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新型牙科微晶玻璃材料的初步研制

刘晓秋  
【摘要】:陶瓷修复材料是最自然逼真的牙体组织人工替代材料。除了它的美学性能之外,它还有其他许多优良的性能,比如生物相容性,化学耐久性,蚀刻粘接性,低导热性,X射线透射性等,使它倍受医生和患者的青睐。自20世纪初第一个全瓷冠问世,人们就展开了对全瓷修复材料的不断研制,并将各种全瓷修复材料体系相继推入市场。 20世纪60年代烤瓷熔附金属(PFM)修复技术将金属基底的强度和陶瓷的美学性能结合在一起,使其在临床上被广泛地应用,但是正因为它的基底结构是金属,光线不能在该层结构中传导,直接影响了修复体的透光性,使其缺乏天然牙的活力;同时金属基底合金中的金属离子不仅能使瓷修复体颜色改变,而且部分患者对金属有过敏反应。上述原因更激发了口腔修复工作者对全瓷牙体修复材料开展深入细致的研究。机械性能不足是限制全瓷修复材料广泛应用于口腔修复临床的主要原因,为此,探索各种方法强化全瓷修复材料是齿科修复材料研究者非常关心的问题。 微晶玻璃是通过玻璃的受控结晶而形成的具有微小晶体(10μm)和残余玻璃相所组成的复合体。由于可控的玻璃晶化,使其性能在一定范围内具有更调性。由于微晶玻璃的许多优异性能,它已经在很多领域得到了应用和发展;而且因为具有生物相容性,微晶玻璃也被应用于生物医学领域,这就为牙科修复材料开辟了一条更广阔的研究领域。全瓷牙体修复材料一个突出的优点就是它具有一定的透光性,微晶玻璃材料因为晶体细小 WP=102 且与玻璃相的折射率差可调,所以更适合作为全瓷牙体修复材料,目前将微晶玻璃用于牙体修复的一个关键问题就是如何提高微晶玻璃材料的力学性能,同时兼顾美观,从而全面推进该种材料在口腔临床牙体修复中的应用范围。本研究以二硅酸锂微晶玻璃为基本体系,采用差热分析技术、X射线衍射分析,扫描电子显微镜和各种理化性能测试来确定二硅酸锂微晶玻璃的热处理制度,研究不同组成对其各种性能的影响,探讨不同的热处理时间和温度对二硅酸锂晶体生长过程的影响,目前国内外未见有此类研究的报道。 本研究得出如下结论: 1.采用熔融法制备微晶玻璃,熔融温度过间为1500℃—1550℃,热处理温度范围为510℃—850℃,可以获得主晶相为二硅酸锂,具有棒状晶体的微晶玻璃。 2.氧化锆在Li20-Si02玻璃体系的熔融溶解度介于10wt%—15wt%之间。 3.五氧化二磷是Li20-Si02体系的有效成核剂,加入五氧化二磷后,二硅酸锂微晶玻璃由表面析晶为主转变为以整体析晶为主,它能够降低玻璃转变温度析晶温度,并提高成核率。 4.随着五氧化二磷的增加,二硅酸锂成核的界面能降低,晶相中的硅酸锂相减少;加入4.5wt%含量的五氧化二磷时,微晶玻璃以二硅酸锂为主晶相,其次还含有少量的石英,方石英,磷酸锂,没有硅酸锂相。 5.由于改变了晶液界面能,随着五氧化二磷的增加,二硅酸锂的晶体尺寸减少,长径比增加,晶体的形态由球晶变成细长棒状的晶体。 6.增加五氧化二磷的含量可以提高二硅酸锂微晶玻璃的密度、热膨胀系数,强度和断裂韧性,降低显微硬度,对化学稳定性无明显影响。 7.五氧化二磷含量为6wt%时,与Li20-Si02玻璃体系不混熔,玻璃中析出磷酸锂、硅酸锂和二硅酸锂晶体,使玻璃失透。 8.不含氧化钾的二硅酸锂微晶玻璃由于晶化时的应力无法释放,使微晶玻璃出现裂纹,导致热膨胀系数、强度和韧性的明显降低。 9.随着氧化钾含量的提高降低了熔体的粘度,使Li20—Si02体系玻璃的转变温度降低,同时降低了二硅酸锂微晶玻璃的密度和硬度,对化学稳定性无明显影响。 WP=103 10.添加氧化锆,采用熔融法制备的二硅酸锂微晶玻璃中并没有析出氧化锆晶体,无法通过氧化锆晶体来提高材料的力学性能。 12.氧化锆的加入提高了Li20—Si02体系玻璃的转变温度和析晶温度。 11.添加氧化锆含量,使主晶相为二硅酸锂的微晶玻璃中出现硅酸锂;并随着氧化锆含量的增加,硅酸锂含量增加;并且使二硅酸锂晶体的形态由长棒状变为短棒状或椭圆形的片层状。 15.氧化锆增加含量使二硅酸锂微晶玻璃的密度和硬度提高,热膨胀系数减小,而对化学稳定性无明显影响。 16.氧化锆不能单独作为Li20—Si02玻璃体系的成核剂促进成核。 17.综合比较各种配方的微晶玻璃,含有4.5wt%五氧化二磷和5.3wt%氧化钾的二硅酸锂微晶玻璃具有理想的性能,它的强度和韧性分别达到了285.6MPa和2.44MPa·m1/2,优于临床应用的微晶玻璃,同时具有一定的透光性。 18.根据晶体生长的动力学分析,二硅酸锂的生长受界面过程控制。


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