干濕環(huán)境與載荷對長石質(zhì)飾瓷及氟磷灰石飾瓷磨損性能的影響.pdf

1、隨著人們生活水平的提高，口腔修復(fù)體的美觀性能受到重視，在全瓷或金屬修復(fù)體的表面通過飾瓷，能夠較好的滿足患者對顏色的個性化需求。由于修復(fù)體在口腔中長期行使咀嚼功能，飾瓷與天然牙釉質(zhì)直接接觸，飾瓷自身的磨損、及對天然牙的磨損都是無法避免的，磨損的發(fā)生將直接影響到修復(fù)體的使用效果及壽命，對天然牙的過度磨損則會引起一系列口腔疾病，甚至是全身健康，因此飾瓷材料的選用至關(guān)重要。飾瓷材料的合理選擇包括：飾瓷與基底材料熱膨脹系數(shù)的匹配，以增強兩者的結(jié)合

2、強度，達到降低飾瓷的崩瓷率；同時，還要求飾瓷與天然牙釉質(zhì)的耐磨性能相匹配，在延長修復(fù)體使用壽命的同時，減輕對天然牙的磨損。開展對飾瓷材料磨損性能的研究，不僅可以了解不同瓷材料修復(fù)體在行使咀嚼過程中的磨損規(guī)律，為臨床醫(yī)生根據(jù)患者的具體情況選擇合適的修復(fù)材料提供依據(jù)，同時還有助于研制開發(fā)更加適合口腔環(huán)境的齒科飾瓷材料。
　　臨床上修復(fù)體的失效報道多數(shù)是由于飾瓷自身的強度較低、或與基底部分的結(jié)合強度較低，導(dǎo)致飾瓷層的崩瓷、脫落，為解決這

3、一問題，較多種類的飾瓷不斷被研制出來。關(guān)于飾瓷材料的磨損問題，也一直為人們所關(guān)注。由于陶瓷材料的磨損性能不僅受到材料微觀組織及力學(xué)性能的影響，還會受到磨損環(huán)境，如咀嚼力、唾液、溫度、食物等因素的作用，因此，如何合理評價飾瓷材料的耐磨性能，以及飾瓷對天然牙釉質(zhì)的磨損問題，特別是飾瓷材料長期使用過程中的性能演化問題，具有重要意義。我課題組的前期研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，齒科陶瓷材料的磨損過程具有明顯的時間依賴性，呈現(xiàn)出不同的磨損階段。因此，本實驗擬選用

4、目前臨床常用的長石質(zhì)烤瓷飾瓷及氟磷灰石鑄瓷飾瓷，與模擬牙釉質(zhì)的滑石瓷組成摩擦副，在不同環(huán)境、不同載荷下，研究兩種飾瓷及配副滑石瓷的磨損特性隨時間的變化規(guī)律。
　　目的：
　　在對長石質(zhì)飾瓷及氟磷灰石飾瓷微觀組織、力學(xué)性能合理表征的基礎(chǔ)上，通過體外循環(huán)磨損實驗，在干濕環(huán)境、及不同的載荷水平下，研究兩種飾瓷材料的磨損曲線發(fā)展規(guī)律及磨面形貌演化過程，探索飾瓷材料的磨損特性與其微觀組織、力學(xué)行為之間的關(guān)聯(lián)性，為臨床飾瓷材料的合理選擇

5、、以及飾瓷材料顯微組織的合理調(diào)控提供參考。
　　方法：
　　1.長石質(zhì)飾瓷、氟磷灰石飾瓷及配副滑石瓷微觀組織及力學(xué)行為分析：制備兩種飾瓷材料及配副滑石瓷材料的標(biāo)準(zhǔn)彎曲試件，利用XRD衍射儀分析其晶相組成，掃描電鏡觀察其表面形貌及酸蝕后的微觀組織，獲得其組織結(jié)構(gòu)特征信息；利用三點彎曲法測定兩種飾瓷材料及配副滑石瓷材料的抗彎強度，納米壓入法測定其硬度、彈性模量，獲得力學(xué)性能參數(shù)；將顯微組織的差異與力學(xué)行為的變化相聯(lián)系，為進一步研

6、究兩種飾瓷材料的磨損性能提供參考依據(jù)。
　　2.干濕環(huán)境對長石質(zhì)飾瓷/氟磷灰石飾瓷與滑石瓷配副磨損性能的影響：利用CH-2034Peseux,CSM摩擦磨損實驗機，將長石質(zhì)飾瓷及氟磷灰石飾瓷分別與滑石瓷組成摩擦副，在10N載荷干燥環(huán)境下磨損循環(huán)至60萬次，10N載荷水環(huán)境下磨損循環(huán)至120萬次（模擬口腔咀嚼循環(huán)5年時間）；在每10萬次磨損循環(huán)節(jié)點處，利用三維形貌掃描儀測量體積磨損量、及表面粗糙度，考察兩種飾瓷在干濕環(huán)境下磨損曲線的

