二硅酸锂及白榴石基玻璃陶瓷在模拟咀嚼循环加载下的磨损性能研究

发布时间：2017-08-31 21:12

  本文关键词：二硅酸锂及白榴石基玻璃陶瓷在模拟咀嚼循环加载下的磨损性能研究

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【摘要】：临床上常用的热压铸造玻璃陶瓷因其卓越的美学特性、适度的力学行为和良好的加工性能而受到口腔医师与患者的欢迎。然而齿科陶瓷材料与对合天然牙的磨损无法避免,可能会引起修复体崩瓷、折裂以及天然牙过度磨耗等问题。研究牙科陶瓷材料的磨损行为、磨损机理及其影响因素,有助于口腔医生了解瓷修复体在口腔环境下的磨损特性和预后,也有助于未来研发出更适合口腔环境的齿科陶瓷材料。国内外对于热压铸造玻璃陶瓷磨损性能的研究往往定位于咀嚼循环某一设定次数时陶瓷的磨损情况,而经典摩擦学理论认为陶瓷磨损行为具有时间依赖性,在磨损过程的不同时期,磨损行为有较大差别,所以仅仅分析研究某一时间点的磨损状况,就无法动态且深入地掌握陶瓷与牙齿或者其他对合材料之间的磨损特性。因此,本实验选取临床常用的两种热压铸造玻璃陶瓷——二硅酸锂玻璃陶瓷和白榴石基玻璃陶瓷作为研究对象,从陶瓷自身因素和外部环境的角度分析磨损机理,动态观测铸瓷的磨损行为随时间的演变,以期为临床合理评价齿科陶瓷材料提供一定参考。研究目的:通过研究二硅酸锂铸瓷和白榴石基铸瓷的力学行为和微观组织,模拟干湿环境下两种热压铸造玻璃陶瓷与滑石瓷配成两对生物摩擦副的磨损行为随时间的变化,为深入了解外部环境及齿科陶瓷材料的自身因素对其磨损机理的影响、进而为改进全瓷修复材料的性能提供实验数据。研究方法:1.二硅酸锂及白榴石基铸瓷的显微组织及力学行为:利用三点弯曲方法测定两种铸瓷的弯曲强度,样本量为10个。利用纳米压痕仪测定陶瓷的硬度和弹性模量,并对其进行X射线衍射物相分析。两种陶瓷分别采用一定浓度的氢氟酸酸蚀,将酸蚀前后的陶瓷试件分别喷金,做扫描电镜观察,并进行EDX能谱分析。2.湿环境下二硅酸锂及白榴石基铸瓷的磨损行为:分别将二硅酸锂铸瓷和白榴石基铸瓷与滑石瓷配副,每组6个样本,利用摩擦磨损试验机,在蒸馏水、室温环境、载荷10N、频率1.6赫兹、转速200r/min的条件下进行磨损测试,共循环100万次。每循环10万次,利用三维表面形貌仪测定两种铸瓷的磨损体积,并测定对合滑石瓷体积损失量,绘制材料磨损体积随时间的变化曲线。分别在磨损前期、中期、后期不同阶段利用扫描电子显微镜观测磨损形貌。3.干环境下二硅酸锂及白榴石基铸瓷的磨损行为:分别将二硅酸锂铸瓷和白榴石基铸瓷与滑石瓷配副,每组6个样本,利用摩擦磨损试验机,在无水条件下进行磨损测试,共循环100万次。每循环10万次,利用三维表面形貌扫描两种铸瓷的磨损体积,并测定对合滑石瓷的体积损失量,绘制材料磨损化曲线。分别在磨损前期、中期、后期利用扫描电子显微镜观测磨损形貌。4.环境对二硅酸锂及白榴石基铸瓷磨损机理的影响:分别将二硅酸锂铸瓷和白榴石基铸瓷与滑石瓷配副,每组6个样本,利用摩擦磨损试验机,在蒸馏水和无水两种环境下进行磨损测试,共循环100万次。每循环10万次,利用三维表面形貌扫描并计算两种铸瓷在两种润滑条件下的磨损体积,测定对合滑石瓷的体积损失量,最终绘制材料磨损曲线。分别在磨损前期、中期、后期不同阶段利用扫描电子显微镜观测磨损形貌。将两种铸瓷试件在去离子水中浸泡72小时后,进行X射线衍射物相分析陶瓷表面是否发生水合作用而影响磨损行为。研究结果:1.二硅酸锂玻璃陶瓷和白榴石基玻璃陶瓷的硬度分别为(743.72±28.74)HV、(677.57±9.19)HV,弹性模量分别为(90.96±2.78)GPa、(58.86±0.75)GPa,抗弯强度分别为(340.40±62.79)MPa、(145.60±17.82)MPa,白榴石基玻璃陶瓷的硬度、弹性模量、抗弯强度均小于二硅酸锂玻璃陶瓷,差异有统计学意义。