。因此很容易由表面或内部存在的缺陷引起应力集中而产生脆性破坏。这是陶瓷材料脆性的原因所在，也是其强度值分散性较大的原因所在。
通常陶瓷材料都是用烧结的方法制造的，在晶界上大都存在着气孔、裂纹和玻璃相等，而且在晶内也存在有气孔、孪晶界、层错、位错等缺陷。陶瓷强度除取决于本身材料的种类外，微观组织因素对强度也有显著的影响(即微观组织敏感性)，其中气孔率与晶粒尺寸是两个重要的影响因素。气孔是绝大多数陶瓷的主要组织缺陷之一，会显著地降低载荷作用面积，同时，它也是引起应力集中的地方。多孔陶瓷的强度随着气孔率的增加近似地按指数规律下降。
4、陶瓷的复合强化
为了提高陶瓷材料的强度，除了要控制上述组织因素外，更常用的是通过复合的办法提高强度，例如自生复相陶瓷棒晶强化，加入第二相的颗粒弥散强化、纤维强化、晶须强化等。
二、断裂韧性(FractureToughness)
牙科陶瓷材料在室温或口腔温度下很难产生塑性变形，其断裂方式为脆性断裂，且对裂纹的敏感性很强。断裂韧性KIC是描述材料瞬间断裂时的裂纹尖端临界应力强度因子。断裂韧性常用的测试方法主要有单边切口梁法（Single-Edge-otchedBeam,SENB）和压痕法（IndentationMethod,IM）。
1、单边切口梁法（SENB)
2、压痕法（IM)
对于压痕测试断裂韧性是在维氏显微硬度测试的同时，由其压痕及四角产生的裂纹长度、及维氏硬度值求得KIC的方法。
三、硬度
硬度(Hardness)是指材料抵抗局部压力而产生变形能力的表征。对于金属材料其硬度与强度之间存在直接的对应关系，金属材料的硬度越高，其强度越大。而陶瓷材料属脆性材料，硬度测定时，加载压头接触区域会发生压缩断裂等复合型破坏的伪塑性变形。因此，陶瓷材料的硬度与强度间没有直接的对应关系，但硬度与耐磨性之间有密切的关系。陶瓷材料的硬度常用维氏硬度和显微硬度来评价。
P—负荷力，N；
F—压痕凹面面积，mm2；
d—压痕两对角线长度的平均值，mm。
在测试时，负载P的大小可根据试样的大小、厚薄和其它条件的不同而定，陶瓷材料从力中选择。
四、热冲击
陶瓷材料的热冲击也叫热震性，它是由于急冷或急热而产生冲击内应力的一种形式，即由部件的表面和里面或不同区域的温度差而产生的热应力。陶瓷的抗热冲击能力是其力学性能和热学性能对应于各种受热条件的综合表现。
热震破坏可以分为两大类：一类是一次性破坏，称为热冲击断裂；另一类是在热冲击循环作用下，材料先是出现开裂、剥落，然后碎裂或变质，最终至整体破坏，称为热震损伤。热冲击产生的瞬态热应力比正常情况下的热应力要大得多，它是以极大的速度和冲击的形式作用在物体上，所以也称热冲击。
热疲劳是指材料受温度变化时因其自由变形受约束而产生循环应力和循环应变，最终导致龟裂的现象。热疲劳性能不仅跟材料的强度和疲劳性能有关，而且与热膨胀系数、弹性模量等因素也有关。热疲劳与热震疲劳的区别在于热疲劳的变温速率是缓慢的。
由于脆性材料表面受拉应力比受压应力更容易引起破坏，所以，陶瓷材料的急冷比急热更为危险。
五、磨损
陶瓷的耐磨损性主要取决于该材料和与之接触材料的相对硬度。通常共价健陶瓷有很高的硬度，故也有较好的耐磨损性。陶瓷材料的磨损量的大小跟接触面的光滑度或颗粒尺寸有关，同时与磨擦面的正压力也有关。此外，陶瓷的磨损率还随撞击角度和撞击速度的增加而增加，也与材料强度、弹性模量以及环境等因素有关。
评价材料的磨损性时，应考虑综合因素的影响。例如氧化或腐蚀与磨损同时作用的情况比单独一项的影响要严重得多。
第四节陶瓷材料的可靠性评价
牙科陶瓷材料是高脆性材料，其断裂强度有很大的分散性和模糊性。材料的可靠性，一是指短期力学性能和指标的稳定性，通常采用统计断裂力学方法来分析。另一是长期机械性能的可靠性和强度的衰减率问题。
目前，最广泛应用的断裂强度统计理论是韦伯(weibull)理论，从强度的概率分布来进行分析。以断裂应力σ的测试值为随机变量，不断裂概率为Pf，则以σ为随机变量的韦伯分布函数为:
韦伯模数体现了材料的均匀性和可靠性，m值越大，强度的均匀性越好，材料的可靠性越大。但这种可靠性指的是强度的稳定性大、分散性小，与使用寿命的长短和使用过程中的可靠性关系不大。
韦伯模数的确定可以采用作图法，对分布函数取对数后描出载荷值和不破坏概率的对数关系曲线，其斜率m为韦伯模数值。这种形式的韦伯曲线广泛用于表示材料或部件的可靠性和数据分析。
更精确的方法是在概率统计学的基础上应用无偏极大似然估计来进行参数估计，当然也可以用其它的参数估计方法。由于陶瓷试件的加工制作较为困难和昂贵，在保证精度的情况下，试样数越少越好。有学者通过对韦伯模数估计精度与试验样本数的关系研究，提出在保证95%的可信水平与20%的相对误差的条件下，取36个试样即可。考虑到节约材料和费用，推荐试样数不少于16。
1、采用可靠性分析和无损探伤的方法为高脆性的陶瓷材料提供准确的设计参数，以保证材料的可靠性。
2、了解引起强度下降的缺陷的形成和发展，改善陶瓷制备工艺，以消除这些缺陷，制备出均匀和高强、高韧的材料。
3、利用各种增韧方法减少材料对缺陷的敏感性。根据使用条件，选择强度衰减率最低的陶瓷为原料。表面抛光、热处理均可提高陶瓷的可靠性。