TWI589277B - 高抗機械疲勞的根管銼針 - Google Patents
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Description
本發明關於一種改良式根管銼針，且特別攸關一種高抗機械疲勞的根管銼針。
於牙科根管治療，根管銼針係使用來清創受感染的牙髓組織。根管銼針大多為單一合金（如：鎳鈦合金）材質製成的，但普遍存在著機械疲勞的問題。因此，當根管銼針置於須治療之患者的牙齒根管內時，易因於根管內長時間轉動而斷裂。斷裂發生時，牙醫師須立刻停止治療並試圖自根管內取出斷裂的碎片。這不僅拉長了治療的時間，甚至可能因無法取出斷裂的碎片而危及患者的健康。
職是之故，如何解決習知之根管銼針的機械疲勞問題，確實為本發明所屬技術領域之業者及/或人士積極解決的課題之一。
本發明之一目的在於提供一種新穎的根管銼針，其具備高抗機械疲勞的性質，並且能解決習知之根管銼針的機械疲勞問題。
於是，為實現上述及/或其他目的，本發明提出一種根管銼針，其包含：一錐形主體、以及一非結晶鈦-鋯-硼（Ti-Zr-B）合金薄膜。錐形主體為金屬合金材質製成的，而非結晶鈦-鋯-硼合金薄膜為形成於錐形主體的表面。
依本發明，當多次施力於根管銼針時，非結晶鈦-鋯-硼合金薄膜可避免多次施力均作用於根管銼針的同一位置。如此一來，可降低多次施力對根管銼針造成的機械疲勞，並減少根管銼針斷裂的可能性。
為讓本發明上述及/或其他目的、功效、特徵能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，作詳細說明：
於本發明之一實施方式，提出一種根管銼針，其可改善習知根管銼針的機械疲勞問題。本實施方式的根管銼針含有：一錐形主體、及一非結晶鈦-鋯-硼合金薄膜。
錐形主體為金屬合金材質製成的，而金屬合金材質的實例可以為但不限於，鎳鈦合金。非結晶合金薄膜是形成於錐形主體表面。特別說明的是，於本實施方式，不使用結晶鈦-鋯-硼合金薄膜的原因在於：非結晶合金薄膜具有非晶形結構，藉此可於多次施力於根管銼針時避免多次施力作用於根管銼針的位置相同，以致降低多次施力對根管銼針造成的機械疲勞；相對地，當結晶合金薄膜於根管銼針中取代非結晶合金薄膜時，其晶形結構可能讓多次施力作用於根管銼針的位置相同，從而促進多次施力對根管銼針產生的機械疲勞。理論上，非結晶合金薄膜的厚度不受任何限制，只要能達成前述功效即可，其較佳地為200至500nm。理論上，形成非結晶合金薄膜於錐形主體之表面的方法亦不受任何限制，只要能達成前述功效即可，其較佳地為物理氣相沉積法（physical vapor deposition，PVD），更佳地為蒸鍍法（evaporation deposition）、或濺鍍法（sputtering deposition）。
茲以下列實施例進一步例示說明本發明的實施方式：
＜製備例1＞
利用三槍磁控濺鍍系統鍍製一200nm厚的非結晶鈦-鋯-硼合金薄膜於一市售之純鎳鈦合金製的根管銼針表面，以製得一改良式根管銼針，或於一420不銹鋼圓塊表面。鍍製時，二組脈衝直流電源供應器各別供應一5x12吋方形鈦靶材和一5x12吋方形硼靶材脈衝直流電源，一組射頻電源供應器供給一5x12吋方形鋯靶材射頻電源，而一組直流電源供應器提供市售根管銼針或420不銹鋼圓塊基板偏壓。另外，鍍製時，市售根管銼針是放置於與三靶材等距離的載台上。鍍製條件則如表一所列。 表一、鍍製非結晶鈦-鋯-硼合金薄膜於市售根管銼針或420不銹鋼圓塊表面的條件
＜製備例2＞
於本製備例，鍍製一500nm厚的非結晶鈦-鋯-硼合金薄膜於市售之純鎳鈦合金製的根管銼針表面，以製得一改良式根管銼針，或於一420不銹鋼圓塊表面。本製備例的鍍製為依製備例1所述之鍍製方法實施，除了鍍製時間為2.5小時外。
＜分析例1＞
首先，分析製備例1之非結晶合金薄膜的成分。分析結果顯示其具有44.3±0.5at.％的鈦元素、31.1±0.2at.％的鋯元素、21.1±0.5at.％的硼元素、及3.6±0.3at.％的氧元素。
