模擬口腔環(huán)境下鈷鉻合金烤瓷全冠飾瓷材料摩擦學(xué)行為的實驗研究.pdf

1、修復(fù)體飾瓷材料屬于玻璃基陶瓷,具有良好的透光性和生物安全性,在口腔修復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。它常被熔附于金屬基底冠上制成金屬烤瓷修復(fù)體(PFM),或燒結(jié)至核瓷基底上形成雙層結(jié)構(gòu)的全瓷修復(fù)體,用于改善基底冠的美學(xué)效果,使其成為既逼真美觀又堅固耐用的陶瓷修復(fù)體。在恢復(fù)口頜系統(tǒng)咀嚼功能的同時,也重塑了頜面部的自然容貌,給予患者生理及心理上的雙重治療。然而,陶瓷本身固有的脆性,使得修復(fù)體飾瓷層在反復(fù)的咬合運動過程中容易發(fā)生磨損,材料微觀結(jié)構(gòu)上可能形

2、成組織損傷,進而導(dǎo)致裂紋發(fā)生及擴展,最終造成飾瓷層崩脫、斷裂,這一現(xiàn)象嚴(yán)重影響著修復(fù)治療效果,是目前臨床瓷修復(fù)體面臨的主要問題。
　　根據(jù)機械摩擦學(xué)理論可知,材料的摩擦磨損行為應(yīng)符合摩擦學(xué)時間特性,即認為材料的磨損過程是隨時間動態(tài)發(fā)展的,且應(yīng)當(dāng)包含“跑合(磨合)期”、“穩(wěn)定磨損期”及“劇烈磨損期”三個特征磨損階段。而以往對于齒科陶瓷材料磨損性能的研究,多是通過對完成規(guī)定磨損循環(huán)后的陶瓷材料進行橫向比較,未與―材料磨損三階段‖的規(guī)律

3、相結(jié)合,無法全面了解和準(zhǔn)確把握其磨損行為的動態(tài)發(fā)展過程及不同階段的特點,因而所得到的研究結(jié)果具有一定的局限性。此外,與不同基底材料之間的差異相比,烤瓷和全瓷修復(fù)體的飾瓷材料在組成成分以及機械力學(xué)性能方面較為相似,因此本實驗擬選用鈷鉻合金烤瓷修復(fù)體飾瓷作為飾瓷材料的代表,基于機械摩擦學(xué)中全面評價材料摩擦學(xué)行為的時間特性理論,全面、動態(tài)的研究飾瓷材料磨損行為的發(fā)生與發(fā)展過程。
　　研究目的:
　　通過模擬口腔環(huán)境下體外循環(huán)加載實

4、驗及有限元應(yīng)力分析法,探討不同應(yīng)力條件下飾瓷材料的摩擦學(xué)時間特性,了解其磨損發(fā)展規(guī)律及微觀組織演變過程,以及不同應(yīng)力大小對整個磨損行為的影響。為臨床合理設(shè)計和利用瓷修復(fù)體,以及進一步提高飾瓷材料機械穩(wěn)定性提供實驗依據(jù)。
　　研究方法:
　　1、不同磨損程度鈷鉻合金烤瓷全冠飾瓷層有限元應(yīng)力分析:按照加載頭直徑與載荷大小將實驗分為3組:4mm加載頭、350N載荷組;10mm加載頭、350N載荷組;10mm加載頭、150N載荷組。

5、分析不同磨損程度下,各組模型飾瓷層的應(yīng)力大小及分布狀態(tài)。
　　2、模擬口腔環(huán)境條件下鈷鉻合金烤瓷全冠飾瓷層摩擦學(xué)時間特性的研究:制作標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)下頜第一磨牙鈷鉻合金烤瓷全冠;按照加載頭直徑與載荷大小將實驗分為3組,4mm加載頭、350N高應(yīng)力組;10mm加載頭、350N中應(yīng)力組;10mm加載頭、150N低應(yīng)力組;并對每組試件在冷熱交替水環(huán)境下進行循環(huán)加載(TCML)240萬次(相當(dāng)于正常成人10年咬合次數(shù))。利用三維表面形貌儀測定飾瓷

6、磨損區(qū)表面積隨時間變化的磨損曲線,以表征不同組中飾瓷材料的摩擦學(xué)時間特性。
　　3、不同磨損階段飾瓷微觀組織結(jié)構(gòu)及相關(guān)物理參數(shù)的研究:利用電子顯微鏡及三維表面形貌儀,對處于不同磨損階段的各組飾瓷材料表層及亞表層微觀組織結(jié)構(gòu)、表面粗糙度,以及最終磨損狀態(tài)下各組飾瓷材料磨損表面積及瓷層抗壓載荷進行分析研究。
　　研究結(jié)果:
　　1、隨著磨損程度加深,飾瓷磨損區(qū)表面積增大,瓷層平均厚度減小,應(yīng)力峰值由高逐漸降低。不同加載條件

7、下,應(yīng)力峰值及其分布的變化趨勢相似。且當(dāng)處于同一磨損程度時,4mm加載頭、350N載荷組應(yīng)力值最高(高應(yīng)力組);10mm加載頭、350N載荷組次之(中應(yīng)力組);10mm加載頭、150N載荷組最低(低應(yīng)力組)。
　　2、在240萬次循環(huán)加載過程中,不同應(yīng)力組飾瓷材料的磨損行為均呈現(xiàn)出隨時間的三階段變化特征,其中高應(yīng)力組三個特征磨損階段之間界限不明顯,磨損量始終表現(xiàn)出向上增長趨勢。整個磨損過程中,跑合期與穩(wěn)定磨損期持續(xù)時間較短(0-5

8、0萬次),劇烈磨損期持續(xù)時間較長(50-240萬次);中應(yīng)力組3個磨損階段分布較平均(0-50萬次為跑合期,50-150萬次為穩(wěn)定磨損期,150-240萬次為劇烈磨損期);而低應(yīng)力組只存在跑合期與穩(wěn)定磨損期(0-60萬次為跑合期,60-240萬次為穩(wěn)定磨損期)。
　　3、各應(yīng)力組飾瓷材料的微觀組織結(jié)構(gòu)、表面粗糙度均與其相應(yīng)的磨損階段之間關(guān)系密切。跑合期時磨損區(qū)材料表面磨痕密集,表面粗糙度較高;穩(wěn)定磨損期時磨損區(qū)表面局部磨痕加深,局

9、部卻較為完整。此外,亞表層出現(xiàn)裂紋,表面粗糙度減小;劇烈磨損期時亞表層裂紋擴展至表面,材料脫落,磨損區(qū)表面粗糙度升高。各應(yīng)力組飾瓷的微觀形貌及物理參數(shù)變化趨勢相似,但高應(yīng)力組飾瓷材料亞表層裂紋尺寸較大,抗壓載荷低,磨損表面積最大;低應(yīng)力組亞表層裂紋尺寸最小,抗壓載荷高,磨損表面積最小;中應(yīng)力組居中。
　　結(jié)論:
　　在模擬人體口腔咬合運動的循環(huán)加載條件下,飾瓷材料的磨損行為呈現(xiàn)出以三階段為表征的摩擦學(xué)時間特性。在不同的磨損階