【摘要】：齒科陶瓷材料以其優(yōu)異的美學(xué)性能和極佳的生物相容性而在臨床上應(yīng)用廣泛。目前臨床上常用的修復(fù)體全瓷材料主要為氧化鋯陶瓷和玻璃陶瓷等。氧化鋯陶瓷的機(jī)械性能高,但其透光性和美觀性不如玻璃陶瓷,粘接性能不佳,且其晶相結(jié)構(gòu)主要由晶體相構(gòu)成、缺乏玻璃基質(zhì),不具備微結(jié)構(gòu)調(diào)控能力。相對(duì)于氧化鋯陶瓷,玻璃陶瓷雖然機(jī)械性能略低,但其光學(xué)性能和美學(xué)效果極佳,且因晶相結(jié)構(gòu)內(nèi)部具有玻璃相,酸蝕后粘接性能良好,并且具有通過(guò)微結(jié)構(gòu)調(diào)控提高機(jī)械性能的潛力。因此,本研究選擇臨床常用的二硅酸鋰玻璃陶瓷,從晶相結(jié)構(gòu)調(diào)控角度出發(fā),改善其力學(xué)性能和磨損性能,降低瓷修復(fù)體的早期失敗率、提高其累計(jì)生存率,為齒科陶瓷材料的性能改進(jìn)和研發(fā)探索一條新的途徑。研究目的:本研究擬選用具有良好的晶化能力、半透性及機(jī)械強(qiáng)度的二硅酸鋰玻璃陶瓷為研究對(duì)象,從晶相結(jié)構(gòu)調(diào)控角度出發(fā),借助口腔疲勞磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)、3D形貌輪廓儀、掃描電鏡、X射線衍射、差熱分析、納米壓入儀等手段,通過(guò)晶體尺度和方向的調(diào)控、熱處理工藝改進(jìn)、與磨損階段相適應(yīng)的力學(xué)性能優(yōu)化等方式,進(jìn)一步提高其力學(xué)性能和磨損性能。研究方法:1、二硅酸鋰玻璃陶瓷的晶體尺度調(diào)控:利用商用IPS e.max Press二硅酸鋰鑄瓷作為原始材料,通過(guò)熔融法,獲得塊體基礎(chǔ)玻璃,利用差示掃描量熱分析確定玻璃的晶化特性,并基于此劃分出四個(gè)實(shí)驗(yàn)組。四個(gè)實(shí)驗(yàn)組所有試樣第一步溫度均為616℃形成偏硅酸鋰,四組試樣第二步溫度則分別為765℃(G1組)、810℃(G2組)、855℃(G3組)和915℃(G4組)形成二硅酸鋰晶體,通過(guò)增加第二步的熱處理溫度同時(shí)降低熱處理時(shí)間獲得最終近似的結(jié)晶度。分別設(shè)置商用原瓷塊常規(guī)熱壓鑄(GC-P組)和原瓷熱處理(GC-O組)兩個(gè)對(duì)照組。對(duì)六組試件進(jìn)行X射線衍射物相分析和晶相結(jié)構(gòu)觀察。2、晶體尺度對(duì)二硅酸鋰玻璃陶瓷力學(xué)性能的影響:利用三點(diǎn)彎曲方法測(cè)定六組不同晶體尺度的二硅酸鋰陶瓷的抗彎強(qiáng)度,樣本量為10個(gè)/組;采用納米壓入的方式檢測(cè)材料的彈性模量和硬度;利用赫茲壓痕法測(cè)定斷裂韌性。3、晶體尺度對(duì)二硅酸鋰玻璃陶瓷磨損行為的影響:磨損實(shí)驗(yàn)采用具有發(fā)明專利的自制口腔疲勞磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)。將10mm直徑的不銹鋼小球固定于疲勞試驗(yàn)機(jī)的加載頭上模擬對(duì)合牙尖,加載力設(shè)定為350N。從六組中隨機(jī)選取8個(gè)二硅酸鋰陶瓷試件,磨損循環(huán)頻率為4HZ,共加載240萬(wàn)次循環(huán)(模擬正常人約10年的咀嚼循環(huán)次數(shù)),每30萬(wàn)次利用三維輪廓儀對(duì)磨損區(qū)域進(jìn)行掃描,計(jì)算磨損區(qū)域的體積磨損量,算出試件每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的磨損速率,繪制出隨循環(huán)次數(shù)變化的動(dòng)態(tài)磨損曲線。4、六組二硅酸鋰玻璃陶瓷的表面粗糙度在“跑合期”迅速上升,處于較高水平;進(jìn)入“穩(wěn)定磨損期”后,表面粗糙度基本穩(wěn)定。晶體尺度中等的G3組陶瓷Sa平均值最小,微觀形貌和大體形貌表面比較光滑。5、二次壓鑄后二硅酸鋰玻璃陶瓷晶相結(jié)構(gòu)的改變及其對(duì)力學(xué)性能的影響:參考臨床實(shí)際工作情況,采用商品原瓷塊進(jìn)行一次壓鑄制備第一組試件,利用一次壓鑄后的廢料瓷塊和原瓷塊混合然后進(jìn)行二次壓鑄制備第二組試件,用前期研究獲得的力學(xué)性能較佳的中等尺度的G3組制備第三組試件,每組樣本量為10個(gè),通過(guò)三點(diǎn)彎曲測(cè)定彎曲強(qiáng)度、X射線衍射物相分析和掃描電鏡晶相結(jié)構(gòu)觀察等手段進(jìn)行對(duì)比分析。6、晶體取向?qū)Χ杷徜嚥Ａ沾闪W(xué)性能的影響:通過(guò)等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAP)的原理設(shè)計(jì)不同管徑的石墨壓鑄通道,壓鑄出不同晶體方向的二硅酸鋰陶瓷,分別采用一定濃度的氫氟酸酸蝕,做掃描電鏡觀察和硬度、斷裂韌性分析。研究結(jié)果:1、二硅酸鋰玻璃陶瓷基礎(chǔ)玻璃有兩個(gè)放熱結(jié)晶峰溫度,峰值溫度分別為616℃和810℃,第一個(gè)峰與玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化到偏硅酸鋰相相關(guān),第二個(gè)峰與二硅酸鋰相形成相關(guān)。第二個(gè)峰的起始溫度和結(jié)束溫度分別為765℃和855℃。六組陶瓷主晶相均是二硅酸鋰晶體,還含有少量的偏硅酸鋰晶相及磷酸鋰相,玻璃陶瓷結(jié)晶度基本一致。從G1到G4組晶體的平均寬度從0.19增加到0.35μm,而晶體的平均長(zhǎng)度明顯增加,從0.61到2.75μm;晶體的平均縱橫比明顯提高(從3到8)。G4、GC-P和GC-O表現(xiàn)出相似的晶體長(zhǎng)度(約3μm),但后兩者有更大的晶體寬度和較小的晶體縱橫比(p0.05)。