接著，利用X射線繞射儀分析製備例1之非結晶合金薄膜的晶形結構。如圖1所示，可看到一寬廣繞射峰，這代表其晶形結構是非晶形的。
然後，使用原子力顯微鏡（atomic force microscope，AFM）計算製備例1之非結晶合金薄膜的表面粗糙度。計算結果得到其算術平均數粗糙度（average roughness，Ra）為0.3±0.1nm，最大粗糙度（maximum height，Rmax）為3.5±0.5nm，方均根粗糙度（root-mean-square roughness，Rms）為0.3±0.1nm。
最後，分別採用掃描式電子顯微鏡與穿透式電子顯微鏡觀察製備例1之非結晶合金薄膜。如圖2（A）與（B）、圖3所示，可看出非結晶合金薄膜的結構相當緻密，且無任何結晶或奈米級晶粒。此些圖式更證明膜厚度為200nm。綜上，製備例1之合金薄膜確實為非晶形的。
＜分析例2＞
首先，以奈米壓痕儀試驗（nano-indentation test）分析製備例1之非結晶合金薄膜的機械性質。分析結果顯示其硬度為6.2±0.6GPa，彈性係數為116±7GPa，硬度除以彈性係數的值（H/E值）為0.046至0.057。
接著，分別採用具不同負荷重的刮痕試驗（scratch test）及HRC-DB試驗分析製備例1之非結晶合金薄膜附著於420不銹鋼圓塊的情況。如圖4、圖5（A）及（B）所示，製備例1之非結晶合金薄膜於此些試驗後仍附著於420不銹鋼圓塊上。而且，HRC-DB試驗分析結果說明著此附著等級為HF3。
＜分析例3＞
將製備例1的改良式根管銼針置於一5.0wt％氯化鈉水溶液進行動電位極化腐蝕（potentiodynamic polarization corrosion）試驗，來取得其非結晶合金薄膜的腐蝕常數。如圖6所示，腐蝕電位（corrosion potential，Ecorr）為-0.47V，腐蝕電流密度（corrosion current density，Icorr）為0.04μA/cm2
，孔蝕電位（pitting potential，Epit）為-0.125V，孔蝕電流密度（pitting current density，Ipit）為1.97μA/cm2
。
＜分析例4＞
如圖7所示，製備例1之改良式根管銼針與市售根管銼針於外觀上不任何差異。而於未提供的圖式，製備例2之改良式根管銼針與市售根管銼針於外觀上亦不任何差異。
採用往復式疲勞斷裂分析來比較製備例2之改良式根管銼針與市售根管銼針。於此分析，將每一根管銼針夾於二不銹鋼塊之間，並以角度60度且採用waveone模式來回轉動，直到根管銼針斷裂。此分析採用五重複試驗。於此，「疲勞斷裂時間」定義為自開始轉動到斷裂所需的時間，而其單位為秒。自表二得知，製備例2之改良式根管銼針的疲勞斷裂時間約為市售根管銼針之疲勞斷裂時間的1.5倍。此表示說：製備例2的改良式根管銼針具有較市售根管銼針優異的抗機械疲勞性質。 表二、製備例2之改良式根管銼針與市售根管銼針於往復式疲勞斷裂分析測得的疲勞斷裂時間
採用連續旋轉式疲勞斷裂分析來比較製備例1、2之改良式根管銼針與市售根管銼針。於此分析，將每一根管銼針夾於二不銹鋼塊之間，並連續地轉動，直到其斷裂。此分析採用七重複試驗。於此，「疲勞斷裂時間」的定義與單位如前所述；而「循環次數」定義為自開始轉動至斷裂所轉動的次數，其單位為次。自表三可知，製備例1、2之改良式根管銼針的疲勞斷裂時間各約為市售根管銼針之疲勞斷裂時間的1.3與1.5倍。由表四可知，製備例1、2之改良式根管銼針的循環次數各約為市售根管銼針之循環次數的1.3與1.5倍。這些差異特別呈現於圖8。以上，再次地證明製備例1、2的改良式根管銼針具備較市售根管銼針優異的抗機械疲勞性質。 表三、製備例1、2之改良式根管銼針與市售根管銼針於連續旋轉式疲勞斷裂分析測得的疲勞斷裂時間
表四、製備例1、2之改良式根管銼針與市售根管銼針於連續旋轉式疲勞斷裂分析測得的循環次數
