【摘要】：微晶玻璃具有良好的力學(xué)性能,較高的化學(xué)穩(wěn)定性和耐高溫等優(yōu)點,在建材、航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。牙科微晶玻璃以美觀的光澤受到消費者的青睞,針狀氟磷灰石晶體與天然牙釉質(zhì)形態(tài)相似,擁有其他材料無法比擬的生物相容性,因此以氟磷灰石為主晶相的微晶玻璃在眾多牙科材料中脫穎而出,常作為飾瓷材料使用。然而,由于氟磷灰石微晶玻璃強(qiáng)度較低,臨床使用中易發(fā)生崩瓷、過度磨損等,導(dǎo)致義齒失效。為解決上述問題,本文對氟磷灰石微晶玻璃的摩擦磨損特性進(jìn)行了細(xì)致研究,同時結(jié)合力學(xué)性能進(jìn)行了機(jī)理分析,并利用有限元法對材料的實際使用性能進(jìn)行了評價。首先,選取了合適的磷硅酸鹽玻璃系統(tǒng),使用燒結(jié)法制備了具有良好晶體形態(tài)的氟磷灰石微晶玻璃并研究了析晶規(guī)律,討論了析晶機(jī)理;然后,研究了不同晶相結(jié)構(gòu)對微晶玻璃的力學(xué)性能與摩擦磨損性能的影響;最后利用有限元法分析了微晶玻璃力學(xué)性能對義齒整體使用性能的影響。由SiO_2-Al_2O_3-K_2O-CaO-P_2O_5系統(tǒng)得到的微晶玻璃,其主晶相為針狀氟磷灰石,并且次晶相含量低,生物活性好,是理想的牙科用生物材料。鈣是形成氟磷灰石的關(guān)鍵元素,并且熱處理溫度對晶體析出起決定性作用,因此以兩者為變量對氟磷灰石微晶玻璃進(jìn)行制備。研究結(jié)果表明,鈣元素主要影響了氟磷灰石的晶體尺寸,其含量與晶體尺寸呈非線性關(guān)系,鈣元素含量為6.0 wt.%時,晶體尺寸最大,平均尺寸為368.03 nm,提高熱處理溫度加快了晶體的析出,因此隨著熱處理溫度的上升,結(jié)晶度與晶體尺寸都逐步增加。晶體材料的微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能直接相關(guān),探究兩者間的規(guī)律,是材料走向?qū)嶋H應(yīng)用的重要一環(huán)。對上述微晶玻璃分別進(jìn)行了密度、顯微硬度、抗彎強(qiáng)度、彈性模量的測試。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),氧化鈣通過改變晶體尺寸,對材料的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)帶來影響,其中抗彎強(qiáng)度和彈性模量與晶體尺寸呈正相關(guān);熱處理溫度對材料性能影響較大,其主要通過增強(qiáng)材料的致密性與晶相含量對材料的性能帶來改變,呈現(xiàn)為力學(xué)性能參數(shù)均隨熱處理溫度的增加而提高。牙科修復(fù)體的摩擦磨損問題日益突出,因此深入開展氟磷灰石微晶玻璃摩擦學(xué)方面的研究是必要的。使用往復(fù)摩擦磨損試驗機(jī)對氟磷灰石微晶玻璃進(jìn)行干摩擦和唾液潤滑狀態(tài)下的摩擦磨損實驗,綜合摩擦系數(shù)、磨痕深度、磨損表面形貌對摩擦磨損機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示,干摩擦與唾液環(huán)境下氟磷灰石微晶玻璃的磨損機(jī)制存在差異,在干摩擦狀態(tài)下,氧化鈣通過改變晶體尺寸改變材料性能,影響摩擦磨損狀態(tài),但影響程度有限,增大FAp晶體尺寸增強(qiáng)了材料性能,較大的FAp晶體使磨損表面呈現(xiàn)出較多的鱗剝和較少的黏著,減少了磨損量;熱處理溫度會大幅改變材料力學(xué)性能,因此對摩擦系數(shù)及磨損形貌影響較大,低溫?zé)Y(jié)材料磨損表面剝落嚴(yán)重,以黏著磨損為主,隨著燒結(jié)溫度升高,剝落特征減弱,且經(jīng)1100°C燒結(jié)后,摩擦系數(shù)顯著下降,磨損機(jī)制變?yōu)槠谀p。唾液環(huán)境下試樣的磨損機(jī)制則全部以磨粒磨損為主,氧化鈣的增加使材料硬度升高,增強(qiáng)了材料的耐磨性,磨損表面表現(xiàn)為犁溝數(shù)量少,深度淺;熱處理溫度對摩擦系數(shù)及磨損形貌影響仍較大,低溫?zé)Y(jié)下材料表面損傷嚴(yán)重,經(jīng)1100°C燒結(jié),摩擦系數(shù)顯著降低且犁溝效應(yīng)明顯減弱。為探究微晶玻璃力學(xué)性能對雙層義齒使用強(qiáng)度的影響,建立了包括:飾瓷、底瓷、牙本質(zhì)的義齒三維簡化模型,并將牙齒咬合過程分為3個階段,利用有限元法計算義齒在咀嚼過程中的應(yīng)力,進(jìn)一步對比了材料的優(yōu)劣。低溫?zé)Y(jié)的試樣由于強(qiáng)度較低,在使用過程中最大主應(yīng)力超過了抗彎強(qiáng)度,會發(fā)生脆性斷裂;力學(xué)性能較好的試樣所承受應(yīng)力也較大;在受力過程中,飾瓷應(yīng)力集中部位會由飾瓷外緣轉(zhuǎn)移至牙合面的牙溝、點隙,隨后再次轉(zhuǎn)移至外緣,因此使用氟磷灰石微晶玻璃制作義齒時,飾瓷與底瓷、基牙的結(jié)合點、及牙冠是需要特別注意的部位。
【學(xué)位授予單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ171.733;R783.1
【圖文】：

