本文關(guān)鍵詞：二硅酸鋰及白榴石基玻璃陶瓷在模擬咀嚼循環(huán)加載下的磨損性能研究

  更多相關(guān)文章： 二硅酸鋰玻璃陶瓷 白榴石基玻璃陶瓷 磨損曲線 表面微觀形貌 物理性能

【摘要】：臨床上常用的熱壓鑄造玻璃陶瓷因其卓越的美學(xué)特性、適度的力學(xué)行為和良好的加工性能而受到口腔醫(yī)師與患者的歡迎。然而齒科陶瓷材料與對(duì)合天然牙的磨損無法避免,可能會(huì)引起修復(fù)體崩瓷、折裂以及天然牙過度磨耗等問題。研究牙科陶瓷材料的磨損行為、磨損機(jī)理及其影響因素,有助于口腔醫(yī)生了解瓷修復(fù)體在口腔環(huán)境下的磨損特性和預(yù)后,也有助于未來研發(fā)出更適合口腔環(huán)境的齒科陶瓷材料。國內(nèi)外對(duì)于熱壓鑄造玻璃陶瓷磨損性能的研究往往定位于咀嚼循環(huán)某一設(shè)定次數(shù)時(shí)陶瓷的磨損情況,而經(jīng)典摩擦學(xué)理論認(rèn)為陶瓷磨損行為具有時(shí)間依賴性,在磨損過程的不同時(shí)期,磨損行為有較大差別,所以僅僅分析研究某一時(shí)間點(diǎn)的磨損狀況,就無法動(dòng)態(tài)且深入地掌握陶瓷與牙齒或者其他對(duì)合材料之間的磨損特性。因此,本實(shí)驗(yàn)選取臨床常用的兩種熱壓鑄造玻璃陶瓷——二硅酸鋰玻璃陶瓷和白榴石基玻璃陶瓷作為研究對(duì)象,從陶瓷自身因素和外部環(huán)境的角度分析磨損機(jī)理,動(dòng)態(tài)觀測鑄瓷的磨損行為隨時(shí)間的演變,以期為臨床合理評(píng)價(jià)齒科陶瓷材料提供一定參考。研究目的:通過研究二硅酸鋰鑄瓷和白榴石基鑄瓷的力學(xué)行為和微觀組織,模擬干濕環(huán)境下兩種熱壓鑄造玻璃陶瓷與滑石瓷配成兩對(duì)生物摩擦副的磨損行為隨時(shí)間的變化,為深入了解外部環(huán)境及齒科陶瓷材料的自身因素對(duì)其磨損機(jī)理的影響、進(jìn)而為改進(jìn)全瓷修復(fù)材料的性能提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。研究方法:1.二硅酸鋰及白榴石基鑄瓷的顯微組織及力學(xué)行為:利用三點(diǎn)彎曲方法測定兩種鑄瓷的彎曲強(qiáng)度,樣本量為10個(gè)。利用納米壓痕儀測定陶瓷的硬度和彈性模量,并對(duì)其進(jìn)行X射線衍射物相分析。兩種陶瓷分別采用一定濃度的氫氟酸酸蝕,將酸蝕前后的陶瓷試件分別噴金,做掃描電鏡觀察,并進(jìn)行EDX能譜分析。2.濕環(huán)境下二硅酸鋰及白榴石基鑄瓷的磨損行為:分別將二硅酸鋰鑄瓷和白榴石基鑄瓷與滑石瓷配副,每組6個(gè)樣本,利用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī),在蒸餾水、室溫環(huán)境、載荷10N、頻率1.6赫茲、轉(zhuǎn)速200r/min的條件下進(jìn)行磨損測試,共循環(huán)100萬次。每循環(huán)10萬次,利用三維表面形貌儀測定兩種鑄瓷的磨損體積,并測定對(duì)合滑石瓷體積損失量,繪制材料磨損體積隨時(shí)間的變化曲線。分別在磨損前期、中期、后期不同階段利用掃描電子顯微鏡觀測磨損形貌。3.干環(huán)境下二硅酸鋰及白榴石基鑄瓷的磨損行為:分別將二硅酸鋰鑄瓷和白榴石基鑄瓷與滑石瓷配副,每組6個(gè)樣本,利用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī),在無水條件下進(jìn)行磨損測試,共循環(huán)100萬次。每循環(huán)10萬次,利用三維表面形貌掃描兩種鑄瓷的磨損體積,并測定對(duì)合滑石瓷的體積損失量,繪制材料磨損化曲線。分別在磨損前期、中期、后期利用掃描電子顯微鏡觀測磨損形貌。4.環(huán)境對(duì)二硅酸鋰及白榴石基鑄瓷磨損機(jī)理的影響:分別將二硅酸鋰鑄瓷和白榴石基鑄瓷與滑石瓷配副,每組6個(gè)樣本,利用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī),在蒸餾水和無水兩種環(huán)境下進(jìn)行磨損測試,共循環(huán)100萬次。每循環(huán)10萬次,利用三維表面形貌掃描并計(jì)算兩種鑄瓷在兩種潤滑條件下的磨損體積,測定對(duì)合滑石瓷的體積損失量,最終繪制材料磨損曲線。分別在磨損前期、中期、后期不同階段利用掃描電子顯微鏡觀測磨損形貌。將兩種鑄瓷試件在去離子水中浸泡72小時(shí)后,進(jìn)行X射線衍射物相分析陶瓷表面是否發(fā)生水合作用而影響磨損行為。研究結(jié)果:1.二硅酸鋰玻璃陶瓷和白榴石基玻璃陶瓷的硬度分別為(743.72±28.74)HV、(677.57±9.19)HV,彈性模量分別為(90.96±2.78)GPa、(58.86±0.75)GPa,抗彎強(qiáng)度分別為(340.40±62.79)MPa、(145.60±17.82)MPa,白榴石基玻璃陶瓷的硬度、彈性模量、抗彎強(qiáng)度均小于二硅酸鋰玻璃陶瓷,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。X射線衍射分析結(jié)果顯示二硅酸鋰和白榴石基鑄瓷均為由無定型玻璃基質(zhì)和晶粒組成的雙相多晶體材料,前者主晶相為Li2Si2O5,后者的主晶相為KAl Si2O6。掃描電鏡結(jié)果顯示拋光后兩種材料表面較光滑平整,酸蝕后玻璃基質(zhì)溶解,晶粒暴露,白榴石晶體呈不規(guī)則多邊形分布。二硅酸鋰晶體比例高,晶粒呈針狀,交錯(cuò)密集分布。能譜分析顯示白榴石基玻璃陶瓷基本組成為Si O2-Al2O3-K2O、二硅酸鋰玻璃陶瓷基本組成為Si O2-Li2O-K2O。2.在模擬口腔咀嚼運(yùn)動(dòng)的濕潤環(huán)境下,兩種鑄瓷的磨損量隨時(shí)間的變化基本呈線性上升趨勢,兩者磨損量沒有顯著性差別,白榴石基玻璃陶瓷的磨損形貌呈現(xiàn)由磨粒磨損導(dǎo)致的犁溝和疲勞磨損導(dǎo)致的裂紋和碎片,而二硅酸鋰玻璃陶瓷的磨損形貌主要為磨粒磨損導(dǎo)致的犁溝,且隨著時(shí)間的演變犁溝更加表淺和密集。相對(duì)于白榴石基鑄瓷,臨床常用的二硅酸鋰鑄瓷引起對(duì)合材料的磨損量較小,有利于保護(hù)對(duì)合材料。3.白榴石基鑄瓷-滑石瓷配成的摩擦副在干燥環(huán)境下磨損量均明顯高于二硅酸鋰鑄瓷-滑石瓷,電鏡結(jié)果顯示白榴石基鑄瓷及與其配副的滑石瓷加載頭表面磨痕以犁溝和碎片剝脫后的粗糙面為主,二硅酸鋰鑄瓷及與其配副的滑石瓷表面以犁溝為主,隨時(shí)間演變表面趨于平滑。4.在不同環(huán)境下,兩種鑄瓷的磨損結(jié)果有較大差異。二硅酸鋰陶瓷在水環(huán)境下磨損量遠(yuǎn)高于干燥環(huán)境下,電鏡結(jié)果顯示水環(huán)境下二硅酸鋰晶粒大量脫出,致使磨損量大幅提高。白榴石陶瓷基與兩種鑄瓷配副的滑石瓷加載頭的磨損量的磨損結(jié)果較一致,水環(huán)境下體積磨損量小于干燥環(huán)境下,這主要是由于水的流動(dòng)將磨屑及時(shí)移除磨損接觸區(qū),減少磨粒磨損的發(fā)生。結(jié)論:模擬口腔濕潤環(huán)境下力學(xué)性能及顯微組織較優(yōu)異的二硅酸鋰玻璃陶瓷的耐磨性與性能較弱的白榴石基玻璃陶瓷沒有顯著性差異;在干燥環(huán)境下,二硅酸鋰鑄瓷的耐磨性明顯優(yōu)于白榴石基鑄瓷;相對(duì)于白榴石基鑄瓷,二硅酸鋰鑄瓷對(duì)對(duì)合材料有一定的保護(hù)作用。該研究結(jié)果為深入了解不同成分鑄瓷材料的性能及對(duì)合牙齒的磨損特性,進(jìn)而改進(jìn)鑄瓷材料的性能提供了實(shí)驗(yàn)參考數(shù)據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：二硅酸鋰玻璃陶瓷 白榴石基玻璃陶瓷 磨損曲線 表面微觀形貌 物理性能
【學(xué)位授予單位】：第四軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R783.1
【目錄】：