綜上所述，證實了本實施方式的根管銼針具有高抗疲勞強度。如此一來，可減少本實施方式之根管銼針於多次受力後斷裂的可能性。亦即，其可能較習知根管銼針適合於牙科根管治療。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，但不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效改變與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
無
圖1為一X射線繞射（X-ray diffraction，XRD）分析結果，以說明製備例1之鈦-鋯-硼合金薄膜的晶形結構。 圖2（A）為一掃描式電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）照片，以呈現製備例1之鈦-鋯-硼合金薄膜的表面。 圖2（B）為一掃描式電子顯微鏡照片，以呈現製備例1之鈦-鋯-硼合金薄膜的橫截面。 圖3為一穿透式電子顯微鏡（transmission electron microscope，TEM）照片，以呈現製備例1之鈦-鋯-硼合金薄膜。 圖4為一照片，以顯示製備例1之鈦-鋯-硼合金薄膜於不同負荷重之刮痕試驗後附著於420不銹鋼圓塊的情況。 圖5（A）為一二次電子影像（second electron image，SEI）顯微鏡照片，以呈現製備例1之鈦-鋯-硼合金薄膜於HRC-DB試驗後附著於420不銹鋼圓塊的情況。 圖5（B）為一反散射電子影像（back scattered electron image，BEI）顯微鏡照片，以呈現製備例1之鈦-鋯-硼合金薄膜於HRC-DB試驗後附著於420不銹鋼圓塊的情況。 圖6為一曲線圖，以說明製備例1之鈦-鋯-硼合金薄膜於5wt％氯化鈉水溶液中的腐蝕情況。 圖7為一照片，以比較製備例1之根管銼針與市售根管銼針的外觀。 圖8為一曲線圖，以比較製備例1與2之根管銼針和市售根管銼針的抗機械疲勞性質。
Claims (8)
- 一種根管銼針，係包括：一錐形主體，係為金屬合金材質製成的；以及一非結晶鈦-鋯-硼合金薄膜，係形成於該錐形主體的表面。
- 如請求項第1項所述之根管銼針，其中該金屬合金為鎳鈦合金。
- 如請求項第2項所述之根管銼針，其中該非結晶鈦-鋯-硼合金薄膜的厚度為200至500nm。
- 如請求項第1項所述之根管銼針，其中該非結晶鈦-鋯-硼合金薄膜係採用物理氣相沉積法(physical vapor deposition，PVD)來形成於該錐形主體的表面。
- 如請求項第4項所述之根管銼針，其中該物理氣相沉積法係為蒸鍍法(evaporation deposition)、或濺鍍法(sputtering deposition)。
- 如請求項第3項所述之根管銼針，其中該非結晶鈦-鋯-硼合金薄膜的硬度為6.2±0.6GPa，彈性係數為116±7GPa，硬度除以彈性係數的值(H/E值)為0.046至0.057。
- 如請求項第3項所述之根管銼針，其中該非結晶鈦-鋯-硼合金薄膜的腐蝕電位(corrosion potential，Ecorr)為-0.47V，腐蝕電流密度(corrosion current density，Icorr)為0.04μA/cm2，孔蝕電位(pitting potential，Epit)為-0.125V，孔蝕電流密度(pitting current density，Ipit)為1.97μA/cm2。
- 如請求項第3項所述之根管銼針，其中該非結晶鈦-鋯-硼合金薄膜的算術平均數粗糙度(average roughness，Ra)為0.3±0.1nm，最大粗糙度(maximum height，Rmax)為3.5±0.5nm，方均根粗糙度(root-mean-square roughness，Rms) 為0.3±0.1nm。
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