齿科CAD/CAM氧化锆及二硅酸锂玻璃陶瓷的磨损性能实验研究

来源 :中国人民解放军空军军医大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:li132zhihua
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研究目的:本研究依据机械摩擦三个阶段(跑合期、稳定磨损期、剧烈磨损期)理论进行体外磨损试验,探讨CAD/CAM氧化锆陶瓷、二硅酸锂玻璃陶瓷与牛牙釉质或自身配副时磨损行为随时间变化的规律,为了解瓷修复材料的磨损性能,指导临床瓷修复材料选择、保护对颌天然牙,改进齿科陶瓷材料性能提供实验参考数据。研究方法:1.CAD/CAM氧化锆陶瓷与牛牙釉质配副的动态磨损行为研究:将长10 mm、直径3 mm的氧化锆陶瓷圆柱作为上磨头,与厚3 mm、直径20 mm的牛牙釉质下试件随机分组配副,组成9对摩擦副。在室温环境、人工唾液润滑条件下,每对摩擦副在CSM摩擦磨损试验机上进行144万次磨损循环,循环模式为匀速圆周运动(回转半径2.5 mm、转速100 r/min),加载力为10 N。在144万次磨损循环中选取20个循环节点,当循环至相应节点时在不拆卸试件的前提下利用三维表面形貌仪测量上、下试件的磨损损失量,以获得相应磨损曲线;根据所得磨损阶段,利用三维形貌仪、扫描电镜观察各磨损阶段的磨损面粗糙度及微观形貌。2.CAD/CAM二硅酸锂玻璃陶瓷与牛牙釉质配副的动态磨损行为研究:将长10mm、直径3 mm的二硅酸锂玻璃陶瓷圆柱作为上磨头,与厚3 mm、直径20 mm的牛牙釉质下试件随机分组配副,组成9对摩擦副。在室温环境、人工唾液润滑条件下,每对摩擦副在CSM摩擦磨损试验机上进行144万次磨损循环,循环模式为匀速圆周运动(回转半径2.5 mm、转速100 r/min),加载力为10 N。在144万次磨损循环中选取20个循环节点,当循环至相应节点时在不拆卸试件的前提下利用三维表面形貌仪测量上、下试件的磨损损失量,以获得相应磨损曲线;根据所得磨损阶段,利用三维形貌仪、扫描电镜观察各磨损阶段的磨损面粗糙度及微观形貌。3.CAD/CAM氧化锆陶瓷自身配副的动态磨损行为研究:将9个长10 mm、直径3 mm的氧化锆陶瓷圆柱作为上磨头,与9个厚3 mm、直径20 mm的氧化锆陶瓷下试件随机分组配副,组成9对摩擦副。在室温环境、人工唾液润滑条件下,每对摩擦副在CSM摩擦磨损试验机上进行128万次磨损循环,循环模式为匀速圆周运动(回转半径2.5 mm、转速100 r/min),加载力为50 N。在128万次磨损循环中选取10个循环节点,当循环至相应节点时在不拆卸试件的前提下利用三维表面形貌仪测量上试件的磨损损失量,以获得相应磨损曲线;根据所得磨损阶段,利用三维形貌仪、扫描电镜观察各磨损阶段的磨损面粗糙度及微观形貌。4.CAD/CAM二硅酸锂玻璃陶瓷自身配副的动态磨损行为研究:将9个长10mm、直径3 mm的二硅酸锂玻璃陶瓷圆柱作为上磨头,与9个厚3 mm、直径20 mm的二硅酸锂玻璃陶瓷下试件随机分组配副,组成9对摩擦副。在室温环境、人工唾液润滑条件下,每对摩擦副在CSM摩擦磨损试验机上进行128万次磨损循环,循环模式为匀速圆周运动(回转半径2.5 mm、转速100 r/min),加载力为50 N。在128万次磨损循环中选取10个循环节点,当循环至相应节点时在不拆卸试件的前提下利用三维表面形貌仪测量上试件的磨损损失量,以获得相应磨损曲线;根据所得磨损阶段,利用三维形貌仪、扫描电镜观察各磨损阶段的磨损面粗糙度及微观形貌。研究结果:1.氧化锆陶瓷在与牛牙釉质配副磨损时,氧化锆陶瓷的跑合期为024万次循环,磨损速率较大[(0.892.39)×10-33 mm3/万转],磨损量为33.88×10-33 mm3,粗糙度Sa为0.1625μm(初始为0.1048μm)。从24万次循环之后进入稳定磨损期,磨损速率减小[(0.060.59)×10-33 mm3/万转],磨损量为31.27×10-33 mm3,粗糙度Sa为0.1492μm。