• 縮略語表5-6
• 中文摘要6-10
• 英文摘要10-16
• 前言16-17
• 文獻(xiàn)回顧17-26
• 實(shí)驗(yàn)一 二硅酸鋰及白榴石基玻璃陶瓷的顯微組織及力學(xué)行為26-37
• 1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備26
• 2 實(shí)驗(yàn)方法26-30
• 3 結(jié)果30-33
• 4 討論33-37
• 實(shí)驗(yàn)二 濕環(huán)境下二硅酸鋰及白榴石基玻璃陶瓷的磨損行為37-50
• 1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料37-38
• 2 實(shí)驗(yàn)方法38-40
• 3 結(jié)果40-47
• 4 討論47-50
• 實(shí)驗(yàn)三 干環(huán)境下二硅酸鋰及白榴石基玻璃陶瓷的磨損行為50-59
• 1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料50-51
• 2 實(shí)驗(yàn)方法51
• 3 結(jié)果51-57
• 4 討論57-59
• 實(shí)驗(yàn)四 環(huán)境對(duì)二硅酸鋰及白榴石基玻璃陶瓷磨損機(jī)理的影響59-71
• 1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料59
• 2 實(shí)驗(yàn)方法59-60
• 3 結(jié)果60-68
• 4 討論68-71
• 小結(jié)71-73
• 參考文獻(xiàn)73-81
• 個(gè)人簡歷和研究成果81-82
• 致謝82

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本文編號(hào)：767930