饰瓷气孔缺陷对双层二硅酸锂玻璃陶瓷冠断裂及崩瓷失效影响的实验研究

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目的探明饰瓷气孔缺陷对双层二硅酸锂玻璃陶瓷(bi-LDG)冠应力分布、断裂载荷及失效模式的影响。方法制作上颌第一磨牙bi-LDG冠30个,用micro-CT扫描及VGStudio Max 2.2分析饰瓷内气孔尺寸、圆整度及分布情况;将牙冠进行抗折破坏实验,扫描电子显微镜(SEM)观察断裂起源与断裂类型并与缺陷分析相比对,分析气孔对断裂发生的影响;分别构建含及不含气孔缺陷的bi-LDG冠有限元模型并模拟体外加载,分析气孔在体外加载时对应力分布的影响。对比气孔缺陷分析、体外实验及有限元实验的结果,明确气孔缺陷对bi-LDG冠断裂模式及断裂载荷的影响及"危险"气孔缺陷的特征。结果饰瓷内气孔尺寸分布为9μm至680μm;圆整度分布为0.10至0.81,96.49%气孔圆整度>0.5,99.95%的气孔平均圆整度为0.63;气孔越小分布越均匀,形态复杂的大体积气孔主要分布于饰-核瓷界面,13个牙冠含有此类气孔。30个牙冠的平均断裂载荷值为1,909.5±403.2 N(x±sd),各牙冠断裂载荷值与所含气孔缺陷的数量及最大尺寸无相关性。19个牙冠断裂起源于饰瓷外表面的窝沟,其中12个源自近表面的气孔缺陷;3个牙冠断裂起源于加载区域;8个牙冠断裂起源于界面区大体积气孔缺陷;上述三种类型裂纹起源的平均断裂载荷分别为1684.3N、2368.9N和2073.4N。有限元应力分析结果显示,位于体外加载拉应力区的气孔缺陷对bi-LDG冠的断裂影响较大,圆整度对断裂的影响较小;经格里菲斯-欧文裂纹起源公式(Griffin-Irwin equivalent)计算饰瓷内断裂起源缺陷尺寸为30μm~50μm。结论拉应力区尺寸大于30μm~50μm及界面区大体积气孔缺陷对bi-LDG冠的断裂有影响;饰瓷堆塑工作中应避免在窝沟、边缘及饰瓷-核瓷界面等咀嚼拉应力区引入体积较大的气孔缺陷。
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