2、當(dāng)溫度從765℃升到855℃時(shí),彎曲強(qiáng)度從(298.41±31.10)MPa提高到(361.22±21.20)MPa達(dá)到最大值,當(dāng)溫度升高到915℃,抗彎強(qiáng)度值基本不變;而當(dāng)溫度從765℃升到855℃時(shí),硬度、彈性模量和斷裂韌性達(dá)到最高值,當(dāng)溫度升高到915℃,硬度、彈性模量和斷裂韌性值開(kāi)始下降。具有(0.92±0.14)μm長(zhǎng)度的中等尺度晶體的二硅酸鋰玻璃陶瓷具有優(yōu)異的機(jī)械性能。小晶體尺度(0.61±0.11)μm的二硅酸鋰玻璃陶瓷顯示出較低的抗彎強(qiáng)度,而大尺度晶體尺度的(3.22±0.41)μm二硅酸鋰玻璃陶瓷具有較低的硬度、彈性模量和斷裂韌性。3、在整個(gè)循環(huán)加載過(guò)程中,G1-GC-O六組陶瓷體積損失量均呈不斷增加趨勢(shì),并表現(xiàn)出不同階段的變化。G1、G2、G4、GC-P和GC-O組在30萬(wàn)次循環(huán)之前為跑合期,表現(xiàn)為體積損失量迅速增加,磨損速率高;60~240萬(wàn)次循環(huán)期間為穩(wěn)定磨損期,表現(xiàn)為體積損失量上升較慢,所有循環(huán)節(jié)點(diǎn)的磨損速率無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P0.05)。G3組在60萬(wàn)次循環(huán)之前為跑合期,表現(xiàn)為體積損失量迅速增加,磨損速率高;90~240萬(wàn)次循環(huán)期間為穩(wěn)定磨損期,表現(xiàn)為體積損失量上升較慢,所有循環(huán)節(jié)點(diǎn)的磨損速率無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P0.05)。240萬(wàn)次循環(huán)后的磨損量,G3組(0.37±0.12)mm~3低于其他5組,其次是G1組(0.56±0.12)mm~3與G2組(0.65±0.18)mm~3,此兩組磨損量沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P0.05)。G4組磨損量(1.01±0.25)mm~3高于前三組。磨損量最高的是GC-P(1.67±0.24)mm~3與GC-O組(1.67±0.14)mm~3,且后兩者磨損量沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P0.05)。4、六組材料的表面粗糙度和微觀形貌在各個(gè)磨損階段呈現(xiàn)出不同特點(diǎn),這種微觀機(jī)制隨時(shí)間變化的衍化趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)三中兩種材料的宏觀磨損曲線衍化規(guī)律相契合。六組二硅酸鋰玻璃陶瓷的表面粗糙度在 跑合期‖迅速上升,處于較高水平;進(jìn)入 穩(wěn)定磨損期‖后,表面粗糙度基本保持不變。處于相同磨損階段的晶體尺度中等的G3組陶瓷表面粗糙度平均值最小,晶體尺度較小的G1和G2組次之,GC-P和GC-O組最大。磨損循環(huán)進(jìn)行240萬(wàn)次后,G1組表面出現(xiàn)不規(guī)則凹坑,廣泛分布比較均勻的磨痕;G2組凹坑面積與G1組類似,G3組凹坑相對(duì)光滑,表面磨痕比較淺;相比于前三組,G4組凹坑面積更大,磨痕較深,散在分布淺凹坑;GC-P和GC-O組凹坑較深,面積較大,局部出現(xiàn)大量的磨痕,形成高大的類山丘樣結(jié)構(gòu),表面凹凸不平。5、初次壓鑄組和二次壓鑄組以及G3組的二硅酸鋰晶相均呈棒狀,形成互鎖結(jié)構(gòu),但是晶體尺度明顯不同。G3組呈現(xiàn)出短棒狀晶體(0.92±0.14)μm,初次壓鑄組呈現(xiàn)出棒狀晶體(3.22±0.41)μm,二次壓鑄組的晶體尺度明顯增加,為(4.42±0.88)μm。初次壓鑄組玻璃陶瓷結(jié)晶度大約為64%±4.8%,G3組玻璃陶瓷結(jié)晶度大約為64%±1.8%,二次壓鑄組玻璃陶瓷結(jié)晶度大約為48%±4.3%,其晶體體積分?jǐn)?shù)明顯低于初次壓鑄組和G3組;二硅酸鋰玻璃陶瓷抗彎強(qiáng)度在反復(fù)熱壓后從(342.28±37.85)MPa下降到(261.65.28±41.64)MPa。6、等通道擠壓和減徑設(shè)計(jì)有助于晶體取向趨向于順著流動(dòng)方向排列,并且壓鑄腔管徑減小有助于提高晶體的方向性。減徑后獲得的不同晶體取向的陶瓷硬度值高于常規(guī)熱壓鑄組的硬度值,有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P0.05),但是陶瓷在垂直于和平行于晶體流動(dòng)方向上的兩組硬度值沒(méi)有顯著差異。等通道和減徑后的獲得的不同晶體取向的斷裂韌性值均低于常規(guī)熱壓鑄組,有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P0.05)。結(jié)論:提高熱處理溫度有助于提高二硅酸鋰玻璃陶瓷的晶體尺度。具有(0.92±0.14)μm長(zhǎng)度的中等尺度晶體陶瓷彎曲強(qiáng)度、硬度和斷裂韌性達(dá)到最高值。在模擬口腔咀嚼運(yùn)動(dòng)環(huán)境下,六組不同晶體尺度的二硅酸鋰陶瓷的磨損曲線隨時(shí)間呈現(xiàn)出“跑合期”和“穩(wěn)定磨損期”兩個(gè)明顯的特征性磨損階段。(0.92±0.14)μm長(zhǎng)度的中等尺度晶體的二硅酸鋰玻璃陶瓷具有優(yōu)異的磨損性能,其次是小晶體尺度的二硅酸鋰玻璃陶瓷,大晶體尺度的玻璃陶瓷磨損性能較差。在二次壓鑄較初次壓鑄改變了二硅酸鋰陶瓷的微觀結(jié)構(gòu),降低了力學(xué)性能,因而不適于臨床應(yīng)用。等通道轉(zhuǎn)角擠壓的方式可以調(diào)控出更具方向性的的二硅酸鋰陶瓷,但是否能提升其力學(xué)性能有待進(jìn)一步研究。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)人民解放軍空軍軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R783.1
【圖文】：

