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以钙云母为主相的高强度可切削牙科微晶玻璃的研究

李红  
【摘要】: 可切削微晶玻璃因其可用常规工具加工而倍受注目。在医学领域,此类材料和CAD/CAM加工技术结合,可迅速完成牙修复体的制作,被称为口腔修复体制作工艺的一次革命。目前,临床采用的微晶玻璃由于强度低,只能用作贴面和嵌体,不能用于要求强度高的桥冠修复。 在牙科常用的云母基可切削微晶玻璃中,云母结构中四面体—八面体—四面体间的弱连接是导致材料强度低的主要原因。针对此问题,我们通过材料设计和计算,采用Ca~(2+)替代部分K~+,可成倍增强云母结构中的结合力,提高云母晶体自身的强度;同时掺杂氧化锆来增强和增韧,可制得高强度可切削微晶玻璃。本研究对以钙云母为主相的可切削微晶玻璃的制备工艺、结构特点、增强增韧机理及力学性能、加工性能和初步的生物学性能进行了较系统的研究。 本论文探讨了CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2-F系氟硅酸盐微晶玻璃的析晶机理。首次在此体系发现了球晶,球晶的形成、生长和演变是本体系不同于其它云母体系的晶化形式;外延生长也是主要的析晶方式。K~+促进了云母相基本基团[AlSiO_3]的形成;氧化锆促使板条形云母晶体的形成。非等温和等温结晶实验证明钙云母晶体的生长过程受界面跃迁过程控制。 本论文分析了相组成和显微结构对力学性能的影响及其增强增韧机理。含有大量细小板条形钙云母晶体的微晶玻璃,强度较高。微晶玻璃的断裂韧性随云母晶粒长径比的提高而提高,且存在有多种增韧作用:t-ZrO_2相变增韧、裂纹偏转增韧、晶粒类似脱粘纤维的增韧作用。首次以短纤维桥联作用临界长径比模型,论述云母基微晶玻璃的增强机理,计算出临界长径比;晶粒长径比大 于8,晶体可通过裂纹偏转、晶粒补强增韧使材料具有良好的力学性能。以残 余应力模型分析基体和颗粒间的应力状态,应用裂纹偏转理论,讨论不同长径 比晶粒的增韧效果。实验中发现晶体长径比大时,以晶粒类似脱粘纤维的增韧 作用为主。 按材料特点设计组成,采用二步法热处理,制得了国内未见报道的以钙云 矿 母为主相的微晶玻璃,强度高达 235MPa,断裂韧性最高 2.17MPa.m“\ 高于 目前临床所用的材料。此材料具有良好的可切削性,并用CAD/CAM系统成功地。 加工了牙冠。初步的生物学评价表明,材料具有良好的生物相容性和抗腐蚀性。 以钙云母为主相的微晶玻璃的CAD/CAM加工和生物学评价未见文献报道。


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