X射线衍射分析结果显示二硅酸锂和白榴石基铸瓷均为由无定型玻璃基质和晶粒组成的双相多晶体材料,前者主晶相为Li2Si2O5,后者的主晶相为KAl Si2O6。扫描电镜结果显示抛光后两种材料表面较光滑平整,酸蚀后玻璃基质溶解,晶粒暴露,白榴石晶体呈不规则多边形分布。二硅酸锂晶体比例高,晶粒呈针状,交错密集分布。能谱分析显示白榴石基玻璃陶瓷基本组成为Si O2-Al2O3-K2O、二硅酸锂玻璃陶瓷基本组成为Si O2-Li2O-K2O。2.在模拟口腔咀嚼运动的湿润环境下,两种铸瓷的磨损量随时间的变化基本呈线性上升趋势,两者磨损量没有显著性差别,白榴石基玻璃陶瓷的磨损形貌呈现由磨粒磨损导致的犁沟和疲劳磨损导致的裂纹和碎片,而二硅酸锂玻璃陶瓷的磨损形貌主要为磨粒磨损导致的犁沟,且随着时间的演变犁沟更加表浅和密集。相对于白榴石基铸瓷,临床常用的二硅酸锂铸瓷引起对合材料的磨损量较小,有利于保护对合材料。3.白榴石基铸瓷-滑石瓷配成的摩擦副在干燥环境下磨损量均明显高于二硅酸锂铸瓷-滑石瓷,电镜结果显示白榴石基铸瓷及与其配副的滑石瓷加载头表面磨痕以犁沟和碎片剥脱后的粗糙面为主,二硅酸锂铸瓷及与其配副的滑石瓷表面以犁沟为主,随时间演变表面趋于平滑。4.在不同环境下,两种铸瓷的磨损结果有较大差异。二硅酸锂陶瓷在水环境下磨损量远高于干燥环境下,电镜结果显示水环境下二硅酸锂晶粒大量脱出,致使磨损量大幅提高。白榴石陶瓷基与两种铸瓷配副的滑石瓷加载头的磨损量的磨损结果较一致,水环境下体积磨损量小于干燥环境下,这主要是由于水的流动将磨屑及时移除磨损接触区,减少磨粒磨损的发生。结论:模拟口腔湿润环境下力学性能及显微组织较优异的二硅酸锂玻璃陶瓷的耐磨性与性能较弱的白榴石基玻璃陶瓷没有显著性差异;在干燥环境下,二硅酸锂铸瓷的耐磨性明显优于白榴石基铸瓷;相对于白榴石基铸瓷,二硅酸锂铸瓷对对合材料有一定的保护作用。该研究结果为深入了解不同成分铸瓷材料的性能及对合牙齿的磨损特性,进而改进铸瓷材料的性能提供了实验参考数据。
【关键词】：二硅酸锂玻璃陶瓷 白榴石基玻璃陶瓷 磨损曲线 表面微观形貌 物理性能
【学位授予单位】：第四军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R783.1
【目录】：

• 缩略语表5-6
• 中文摘要6-10
• 英文摘要10-16
• 前言16-17
• 文献回顾17-26
• 实验一 二硅酸锂及白榴石基玻璃陶瓷的显微组织及力学行为26-37
• 1 实验材料及设备26
• 2 实验方法26-30
• 3 结果30-33
• 4 讨论33-37
• 实验二 湿环境下二硅酸锂及白榴石基玻璃陶瓷的磨损行为37-50
• 1 实验设备和材料37-38
• 2 实验方法38-40
• 3 结果40-47
• 4 讨论47-50
• 实验三 干环境下二硅酸锂及白榴石基玻璃陶瓷的磨损行为50-59
• 1 实验设备和材料50-51
• 2 实验方法51
• 3 结果51-57
• 4 讨论57-59
• 实验四 环境对二硅酸锂及白榴石基玻璃陶瓷磨损机理的影响59-71
• 1 实验设备和材料59
• 2 实验方法59-60
• 3 结果60-68
• 4 讨论68-71
• 小结71-73
• 参考文献73-81
• 个人简历和研究成果81-82
• 致谢82

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本文编号：767930