纯钛烤瓷及钛表面改性对钛/瓷结合强度的影响

【摘要】： 本文针对制约钛烤瓷修复体应用的关键技术问题,对纯钛烤瓷及钛表面改性对钛/瓷结合强度的影响进行了系统的研究。研究结果表明,钛/瓷界面由靠近陶瓷一侧的反应层和钛表面氧化层组成,钛表面氧化层的形成,使钛/瓷界面处形成新的烤瓷玻璃相SiO2·TiO2,从而赋予界面一定的结合强度。烤瓷工艺参数(温度、时间、冷却速度)对钛/瓷界面组织和性能具有明显的影响。随着烤瓷温度的升高或时间的延长,反应层和氧化层均逐渐增厚,过厚的氧化层成为钛/瓷结合的薄弱区域。当烤瓷温度为800℃、时间为60s,缓慢冷却时,钛/瓷结合强度达到最大值(23.5MPa)。为了提高钛/瓷结合强度,对钛表面不同改性方法进行了细致的研究,结果表明,在烤瓷前对钛表面进行喷砂后磁控溅射适当厚度的Zr中间层,能有效的抑制钛表面过度氧化,钛/瓷结合强度达到29.7MPa,与喷砂后烤瓷相比,提高了20.2%。在烤瓷过程中,钛/瓷试样具有高的产生裂纹和气孔的敏感性,裂纹和气孔的分布特征对钛/瓷界面结合强度和陶瓷自身的强度有重要影响。通过FEMLAB建立钛/瓷试样的瞬态热-应力有限元模型。分析结果表明,钛/瓷试样在结合界面处存在较大的残余应力,当钛表面溅射较薄的Zr中间层后,烤瓷过程中形成的ZrO2能有效的缓和钛/瓷界面的变形失配,降低界面处残余应力的集中程度。有限元分析结果与试验结果基本一致。