模拟口腔环境下钴铬合金烤瓷全冠饰瓷材料摩擦学行为的实验研究

发布时间：2017-09-05 14:20

  本文关键词：模拟口腔环境下钴铬合金烤瓷全冠饰瓷材料摩擦学行为的实验研究

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【摘要】：修复体饰瓷材料属于玻璃基陶瓷，具有良好的透光性和生物安全性，在口腔修复领域应用十分广泛。它常被熔附于金属基底冠上制成金属烤瓷修复体（PFM），或烧结至核瓷基底上形成双层结构的全瓷修复体，用于改善基底冠的美学效果，使其成为既逼真美观又坚固耐用的陶瓷修复体。在恢复口颌系统咀嚼功能的同时，也重塑了颌面部的自然容貌，给予患者生理及心理上的双重治疗。然而，陶瓷本身固有的脆性，使得修复体饰瓷层在反复的咬合运动过程中容易发生磨损，材料微观结构上可能形成组织损伤，进而导致裂纹发生及扩展，最终造成饰瓷层崩脱、断裂，这一现象严重影响着修复治疗效果，是目前临床瓷修复体面临的主要问题。 根据机械摩擦学理论可知，材料的摩擦磨损行为应符合摩擦学时间特性，即认为材料的磨损过程是随时间动态发展的，且应当包含“跑合（磨合）期”、“稳定磨损期”及“剧烈磨损期”三个特征磨损阶段。而以往对于齿科陶瓷材料磨损性能的研究，多是通过对完成规定磨损循环后的陶瓷材料进行横向比较，未与“材料磨损三阶段”的规律相结合，无法全面了解和准确把握其磨损行为的动态发展过程及不同阶段的特点，因而所得到的研究结果具有一定的局限性。此外，与不同基底材料之间的差异相比，烤瓷和全瓷修复体的饰瓷材料在组成成分以及机械力学性能方面较为相似，因此本实验拟选用钴铬合金烤瓷修复体饰瓷作为饰瓷材料的代表，基于机械摩擦学中全面评价材料摩擦学行为的时间特性理论，全面、动态的研究饰瓷材料磨损行为的发生与发展过程。 研究目的： 通过模拟口腔环境下体外循环加载实验及有限元应力分析法，探讨不同应力条件下饰瓷材料的摩擦学时间特性，了解其磨损发展规律及微观组织演变过程，以及不同应力大小对整个磨损行为的影响。为临床合理设计和利用瓷修复体，以及进一步提高饰瓷材料机械稳定性提供实验依据。 研究方法： 1、不同磨损程度钴铬合金烤瓷全冠饰瓷层有限元应力分析：按照加载头直径与载荷大小将实验分为3组：4mm加载头、350N载荷组；10mm加载头、350N载荷组；10mm加载头、150N载荷组。分析不同磨损程度下，各组模型饰瓷层的应力大小及分布状态。 2、模拟口腔环境条件下钴铬合金烤瓷全冠饰瓷层摩擦学时间特性的研究：制作标准形态下颌第一磨牙钴铬合金烤瓷全冠；按照加载头直径与载荷大小将实验分为3组，4mm加载头、350N高应力组；10mm加载头、350N中应力组；10mm加载头、150N低应力组；并对每组试件在冷热交替水环境下进行循环加载（TCML）240万次（相当于正常成人10年咬合次数）。利用三维表面形貌仪测定饰瓷磨损区表面积随时间变化的磨损曲线，，以表征不同组中饰瓷材料的摩擦学时间特性。 3、不同磨损阶段饰瓷微观组织结构及相关物理参数的研究：利用电子显微镜及三维表面形貌仪，对处于不同磨损阶段的各组饰瓷材料表层及亚表层微观组织结构、表面粗糙度，以及最终磨损状态下各组饰瓷材料磨损表面积及瓷层抗压载荷进行分析研究。 研究结果： 1、随着磨损程度加深，饰瓷磨损区表面积增大，瓷层平均厚度减小，应力峰值由高逐渐降低。不同加载条件下，应力峰值及其分布的变化趋势相似。且当处于同一磨损程度时，4mm加载头、350N载荷组应力值最高(高应力组)；10mm加载头、350N载荷组次之(中应力组)；10mm加载头、150N载荷组最低(低应力组)。 2、在240万次循环加载过程中,不同应力组饰瓷材料的磨损行为均呈现出随时间的三阶段变化特征，其中高应力组三个特征磨损阶段之间界限不明显，磨损量始终表现出向上增长趋势。整个磨损过程中，跑合期与稳定磨损期持续时间较短（0-50万次）,剧烈磨损期持续时间较长(50-240万次)；中应力组3个磨损阶段分布较平均（0-50万次为跑合期，50-150万次为稳定磨损期，150-240万次为剧烈磨损期）；而低应力组只存在跑合期与稳定磨损期（0-60万次为跑合期，60-240万次为稳定磨损期）。 3、各应力组饰瓷材料的微观组织结构、表面粗糙度均与其相应的磨损阶段之间关系密切。跑合期时磨损区材料表面磨痕密集，表面粗糙度较高；稳定磨损期时磨损区表面局部磨痕加深，局部却较为完整。此外，亚表层出现裂纹，表面粗糙度减小；剧烈磨损期时亚表层裂纹扩展至表面，材料脱落，磨损区表面粗糙度升高。各应力组饰瓷的微观形貌及物理参数变化趋势相似，但高应力组饰瓷材料亚表层裂纹尺寸较大，抗压载荷低，磨损表面积最大；低应力组亚表层裂纹尺寸最小，抗压载荷高，磨损表面积最小；中应力组居中。 结论： 在模拟人体口腔咬合运动的循环加载条件下，饰瓷材料的磨损行为呈现出以三阶段为表征的摩擦学时间特性。在不同的磨损阶段，饰瓷材料的表面粗糙度变化、表面及亚表层微观组织演化与其所对应磨损阶段的磨损量、磨损率变化之间关系密切。不同的应力条件对摩擦学时间特性有重要影响。研究结果提示我们，处于模拟口腔环境下的饰瓷材料，其磨损行为符合机械力学的摩擦学时间特性。这为今后研究齿科陶瓷的磨损性能开辟了新的思路。并且对于深入了解瓷修复体磨损过程及其微观机制,把握修复治疗预后，合理设计修复体，及进一步研发性能优异的陶瓷材料具有较大意义。
【关键词】：饰瓷 烤瓷修复体 循环加载 水环境 磨损 微观组织结构
【学位授予单位】：第四军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R783.1
【目录】：