對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用 Tukey 事后檢驗(yàn)的方式進(jìn)行兩兩比 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。熱分析 1-1 所示為基礎(chǔ)玻璃的 DSC 曲線（向上為放熱，向下為吸熱）。D礎(chǔ)玻璃有兩個(gè)放熱結(jié)晶峰溫度，峰值溫度分別為 616 ℃ 和 810℃度在以 P2O5為成核劑的多組分二硅酸鋰玻璃陶瓷體系中很常見(jiàn)：第態(tài)轉(zhuǎn)化到偏硅酸鋰相相關(guān)，第二個(gè)峰與二硅酸鋰相形成相關(guān)。第二度和結(jié)束溫度分別為 765℃ 和 855℃。玻璃熔化溫度為 900℃。

空軍軍醫(yī)大學(xué)博士學(xué)位論文 射線衍射物相分析 1-2 顯示六組 XRD 展現(xiàn)幾乎相同的結(jié)晶衍射峰。多數(shù)強(qiáng)度較高的衍系二硅酸鋰晶相，一些強(qiáng)度較弱的峰可能是斜方晶系的偏硅酸鋰晶，暗示二硅酸鋰晶體是試樣中的主晶相。基于玻璃基質(zhì)和晶相的衍璃陶瓷的結(jié)晶度。六組玻璃陶瓷結(jié)晶度大約為 64%，基本一致。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 王家梁;馬德軍;白盟亮;黃勇;孫亮;;傳統(tǒng)壓痕法識(shí)別陶瓷材料斷裂韌性的有效性研究[J];材料工程;2015年12期

