干湿环境与载荷对长石质饰瓷及氟磷灰石饰瓷磨损性能的影响

摘要

随着人们生活水平的提高，口腔修复体的美观性能受到重视，在全瓷或金属修复体的表面通过饰瓷，能够较好的满足患者对颜色的个性化需求。由于修复体在口腔中长期行使咀嚼功能，饰瓷与天然牙釉质直接接触，饰瓷自身的磨损、及对天然牙的磨损都是无法避免的，磨损的发生将直接影响到修复体的使用效果及寿命，对天然牙的过度磨损则会引起一系列口腔疾病，甚至是全身健康，因此饰瓷材料的选用至关重要。饰瓷材料的合理选择包括：饰瓷与基底材料热膨胀系数的匹配，以增强两者的结合强度，达到降低饰瓷的崩瓷率；同时，还要求饰瓷与天然牙釉质的耐磨性能相匹配，在延长修复体使用寿命的同时，减轻对天然牙的磨损。开展对饰瓷材料磨损性能的研究，不仅可以了解不同瓷材料修复体在行使咀嚼过程中的磨损规律，为临床医生根据患者的具体情况选择合适的修复材料提供依据，同时还有助于研制开发更加适合口腔环境的齿科饰瓷材料。
　　临床上修复体的失效报道多数是由于饰瓷自身的强度较低、或与基底部分的结合强度较低，导致饰瓷层的崩瓷、脱落，为解决这一问题，较多种类的饰瓷不断被研制出来。关于饰瓷材料的磨损问题，也一直为人们所关注。由于陶瓷材料的磨损性能不仅受到材料微观组织及力学性能的影响，还会受到磨损环境，如咀嚼力、唾液、温度、食物等因素的作用，因此，如何合理评价饰瓷材料的耐磨性能，以及饰瓷对天然牙釉质的磨损问题，特别是饰瓷材料长期使用过程中的性能演化问题，具有重要意义。我课题组的前期研究结果发现，齿科陶瓷材料的磨损过程具有明显的时间依赖性，呈现出不同的磨损阶段。因此，本实验拟选用目前临床常用的长石质烤瓷饰瓷及氟磷灰石铸瓷饰瓷，与模拟牙釉质的滑石瓷组成摩擦副，在不同环境、不同载荷下，研究两种饰瓷及配副滑石瓷的磨损特性随时间的变化规律。
　　目的：
　　在对长石质饰瓷及氟磷灰石饰瓷微观组织、力学性能合理表征的基础上，通过体外循环磨损实验，在干湿环境、及不同的载荷水平下，研究两种饰瓷材料的磨损曲线发展规律及磨面形貌演化过程，探索饰瓷材料的磨损特性与其微观组织、力学行为之间的关联性，为临床饰瓷材料的合理选择、以及饰瓷材料显微组织的合理调控提供参考。
　　方法：
　　1.长石质饰瓷、氟磷灰石饰瓷及配副滑石瓷微观组织及力学行为分析：制备两种饰瓷材料及配副滑石瓷材料的标准弯曲试件，利用XRD衍射仪分析其晶相组成，扫描电镜观察其表面形貌及酸蚀后的微观组织，获得其组织结构特征信息；利用三点弯曲法测定两种饰瓷材料及配副滑石瓷材料的抗弯强度，纳米压入法测定其硬度、弹性模量，获得力学性能参数；将显微组织的差异与力学行为的变化相联系，为进一步研究两种饰瓷材料的磨损性能提供参考依据。
　　2.干湿环境对长石质饰瓷/氟磷灰石饰瓷与滑石瓷配副磨损性能的影响：利用CH-2034Peseux,CSM摩擦磨损实验机，将长石质饰瓷及氟磷灰石饰瓷分别与滑石瓷组成摩擦副，在10N载荷干燥环境下磨损循环至60万次，10N载荷水环境下磨损循环至120万次（模拟口腔咀嚼循环5年时间）；在每10万次磨损循环节点处，利用三维形貌扫描仪测量体积磨损量、及表面粗糙度，考察两种饰瓷在干湿环境下磨损曲线的发展规律；再利用扫描电镜观察磨损面的形貌，研究干湿环境下两种饰瓷磨面形貌的演化过程，分析与之相对应的磨损机制变化；将材料的磨损性能与其微观组织、力学行为相联系；同时，还对与饰瓷配副的滑石瓷的磨损状态进行评价。
　　3.载荷对长石质饰瓷/氟磷灰石饰瓷与滑石瓷配副磨损性能的影响：将载荷由10N降低至2N，在干燥环境及水环境下，研究长石质饰瓷及氟磷灰石饰瓷分别与滑石瓷所组成摩擦副的磨损性能，以考察在小载荷作用时的干燥环境及水环境下，两种饰瓷磨损曲线发展规律及磨面形貌演化过程的差异；磨损循环至60万次，在每20万次的磨损循环节点处，利用三维形貌扫描仪测量试件的体积磨损量、表面粗糙度，同时利用扫描电镜观察不同磨损阶段的磨损面形貌。