• 缩略语表5-6
• 中文摘要6-9
• Abstract9-13
• 前言13-14
• 文献回顾14-28
• 实验一 不同磨损程度钴铬合金烤瓷全冠饰瓷层有限元应力分析28-38
• 1 实验设备及软件28
• 2 实验方法28-31
• 2.1 标准形态模型的建立28-29
• 2.2 不同磨损程度模型的建立29-30
• 2.3 参数化模型建立30-31
• 2.4 加载约束31
• 3 结果31-36
• 3.1 磨损表面积与平均瓷层厚度31-32
• 3.2 饰瓷应力大小及分布状态32-36
• 4 讨论36-38
• 实验二 模拟口腔环境下钴铬合金烤瓷全冠饰瓷层摩擦学时间特性的研究38-47
• 1 实验材料及设备38-39
• 2 实验方法39-41
• 2.1 试样制备39
• 2.2 试件装配及循环加载39-40
• 2.3 随循环次数动态检测磨损量40-41
• 2.4 循环加载过程中磨损速率的表征41
• 3 结果41-44
• 3.1 不同加载条件下的摩擦学时间特性41-44
• 3.2 磨损速率变化趋势44
• 4 讨论44-47
• 实验三 不同磨损阶段饰瓷材料微观组织结构及力学性能的研究47-63
• 1 实验材料及检测设备47-48
• 2 实验方法48-49
• 2.1 试样制备48
• 2.2 试件装配及循环加载48
• 2.3 表层及表层下微观组织的观察48
• 2.4 表面粗糙度的测定48-49
• 2.5 磨损表面积的测量比较49
• 2.6 试件的抗压性检测49
• 2.7 统计分析49
• 3 结果49-60
• 3.1 微观组织形貌观察49-58
• 3.2 表面粗糙度的测量58
• 3.3 磨损表面积的测量比较58-59
• 3.4 试件的抗压性检测59-60
• 4 讨论60-63
• 小结63-65
• 参考文献65-74
• 个人简历和研究成果74-75
• 致谢75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 郭景坤;关于陶瓷材料的脆性问题[J];复旦学报(自然科学版);2003年06期

2 张洁;李长义;;牙科材料耐磨损性能的影响因素[J];国际口腔医学杂志;2009年06期

3 田晓;贾克军;祝彦;王翠表;;陶瓷材料磨损机制及磨损程度评价方法综述[J];润滑与密封;2012年01期

4 韩春鸣;胡肖强;;采用圆度仪测量球形运动副承载面磨损量方法[J];武汉理工大学学报(信息与管理工程版);2009年02期

本文编号：798493