2 伊遠(yuǎn)平;張少鋒;郭嘉文;田蓓敏;張珍珍;王琪;武小紅;;長(zhǎng)石質(zhì)和氟磷灰石飾瓷在模擬咀嚼循環(huán)條件下耐磨性能的研究[J];牙體牙髓牙周病學(xué)雜志;2015年02期

3 蔚勁濤;張少鋒;高婧;郭嘉文;田蓓敏;溫宣;武小紅;;4247件氧化鋯全瓷修復(fù)體臨床療效的回顧性研究[J];牙體牙髓牙周病學(xué)雜志;2014年04期

4 田蓓敏;張少鋒;賀林;郭嘉文;蔚勁濤;武小紅;;牙科長(zhǎng)石質(zhì)玻璃陶瓷與二硅酸鋰玻璃陶瓷磨損性能的實(shí)驗(yàn)研究[J];中華口腔醫(yī)學(xué)雜志;2013年11期

5 何運(yùn)斌;潘清林;劉曉艷;李文斌;;鎂合金等通道轉(zhuǎn)角擠壓過(guò)程中的晶粒細(xì)化機(jī)制[J];中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào);2011年08期

6 劉晶瑩;郭長(zhǎng)軍;孟令強(qiáng);李旭華;;四種陶瓷材料與牙釉質(zhì)磨耗性能的研究[J];武警醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào);2009年07期

7 王焱;趙克;朱文軍;周雅彬;Darvell BW;;表面粗糙度對(duì)牙科銀汞合金抗折力的影響[J];中華口腔醫(yī)學(xué)研究雜志(電子版);2009年01期

8 孫俊,陳新民,廖運(yùn)茂;晶化熱處理對(duì)牙用玻璃陶瓷斷裂韌性的影響[J];口腔頜面修復(fù)學(xué)雜志;2003年01期

9 劉洪臣;溫寧;;瓷修復(fù)技術(shù)的臨床應(yīng)用Ⅶ.牙科全瓷材料的分類與應(yīng)用[J];中華口腔醫(yī)學(xué)雜志;2009年03期

本文編號(hào)：2742053