齒科陶瓷的可加工性及其檢測方法研究.pdf

1、齒科陶瓷材料是指用于修補缺損牙齒或替代缺損、缺失的牙列，使其恢復(fù)解剖形態(tài)、功能和外觀的各種材料，具有良好的生物相容性、在口腔環(huán)境中的化學(xué)穩(wěn)定性，以及與自然牙相似的熱導(dǎo)率和自然牙釉相似的磨損率，并具有美學(xué)性能，是應(yīng)用非常廣的一類生物陶瓷材料。陶瓷是典型的硬脆性難加工材料，由于陶瓷材料的高硬度和高脆性，被加工的陶瓷元件大多會產(chǎn)生各種類型的表面或亞表面損傷，這會導(dǎo)致陶瓷元件強度的降低，進而又限制了陶瓷材料更為廣泛的應(yīng)用。機械加工是陶瓷材料的主

2、要加工方式，包括切削加工、鉆削加工、磨削加工、研磨和拋光加工，其中磨削加工是目前已有加工方法中應(yīng)用最多的一種。在陶瓷磨削加工過程中，材料去除主要基于以下幾種去除機理：脆性去除、粉末化去除和塑性去除。作為材料設(shè)計與機械加工之間的連接紐帶，材料的可加工性是研究陶瓷材料加工工藝性的基礎(chǔ)性核心技術(shù)。陶瓷材料可加工性的影響因素有很多，除了加工方式、加工工件等外在因素外，材料的力學(xué)性能是影響材料可加工性的重要因素，包括硬度、斷裂韌性、彈性模量、強度

3、、韋伯模數(shù)和泊松比等。齒科陶瓷可加工性的檢測在現(xiàn)有文獻中所見不多。 本文選取幾種齒科修復(fù)陶瓷材料，包括氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、Empress長石瓷、Empress增韌白榴石、二矽酸鋰增韌玻璃陶瓷（LDG），進行不同條件下的表面磨削試驗和切削試驗，對加工后的試樣表面用表面粗糙度儀、光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡進行觀察、檢測和分析，研究發(fā)現(xiàn)：金剛砂砂輪能獲得較平整的加工表面，在其他條件一致的情況下，較高的砂輪轉(zhuǎn)速和較長的磨削加工時間能

4、獲得較好的加工表面。再選取幾種典型的齒科修復(fù)全瓷產(chǎn)品，包括玻璃滲透氧化鋁陶瓷In-Ceram Alumina（CA-12）、玻璃滲透尖晶石陶瓷In Ceram Spinnell（CS-11）、精細鉀長石MarkⅡ（I-12）、長石質(zhì)瓷TriLuxe（TRI-12），用表面磨削、凹槽磨削、內(nèi)圓切削、外圓切削、鉆削進行加工試驗，并在充分考慮CAD/CAM全瓷修復(fù)系統(tǒng)加工機理的基礎(chǔ)上，以40目、80目和120目石英砂作磨損介質(zhì)，進行磨粒磨損測

5、試，測定磨損量，分析磨損表面形貌。經(jīng)檢測和分析表明：采用In-Ceram技術(shù)的預(yù)燒結(jié)的齒科修復(fù)陶瓷CA-12和CS-11具有較好的可加工性能，并可通過磨削加工獲得較好的表面質(zhì)量，而傳統(tǒng)的長石質(zhì)齒科修復(fù)陶瓷I-12和TRI-12則是切削加工的表面質(zhì)量更好。磨粒磨損試驗中80目石英砂既能獲得較為平整的磨損表面形貌，又能保持穩(wěn)定的流速。LDG的磨損量最大，且磨損量隨磨損時間的增長有明顯增幅，I-12和TRI-12的磨損量高于CA-12和CS-

6、11，CS-11的磨損量明顯是最小的，結(jié)合材料力學(xué)性能分析可知，在相同的工藝條件下進行磨損試驗，硬度較高的材料磨損量較低，但磨損量也受材料本身脆性的影響，硬度相近的材料，脆性較大的磨損量也較大，也就是說，磨損量與材料的綜合力學(xué)性能有關(guān)。εA-12和CS-11兩種預(yù)燒結(jié)齒陶瓷在磨粒磨損試驗后的表面開貌較為細致平整，I-12和TRI-12兩種長石質(zhì)齒科修復(fù)陶瓷在表面有較為明顯的高低起伏，結(jié)合材料去除機理分析，I-12和TRI-12兩種長石質(zhì)

7、瓷的材料去除方式主要是脆性斷裂，石英砂具有鋒利的棱角，鋒銳的磨粒與材料表面產(chǎn)生刮磨的同時，與材料表面產(chǎn)生碰撞；CA-12和CS-11是粉末預(yù)燒結(jié)材料，材料去除方式是粉體延性滑動為主，磨粒與材料表面產(chǎn)生刮擦，材料以剪切切屑成形方式去除，材料磨損表面形貌更平整。LDG的磨損表面有明顯的以裂紋和龜裂為主的表面損傷。本文選擇在對樣品進行分析的過程中，通過測定表面粗糙度以具體數(shù)值的形式較直觀地表達材料加工表面的質(zhì)量情況，也能很好地體現(xiàn)材料的加工性

8、能，而這種評定材料加工性能的方式還未見有相關(guān)文獻。根據(jù)以上對齒科精細陶瓷可加工性檢測所積累的數(shù)據(jù)，結(jié)合顯微結(jié)構(gòu)的變化，分析陶瓷可加工性的機理，以材料物理、力學(xué)性能為依據(jù)，利用模糊綜合評判法，建立齒科修復(fù)陶瓷材料可加工性的理論評判模型，為齒科修復(fù)陶瓷材料性能的綜合評測提供理論基礎(chǔ)。本文選擇三個力學(xué)性能參數(shù)構(gòu)成因素集，根據(jù)提出的評判方法，對幾種典型齒科陶瓷材料的可加工性進行評價，并根據(jù)綜合評價指標進行排序。結(jié)果表明，該方法的評判結(jié)果合理，評