齒科陶瓷的可加工性及其檢測(cè)方法研究.pdf

1、齒科陶瓷材料是指用于修補(bǔ)缺損牙齒或替代缺損、缺失的牙列，使其恢復(fù)解剖形態(tài)、功能和外觀的各種材料，具有良好的生物相容性、在口腔環(huán)境中的化學(xué)穩(wěn)定性，以及與自然牙相似的熱導(dǎo)率和自然牙釉相似的磨損率，并具有美學(xué)性能，是應(yīng)用非常廣的一類生物陶瓷材料。陶瓷是典型的硬脆性難加工材料，由于陶瓷材料的高硬度和高脆性，被加工的陶瓷元件大多會(huì)產(chǎn)生各種類型的表面或亞表面損傷，這會(huì)導(dǎo)致陶瓷元件強(qiáng)度的降低，進(jìn)而又限制了陶瓷材料更為廣泛的應(yīng)用。機(jī)械加工是陶瓷材料的主

2、要加工方式，包括切削加工、鉆削加工、磨削加工、研磨和拋光加工，其中磨削加工是目前已有加工方法中應(yīng)用最多的一種。在陶瓷磨削加工過程中，材料去除主要基于以下幾種去除機(jī)理：脆性去除、粉末化去除和塑性去除。作為材料設(shè)計(jì)與機(jī)械加工之間的連接紐帶，材料的可加工性是研究陶瓷材料加工工藝性的基礎(chǔ)性核心技術(shù)。陶瓷材料可加工性的影響因素有很多，除了加工方式、加工工件等外在因素外，材料的力學(xué)性能是影響材料可加工性的重要因素，包括硬度、斷裂韌性、彈性模量、強(qiáng)度

3、、韋伯模數(shù)和泊松比等。齒科陶瓷可加工性的檢測(cè)在現(xiàn)有文獻(xiàn)中所見不多。 本文選取幾種齒科修復(fù)陶瓷材料，包括氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、Empress長(zhǎng)石瓷、Empress增韌白榴石、二矽酸鋰增韌玻璃陶瓷（LDG），進(jìn)行不同條件下的表面磨削試驗(yàn)和切削試驗(yàn)，對(duì)加工后的試樣表面用表面粗糙度儀、光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀察、檢測(cè)和分析，研究發(fā)現(xiàn)：金剛砂砂輪能獲得較平整的加工表面，在其他條件一致的情況下，較高的砂輪轉(zhuǎn)速和較長(zhǎng)的磨削加工時(shí)間能

4、獲得較好的加工表面。再選取幾種典型的齒科修復(fù)全瓷產(chǎn)品，包括玻璃滲透氧化鋁陶瓷In-Ceram Alumina（CA-12）、玻璃滲透尖晶石陶瓷In Ceram Spinnell（CS-11）、精細(xì)鉀長(zhǎng)石MarkⅡ（I-12）、長(zhǎng)石質(zhì)瓷TriLuxe（TRI-12），用表面磨削、凹槽磨削、內(nèi)圓切削、外圓切削、鉆削進(jìn)行加工試驗(yàn)，并在充分考慮CAD/CAM全瓷修復(fù)系統(tǒng)加工機(jī)理的基礎(chǔ)上，以40目、80目和120目石英砂作磨損介質(zhì)，進(jìn)行磨粒磨損測(cè)

5、試，測(cè)定磨損量，分析磨損表面形貌。經(jīng)檢測(cè)和分析表明：采用In-Ceram技術(shù)的預(yù)燒結(jié)的齒科修復(fù)陶瓷CA-12和CS-11具有較好的可加工性能，并可通過磨削加工獲得較好的表面質(zhì)量，而傳統(tǒng)的長(zhǎng)石質(zhì)齒科修復(fù)陶瓷I-12和TRI-12則是切削加工的表面質(zhì)量更好。磨粒磨損試驗(yàn)中80目石英砂既能獲得較為平整的磨損表面形貌，又能保持穩(wěn)定的流速。LDG的磨損量最大，且磨損量隨磨損時(shí)間的增長(zhǎng)有明顯增幅，I-12和TRI-12的磨損量高于CA-12和CS-

6、11，CS-11的磨損量明顯是最小的，結(jié)合材料力學(xué)性能分析可知，在相同的工藝條件下進(jìn)行磨損試驗(yàn)，硬度較高的材料磨損量較低，但磨損量也受材料本身脆性的影響，硬度相近的材料，脆性較大的磨損量也較大，也就是說，磨損量與材料的綜合力學(xué)性能有關(guān)。εA-12和CS-11兩種預(yù)燒結(jié)齒陶瓷在磨粒磨損試驗(yàn)后的表面開貌較為細(xì)致平整，I-12和TRI-12兩種長(zhǎng)石質(zhì)齒科修復(fù)陶瓷在表面有較為明顯的高低起伏，結(jié)合材料去除機(jī)理分析，I-12和TRI-12兩種長(zhǎng)石質(zhì)

7、瓷的材料去除方式主要是脆性斷裂，石英砂具有鋒利的棱角，鋒銳的磨粒與材料表面產(chǎn)生刮磨的同時(shí)，與材料表面產(chǎn)生碰撞；CA-12和CS-11是粉末預(yù)燒結(jié)材料，材料去除方式是粉體延性滑動(dòng)為主，磨粒與材料表面產(chǎn)生刮擦，材料以剪切切屑成形方式去除，材料磨損表面形貌更平整。LDG的磨損表面有明顯的以裂紋和龜裂為主的表面損傷。本文選擇在對(duì)樣品進(jìn)行分析的過程中，通過測(cè)定表面粗糙度以具體數(shù)值的形式較直觀地表達(dá)材料加工表面的質(zhì)量情況，也能很好地體現(xiàn)材料的加工性

8、能，而這種評(píng)定材料加工性能的方式還未見有相關(guān)文獻(xiàn)。根據(jù)以上對(duì)齒科精細(xì)陶瓷可加工性檢測(cè)所積累的數(shù)據(jù)，結(jié)合顯微結(jié)構(gòu)的變化，分析陶瓷可加工性的機(jī)理，以材料物理、力學(xué)性能為依據(jù)，利用模糊綜合評(píng)判法，建立齒科修復(fù)陶瓷材料可加工性的理論評(píng)判模型，為齒科修復(fù)陶瓷材料性能的綜合評(píng)測(cè)提供理論基礎(chǔ)。本文選擇三個(gè)力學(xué)性能參數(shù)構(gòu)成因素集，根據(jù)提出的評(píng)判方法，對(duì)幾種典型齒科陶瓷材料的可加工性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并根據(jù)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行排序。結(jié)果表明，該方法的評(píng)判結(jié)果合理，評(píng)