人牙釉質(zhì)的微結(jié)構(gòu)納米力學(xué)性能及微摩擦磨損行為研究.pdf

1、隨著人們生活水平的日益提高，飲食結(jié)構(gòu)也越來越多樣化，由此帶來的牙齒磨損問題也愈加突出，因此，采用優(yōu)良匹配性的修復(fù)材料來修復(fù)過度磨損的牙體組織具有強(qiáng)烈的現(xiàn)實(shí)重要性。深入了解人牙釉質(zhì)自身的微觀機(jī)械特性，不僅可以為仿生牙科修復(fù)材料的研發(fā)提供必要的科學(xué)指導(dǎo)，而且有助于豐富和發(fā)展生物摩擦學(xué)。 本論文采用納米壓痕/劃痕儀對牙釉質(zhì)微結(jié)構(gòu)—釉柱的納米力學(xué)性能進(jìn)行了研究，并通過二維坐標(biāo)定位法系統(tǒng)而全面的研究了單個(gè)釉柱微區(qū)內(nèi)的納米力學(xué)性能分布，并繪

2、制了相應(yīng)的分布圖。此外，還通過納米劃痕儀研究了牙釉質(zhì)的微摩擦磨損行為，考察了釉柱的排列取向?qū)ρ烙再|(zhì)微摩擦磨損的影響。研究取得的主要結(jié)果和結(jié)論如下： 1．采用坐標(biāo)描述壓痕點(diǎn)位置的方法，對較小的釉柱單元實(shí)現(xiàn)了力學(xué)性能的面分布研究。作為人牙釉質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)，釉柱的力學(xué)性能呈現(xiàn)顯著的非均質(zhì)性。單個(gè)釉柱中心區(qū)域的力學(xué)特性最好，納米壓痕硬度和彈性模量從中心向邊緣方向均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，其中，釉柱頭部的力學(xué)性能優(yōu)于尾部，頭部平均硬度及彈性模量

3、分別為4．17±0．29 GPa和3．69±0．29GPa，尾部為85．9±6．2 GPa和79．7±6．7 GPa。 2．牙釉質(zhì)在納米尺度下的摩擦磨損機(jī)理與宏觀摩擦磨損相近，隨著法向載荷從0增大到50mN，牙釉質(zhì)的變形經(jīng)歷了從完全彈性變形的零磨損到塑性流動(dòng)，最終材料表面壓潰導(dǎo)致脆性剝落。在低載作用下的摩擦接觸初期，釉質(zhì)軟硬相間的微觀結(jié)構(gòu)使其表現(xiàn)出較好的變形協(xié)調(diào)能力，表面變形以彈性為主；隨著法向載荷增加，針尖的壓入深度逐漸超出釉

4、質(zhì)的彈性變形極限，從而產(chǎn)生塑性變形，表面呈現(xiàn)塑性流動(dòng)的痕跡；隨著載荷繼續(xù)增大，釉質(zhì)表面產(chǎn)生脆性斷裂，隨著針尖的滑動(dòng)，表面產(chǎn)生脆性剝層，開始出現(xiàn)磨屑，呈現(xiàn)實(shí)質(zhì)性的磨損。 3．牙釉質(zhì)不同剖面上的摩擦磨損性能有明顯差異，牙合面上的摩擦性能較軸剖面好，摩擦系數(shù)和磨損量均較小，表現(xiàn)出良好的摩擦穩(wěn)定性，而軸剖面摩擦系數(shù)和磨損量均較大，并且摩擦穩(wěn)定性較差，劃痕長度方向上的摩擦系數(shù)波動(dòng)較大。牙釉質(zhì)軸剖面上的摩擦學(xué)性能存在各項(xiàng)異性。當(dāng)劃痕方向垂直