牙科氧化鋯陶瓷彎曲強(qiáng)度可靠性和疲勞性能的研究.pdf

1、口腔修復(fù)材料中，氧化釔穩(wěn)定的四方晶型多晶氧化鋯（yttria-stabilized tetragonalzirconia polycrystalline，Y-TZP）陶瓷因其良好的機(jī)械性能、優(yōu)異的美學(xué)特性及生物相容性，而備受患者和醫(yī)生的青睞。然而，Y-TZP陶瓷屬于脆性材料，在口腔循環(huán)咀嚼的功能狀態(tài)下，常常會(huì)出現(xiàn)令人意外的失效，而且這種失效通常是在遠(yuǎn)低于其彎曲強(qiáng)度的循環(huán)咀嚼應(yīng)力作用時(shí)出現(xiàn)，是一種典型的疲勞失效現(xiàn)象。鋯瓷修復(fù)體使用壽命的離

2、散性很大，人們只能依靠已報(bào)道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)其使用壽命做出大致的推測(cè)。故此，Y-TZP陶瓷的疲勞性能以及疲勞失效機(jī)制亟待研究。
　　研究目的：
　　研究表面噴砂處理和低溫老化效應(yīng)對(duì)Y-TZP陶瓷彎曲強(qiáng)度及其可靠性的影響，探究循環(huán)載荷和噴砂處理對(duì)Y-TZP陶瓷疲勞斷裂的影響及可能機(jī)制，以期能夠?yàn)榕R床醫(yī)生在選用口腔修復(fù)材料時(shí)提供參考，為Y-TZP陶瓷材料疲勞性能優(yōu)化提供科學(xué)的參考依據(jù)。
　　研究方法：
　　1、2種Y-T

3、ZP陶瓷的彎曲強(qiáng)度可靠性和亞臨界裂紋擴(kuò)展研究
　　將制備好的30個(gè)威蘭德和30個(gè)愛(ài)爾創(chuàng)鋯瓷試樣分別隨機(jī)分成2組：彎曲強(qiáng)度測(cè)試組和三點(diǎn)彎曲循環(huán)載荷疲勞組，每組15個(gè)試樣。在25℃的空氣環(huán)境下，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)試彎曲強(qiáng)度，并進(jìn)行三點(diǎn)彎曲循環(huán)載荷疲勞試驗(yàn)。使用Weibull分布函數(shù)對(duì)兩種陶瓷的彎曲強(qiáng)度和疲勞循環(huán)次數(shù)進(jìn)行分析，比較兩種陶瓷的彎曲強(qiáng)度可靠性，繪制亞臨界裂紋擴(kuò)展曲線，對(duì)試樣表面進(jìn)行X射線衍射晶相結(jié)構(gòu)分析和掃描電鏡形貌觀察。<

4、br>　　2、表面噴砂對(duì)Y-TZP陶瓷彎曲強(qiáng)度可靠性和亞臨界裂紋擴(kuò)展的影響
　　將表面噴砂處理后的30個(gè)威蘭德和30個(gè)愛(ài)爾創(chuàng)鋯瓷試樣分別隨機(jī)分成2組：彎曲強(qiáng)度測(cè)試組和三點(diǎn)彎曲循環(huán)載荷疲勞組，每組15個(gè)試樣。在25℃的空氣環(huán)境下，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)試彎曲強(qiáng)度，疲勞試驗(yàn)組在微型軸向疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行三點(diǎn)彎曲循環(huán)載荷疲勞試驗(yàn)，使用Weibull分布函數(shù)對(duì)彎曲強(qiáng)度和疲勞循環(huán)次數(shù)進(jìn)行分析，比較兩種陶瓷的彎曲強(qiáng)度可靠性，繪制亞臨界裂紋擴(kuò)展曲線。

5、對(duì)試樣噴砂面進(jìn)行 X射線衍射晶相結(jié)構(gòu)分析和掃描電鏡形貌觀察。
　　3、低溫老化效應(yīng)對(duì)Y-TZP陶瓷彎曲強(qiáng)度可靠性的影響
　　將60個(gè)噴砂后的威蘭德鋯瓷試樣隨機(jī)分為4組，每組15個(gè)試樣，其中一組不進(jìn)行低溫老化處理，其余三組進(jìn)行低溫老化處理，溫度為134℃，壓強(qiáng)0.2MPa，低溫老化時(shí)間分別為5h、10h和15h。在25℃的空氣環(huán)境下，參照標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)試四組試樣的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度，使用Weibull分布函數(shù)對(duì)彎曲強(qiáng)度進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)低溫

6、老化對(duì)陶瓷彎曲強(qiáng)度可靠性的影響，并且對(duì)試樣進(jìn)行X射線衍射晶相結(jié)構(gòu)分析，計(jì)算老化后試樣噴砂面的單斜晶型氧化鋯相對(duì)含量。
　　研究結(jié)果：
　　1、威蘭德和愛(ài)爾創(chuàng)鋯瓷的彎曲強(qiáng)度分別為1139.69±123.97MPa、1200.5±114.74 MPa，無(wú)顯著性差異（P＞0.05）；Weibull模數(shù)m分別為10.64、12.04，應(yīng)力腐蝕指數(shù)n分別為23.71、32.87，發(fā)生亞臨界裂紋擴(kuò)展時(shí)的最低速率分別為1.79×10-12

7、m/cycle、6.70×10-13m/cycle，試樣表面的單斜晶型氧化鋯的相對(duì)含量分別為4.86％和6.24%，兩種鋯瓷燒結(jié)后的晶粒分布范圍分別為0.5~1μm和0.5~1.5μm。
　　2、威蘭德和愛(ài)爾創(chuàng)鋯瓷表面噴砂后的彎曲強(qiáng)度分別為1291.48±133.01MPa、
　　1228.36±137.33MPa，兩者無(wú)顯著性差異（P＞0.05），但是兩者均顯著大于未噴砂試樣（P＜0.05）；Weibull模數(shù)m分別為11

8、.06和13.52，發(fā)生亞臨界裂紋擴(kuò)展時(shí)的最低速率分別為6.89×10-12m/cycle、7.6×10-13m/cycle，噴砂面的單斜晶型氧化鋯的相對(duì)含量分別為12.5%和11.1%，兩種鋯瓷噴砂面可見(jiàn)部分晶粒脫落后形成的小凹。
　　3、噴砂后威蘭德鋯瓷試樣經(jīng)過(guò)低溫老化處理0h、5h、10h和15h后的彎曲強(qiáng)度分別為1291.48±133.01MPa、1181.24±139.16MPa、1105.08±140.32MPa和10

9、61.12±152.17MPa，低溫老化處理后彎曲強(qiáng)度顯著降低（P＜0.05），Weibull模數(shù)m分別為11.06、10.06、8.96和8.43，單斜晶型氧化鋯的相對(duì)含量分別為12.5%、17.5%、22.7%和28.1%。
　　結(jié)論：
　　1、在室溫空氣環(huán)境中，兩種鋯瓷的彎曲強(qiáng)度值雖然沒(méi)有顯著差異，但是愛(ài)爾創(chuàng)鋯瓷彎曲強(qiáng)度的可靠性高于威蘭德鋯瓷，兩種鋯瓷在循環(huán)載荷作用下都存在亞臨界裂紋擴(kuò)展現(xiàn)象，威蘭德鋯瓷抵抗亞臨界裂紋擴(kuò)