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

1、修復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,在口腔修復領域應用十分廣泛。它常被熔附于金屬基底冠上制成金屬烤瓷修復體(PFM),或燒結至核瓷基底上形成雙層結構的全瓷修復體,用于改善基底冠的美學效果,使其成為既逼真美觀又堅固耐用的陶瓷修復體。在恢復口頜系統(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,使得修復體飾瓷層在反復的咬合運動過程中容易發(fā)生磨損,材料微觀結構上可能形

2、成組織損傷,進而導致裂紋發(fā)生及擴展,最終造成飾瓷層崩脫、斷裂,這一現(xiàn)象嚴重影響著修復治療效果,是目前臨床瓷修復體面臨的主要問題。
　　根據(jù)機械摩擦學理論可知,材料的摩擦磨損行為應符合摩擦學時間特性,即認為材料的磨損過程是隨時間動態(tài)發(fā)展的,且應當包含“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、相結合,無法全面了解和準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,烤瓷和全瓷修復體的飾瓷材料在組成成分以及機械力學性能方面較為相似,因此本實驗擬選用鈷鉻合金烤瓷修復體飾瓷作為飾瓷材料的代表,基于機械摩擦學中全面評價材料摩擦學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、驗及有限元應力分析法,探討不同應力條件下飾瓷材料的摩擦學時間特性,了解其磨損發(fā)展規(guī)律及微觀組織演變過程,以及不同應力大小對整個磨損行為的影響。為臨床合理設計和利用瓷修復體,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時間特性的研究:制作標準形態(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高應力組;10mm加載頭、350N中應力組;10mm加載頭、150N低應力組;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時間特性。
　　3、不同磨損階段飾瓷微觀組織結構及相關物理參數(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構、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,應力峰值由高逐漸降低。不同加載條件

7、下,應力峰值及其分布的變化趨勢相似。且當處于同一磨損程度時,4mm加載頭、350N載荷組應力值最高(高應力組);10mm加載頭、350N載荷組次之(中應力組);10mm加載頭、150N載荷組最低(低應力組)。
　　2、在240萬次循環(huán)加載過程中,不同應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、各應力組飾瓷材料的微觀組織結構、表面粗糙度均與其相應的磨損階段之間關系密切。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。各應力組飾瓷的微觀形貌及物理參數(shù)變化趨勢相似,但高應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;中應力組居中。
　　結論:
　　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時間特性。在不同的磨損階