　　结果：
　　1. XRD图谱分析显示，长石质饰瓷中含有白榴石晶体，氟磷灰石饰瓷中含有氟磷灰石晶体，滑石瓷则由原顽辉石晶体所组成。两种饰瓷的XRD图谱上明显可见非晶包的存在，滑石瓷的XRD图谱上无非晶包，表明两种饰瓷是由晶体相及玻璃基质组成，为玻璃陶瓷，而滑石瓷中几乎无玻璃基质存在，是一种晶体陶瓷。SEM观察结果表明，两种饰瓷材料的微观组织存在显著差异：长石质饰瓷中的块状白榴石晶体尺寸差异较大，而氟磷灰石饰瓷中的针状氟磷灰石晶体具有纳米尺度。虽然长石质饰瓷中的晶体体积分数高于氟磷灰石饰瓷，但长石质饰瓷的抗弯强度、硬度及弹性模量均小于氟磷灰石饰瓷。在滑石瓷中，由于其内部孔洞数量较多，基于纳米压入法所测定的硬度及弹性模量值出现较大的波动。
　　2.载荷为10N时，干湿环境条件对两种饰瓷材料的磨损性能影响显著，在水环境下两种饰瓷材料所呈现的体积磨损量、表面粗糙度具有显著降低的趋势，与大多数摩擦学材料的变化趋势是一致的。两种饰瓷的微观组织及力学行为对其磨损性能具有重要影响，受主导磨损机制变化的影响，在干燥环境下氟磷灰石饰瓷表现出较高的耐磨性能，而在水环境下长石质饰瓷则表现出较高的耐磨性能。若将饰瓷与所配副的滑石瓷作为一个摩擦副来整体考察，在干、湿两种环境下，饰瓷磨损量的增加也会造成与之配副滑石瓷磨损量的增加，反之亦然。也就是说，饰瓷材料微观组织及力学行为之间存在的差异，不仅会影响其自身的磨损特性，也会影响与之配副材料的磨损行为。
　　3.当载荷由10N降低到2N时，干湿环境条件对两种饰瓷材料的磨损性能同样具有显著的影响，但是，两种饰瓷材料在水环境下所呈现的体积磨损量、表面粗糙度反而增大，这一变化趋势与10N载荷时的完全相反。在2N载荷时的干燥环境下，由于两种饰瓷的磨损量都很小，两种饰瓷的耐磨性能没有明显差异；而在水环境下，两种饰瓷的磨损量都显著增大，这时，长石质饰瓷表现出较好的耐磨性能。同样，若将饰瓷与所配副的滑石瓷作为一个摩擦副来整体考察，在2N载荷时的水环境下，饰瓷磨损量的增加也会造成配副滑石瓷磨损量的增大，即当载荷由10N降低到2N时，饰瓷材料微观组织及力学行为差异也会影响到配副材料的磨损行为。
　　结论：
　　长石质饰瓷及氟磷灰石饰微观组织的不同，使其力学行为存在差异；两种饰瓷材料在干、湿环境下表现出不同的磨损曲线发展规律及磨面形貌演化过程，载荷水平对两种饰瓷的磨损曲线发展规律及磨面形貌演化过程也具有重要影响；两种饰瓷材料的磨损特性与其微观组织、力学行为之间存在密切的关联性，而且这种关联性受到环境条件、载荷水平外在因素的影响；两种饰瓷材料的耐磨性能取决于摩擦副系统的参数变化。该研究结果有助于临床饰瓷材料的合理选择，推动新型饰瓷材料的研制。

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前言

文献回顾

1.齿科陶瓷材料的分类

2.饰瓷在齿科临床修复体制作中的应用

3.天然牙的磨损分类及影响因素

4.齿科陶瓷材料摩损分类及磨损性能的影响因素

5.摩损实验及参数测量的方法

6.齿科陶瓷的摩擦学行为特征

7.总结

实验一 长石质饰瓷与氟磷灰石饰瓷的微观组织及力学行为分析

1 实验材料及设备

2 实验方法

3 实验结果

4 讨论

实验二 干湿环境对长石质饰瓷及氟磷灰石饰瓷磨损性能的影响

1 实验材料及设备

2 实验方法

3 结果

4 讨论

实验三 载荷对长石质饰瓷及氟磷灰石饰瓷磨损性能的影响

1 实验材料及设备

2 实验方法

3 结果

4 讨论

小结

参考文献

个人简历和研究成果

致谢