配副的牛牙釉质的跑合期为016万次循环,磨损速率较大[(0.080.15)mm3/万转],磨损量为1.69 mm3,粗糙度Sa为0.1415μm(初始为0.1041μm)。从16万次循环之后进入稳定磨损期,磨损速率减小[(0.020.04)mm3/万转],磨损量为3.61mm3,粗糙度Sa为0.1325μm。微观形貌显示:氧化锆陶瓷不同磨损阶段的磨损面形貌变化不明显;牛牙釉质在跑合期时,其磨损表面磨痕细小而密集,粗糙度较大,而稳定磨损期时,磨损面相对平整。2.二硅酸锂陶瓷在与牛牙釉质配副磨损时,二硅酸锂陶瓷的跑合期为024万次循环,磨损速率较大[(1.0913.59)×10-3mm3/万转],磨损量为108.69×10-33 mm3,粗糙度Sa为0.3799μm(初始为0.1030μm)。从24万次循环之后进入稳定磨损期,磨损速率减小[(0.100.78)×10-33 mm3/万转],磨损量为49.64×10-33 mm3,粗糙度Sa为0.2913μm。配副的牛牙釉质跑合期为016万次循环,磨损速率较大[(0.080.25)mm3/万转],磨损量为2.42 mm3,粗糙度Sa为0.4149μm(初始为0.1084μm)。在16万次循环后,进入稳定磨损期,磨损速率减小[(0.020.07)mm3/万转],磨损量为4.74mm3,粗糙度Sa为0.3409μm。微观形貌显示:二硅酸锂陶瓷磨损面在跑合期犁沟宽,磨痕密集,稳定磨损期犁沟较浅,磨损面较为平整;牛牙釉质在跑合期时磨损表面出现大量宽大密集磨痕,表面完整性遭到破坏,稳定磨损期磨痕变浅,磨损面出现裂纹。3.氧化锆陶瓷自身配副的磨损曲线显现出三个特征性磨损阶段,可依次分为:跑合期(032万次)、稳定磨损期(3280万次)和剧烈磨损期(80128万次)。其中,跑合期磨损速率较大[(0.001640.00336)mm3/万转],磨损量为0.0759 mm3,粗糙度Sa为0.3791μm(初始为0.1905μm);稳定磨损期时磨损速率降低[(0.000170.00038)mm3/万转],磨损量为0.0146 mm3,粗糙度Sa为0.2774μm;剧烈磨损期磨损速率再次增大[(0.002020.00252)mm3/万转],磨损量为0.1059 mm3,粗糙度Sa为0.4399μm。微观形貌变化:跑合期时,其磨损表面磨痕细小而密集;稳定磨损期时,其磨损面相对于跑合期较为平整;进入剧烈磨损期后,其磨损面可见大量裂纹。4.二硅酸锂陶瓷自身配副的磨损曲线显现出两个特征性磨损阶段:跑合期(08万次)和稳定磨损期(8128万次)。其中,跑合期磨损速率较大(0.0793 mm3/万转),磨损量为0.6344 mm3,粗糙度Sa为0.4772μm(初始为0.2027μm);稳定磨损期时磨损速率减小[(0.004260.02716)mm3/万转],磨损量为1.2062 mm3,粗糙度Sa为0.3600μm。微观形貌变化:由跑合期到稳定磨损期,磨损表面的犁沟状磨痕由密集深大逐渐变得稀疏较浅。结论:1.与牛牙釉质配副时,氧化锆陶瓷、二硅酸锂陶瓷以及配副的牛牙釉质的磨损行为均呈现出具有两个特征性磨损阶段(“跑合期”和“稳定磨损期”)的动态衍化规律,表明其磨损行为均符合摩擦学动态磨损规律。2.与牛牙釉质配副时,氧化锆陶瓷的磨损量小于二硅酸锂陶瓷,并且在对配副的牙釉质磨损量中,氧化锆陶瓷小于二硅酸锂陶瓷,表明氧化锆陶瓷的磨损性能优于二硅酸锂陶瓷。3.氧化锆陶瓷、二硅酸锂陶瓷自身配副时,氧化锆陶瓷的磨损行为呈现出三个特征性磨损阶段(“跑合期”、“稳定磨损期”和“剧烈磨损期”),二硅酸锂陶瓷的磨损行为呈现出两个特征性磨损阶段(“跑合期”和“稳定磨损期”),表明二者磨损行为均符合摩擦学动态磨损规律。4.氧化锆陶瓷、二硅酸锂陶瓷自身配副时,氧化锆陶瓷的磨损量小于二硅酸锂陶瓷,提示氧化锆陶瓷修复体之间的磨损较二硅酸锂陶瓷修复体之间的磨损小。
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