氟磷灰石義齒飾瓷摩擦磨損特性研究著玉石光澤，紋理獨特[2]；（4）電子器件：微晶玻璃自身電阻率高、介電性好、電絕緣性好，因而在電子元件中應(yīng)用廣泛[1]。一般而言，微晶玻璃基本成分不僅包括普通玻璃的形成氧化物：石英（SiO2）；中間體氧化物：長石（Al2O3）；網(wǎng)格外體氧化物：白云石（MgO）；澄清劑：白砒（As2O3）；脫色劑：CeO2等；還包括一定量的晶核劑如 TiO2、ZrO2、P2O5，這些晶核劑往往都具有半徑小、場強(qiáng)大的陽離子如 Ti4+，P5+，使玻璃在進(jìn)行熱處理時，實現(xiàn)內(nèi)部質(zhì)點遷移，打破析晶勢壘形成晶核，在此基礎(chǔ)上粒子進(jìn)一步以某種形式聚集形成晶體，得到微晶玻璃[4]。

圖 1.2 微晶玻璃顯微形貌：（a）二硅酸鋰微晶玻璃[12]（b）白榴石微晶玻璃[14]（c）氟金云母微晶玻璃[16]1.3.3 云母微晶玻璃云母微晶玻璃是唯一一種能夠?qū)崿F(xiàn)切削的微晶玻璃，克服了傳統(tǒng)陶瓷無法加工的困難，其主要包括四硅云母、氟金云母（如圖 1.2c）和鈣云母微晶玻璃，主要用作嵌體和貼面，代表產(chǎn)品有：DicorMGG。卷心菜的片狀晶體是云母玻璃特有的顯微結(jié)構(gòu)，云母在結(jié)晶過程中，晶體的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)會受到場強(qiáng)大的離子的影響如 Al3+、Si4+、Mg2+而發(fā)生畸變產(chǎn)生應(yīng)力而彎曲，即出現(xiàn)了卷心菜結(jié)構(gòu)[16]。雖然這類微晶玻璃可以采用機(jī)加工方法一次成型，但與白榴石類似，較低的強(qiáng)度限制了它的應(yīng)用范圍，目前有很多學(xué)者正在積極改善它的力學(xué)性能。1.3.4 氟磷灰石微晶玻璃

其逐漸被生物陶瓷材料取代，目前常用作種植體及固定橋（圖1.3）的制作。比較有前景的合金材料為 Ti-2Ag-2Fe、Ti-6Al-1Fe，雖然研究發(fā)現(xiàn)鈦合金的磨損量要比普通合金大，但相關(guān)學(xué)者指出鈦合金的摩擦磨損性能與天然牙相似，提升

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本文編號：2750315