7、發(fā)展規(guī)律；再利用掃描電鏡觀察磨損面的形貌，研究干濕環(huán)境下兩種飾瓷磨面形貌的演化過程，分析與之相對應(yīng)的磨損機制變化；將材料的磨損性能與其微觀組織、力學(xué)行為相聯(lián)系；同時，還對與飾瓷配副的滑石瓷的磨損狀態(tài)進行評價。
　　3.載荷對長石質(zhì)飾瓷/氟磷灰石飾瓷與滑石瓷配副磨損性能的影響：將載荷由10N降低至2N，在干燥環(huán)境及水環(huán)境下，研究長石質(zhì)飾瓷及氟磷灰石飾瓷分別與滑石瓷所組成摩擦副的磨損性能，以考察在小載荷作用時的干燥環(huán)境及水環(huán)境下，兩種

8、飾瓷磨損曲線發(fā)展規(guī)律及磨面形貌演化過程的差異；磨損循環(huán)至60萬次，在每20萬次的磨損循環(huán)節(jié)點處，利用三維形貌掃描儀測量試件的體積磨損量、表面粗糙度，同時利用掃描電鏡觀察不同磨損階段的磨損面形貌。
　　結(jié)果：
　　1. XRD圖譜分析顯示，長石質(zhì)飾瓷中含有白榴石晶體，氟磷灰石飾瓷中含有氟磷灰石晶體，滑石瓷則由原頑輝石晶體所組成。兩種飾瓷的XRD圖譜上明顯可見非晶包的存在，滑石瓷的XRD圖譜上無非晶包，表明兩種飾瓷是由晶體相及玻

9、璃基質(zhì)組成，為玻璃陶瓷，而滑石瓷中幾乎無玻璃基質(zhì)存在，是一種晶體陶瓷。SEM觀察結(jié)果表明，兩種飾瓷材料的微觀組織存在顯著差異：長石質(zhì)飾瓷中的塊狀白榴石晶體尺寸差異較大，而氟磷灰石飾瓷中的針狀氟磷灰石晶體具有納米尺度。雖然長石質(zhì)飾瓷中的晶體體積分?jǐn)?shù)高于氟磷灰石飾瓷，但長石質(zhì)飾瓷的抗彎強度、硬度及彈性模量均小于氟磷灰石飾瓷。在滑石瓷中，由于其內(nèi)部孔洞數(shù)量較多，基于納米壓入法所測定的硬度及彈性模量值出現(xiàn)較大的波動。
　　2.載荷為10N

10、時，干濕環(huán)境條件對兩種飾瓷材料的磨損性能影響顯著，在水環(huán)境下兩種飾瓷材料所呈現(xiàn)的體積磨損量、表面粗糙度具有顯著降低的趨勢，與大多數(shù)摩擦學(xué)材料的變化趨勢是一致的。兩種飾瓷的微觀組織及力學(xué)行為對其磨損性能具有重要影響，受主導(dǎo)磨損機制變化的影響，在干燥環(huán)境下氟磷灰石飾瓷表現(xiàn)出較高的耐磨性能，而在水環(huán)境下長石質(zhì)飾瓷則表現(xiàn)出較高的耐磨性能。若將飾瓷與所配副的滑石瓷作為一個摩擦副來整體考察，在干、濕兩種環(huán)境下，飾瓷磨損量的增加也會造成與之配副滑石瓷

11、磨損量的增加，反之亦然。也就是說，飾瓷材料微觀組織及力學(xué)行為之間存在的差異，不僅會影響其自身的磨損特性，也會影響與之配副材料的磨損行為。
　　3.當(dāng)載荷由10N降低到2N時，干濕環(huán)境條件對兩種飾瓷材料的磨損性能同樣具有顯著的影響，但是，兩種飾瓷材料在水環(huán)境下所呈現(xiàn)的體積磨損量、表面粗糙度反而增大，這一變化趨勢與10N載荷時的完全相反。在2N載荷時的干燥環(huán)境下，由于兩種飾瓷的磨損量都很小，兩種飾瓷的耐磨性能沒有明顯差異；而在水環(huán)境下

12、，兩種飾瓷的磨損量都顯著增大，這時，長石質(zhì)飾瓷表現(xiàn)出較好的耐磨性能。同樣，若將飾瓷與所配副的滑石瓷作為一個摩擦副來整體考察，在2N載荷時的水環(huán)境下，飾瓷磨損量的增加也會造成配副滑石瓷磨損量的增大，即當(dāng)載荷由10N降低到2N時，飾瓷材料微觀組織及力學(xué)行為差異也會影響到配副材料的磨損行為。
　　結(jié)論：
　　長石質(zhì)飾瓷及氟磷灰石飾微觀組織的不同，使其力學(xué)行為存在差異；兩種飾瓷材料在干、濕環(huán)境下表現(xiàn)出不同的磨損曲線發(fā)展規(guī)律及磨面形貌