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齿科陶瓷的可加工性及其检测方法研究

作　者: 季璐
导　师: 张骋
学　校: 上海海洋大学
专　业: 应用化学
关键词: 齿科陶瓷可加工性磨削切削磨粒磨损模糊综合评判
分类号: TQ174.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

齿科陶瓷材料是指用于修补缺损牙齿或替代缺损、缺失的牙列,使其恢复解剖形态、功能和外观的各种材料,具有良好的生物相容性、在口腔环境中的化学稳定性,以及与自然牙相似的热导率和自然牙釉相似的磨损率,并具有美学性能,是应用非常广的一类生物陶瓷材料。陶瓷是典型的硬脆性难加工材料,由于陶瓷材料的高硬度和高脆性,被加工的陶瓷元件大多会产生各种类型的表面或亚表面损伤,这会导致陶瓷元件强度的降低,进而又限制了陶瓷材料更为广泛的应用。机械加工是陶瓷材料的主要加工方式,包括切削加工、钻削加工、磨削加工、研磨和抛光加工,其中磨削加工是目前已有加工方法中应用最多的一种。在陶瓷磨削加工过程中,材料去除主要基于以下几种去除机理：脆性去除、粉末化去除和塑性去除。作为材料设计与机械加工之间的连接纽带,材料的可加工性是研究陶瓷材料加工工艺性的基础性核心技术。陶瓷材料可加工性的影响因素有很多,除了加工方式、加工工件等外在因素外,材料的力学性能是影响材料可加工性的重要因素,包括硬度、断裂韧性、弹性模量、强度、韦伯模数和泊松比等。齿科陶瓷可加工性的检测在现有文献中所见不多。本文选取几种齿科修复陶瓷材料,包括氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、Empress长石瓷、Empress增韧白榴石、二矽酸锂增韧玻璃陶瓷(LDG),进行不同条件下的表面磨削试验和切削试验,对加工后的试样表面用表面粗糙度仪、光学显微镜和扫描电子显微镜进行观察、检测和分析,研究发现：金刚砂砂轮能获得较平整的加工表面,在其他条件一致的情况下,较高的砂轮转速和较长的磨削加工时间能获得较好的加工表面。再选取几种典型的齿科修复全瓷产品,包括玻璃渗透氧化铝陶瓷In-Ceram Alumina (CA-12)、玻璃渗透尖晶石陶瓷In Ceram Spinnell (CS-11)、精细钾长石MarkⅡ(I-12)、长石质瓷TriLuxe (TRI-12),用表面磨削、凹槽磨削、内圆切削、外圆切削、钻削进行加工试验,并在充分考虑CAD/CAM全瓷修复系统加工机理的基础上,以40目、80目和120目石英砂作磨损介质,进行磨粒磨损测试,测定磨损量,分析磨损表面形貌。经检测和分析表明：采用In-Ceram技术的预烧结的齿科修复陶瓷CA-12和CS-11具有较好的可加工性能,并可通过磨削加工获得较好的表面质量,而传统的长石质齿科修复陶瓷I-12和TRI-12则是切削加工的表面质量更好。磨粒磨损试验中80目石英砂既能获得较为平整的磨损表面形貌,又能保持稳定的流速。LDG的磨损量最大,且磨损量随磨损时间的增长有明显增幅,I-12和TRI-12的磨损量高于CA-12和CS-11, CS-11的磨损量明显是最小的,结合材料力学性能分析可知,在相同的工艺条件下进行磨损试验,硬度较高的材料磨损量较低,但磨损量也受材料本身脆性的影响,硬度相近的材料,脆性较大的磨损量也较大,也就是说,磨损量与材料的综合力学性能有关。CA-12-和CS-11两种预烧结齿科陶瓷在磨粒磨损试验后的表面形貌较为细致平整,I-12和TRI-12两种长石质齿科修复陶瓷在表面有较为明显的高低起伏,结合材料去除机理分析,I-12和TRI-12两种长石质瓷的材料去除方式主要是脆性断裂,石英砂具有锋利的棱角,锋锐的磨粒与材料表面产生刮磨的同时,与材料表面产生碰撞；CA-12和CS-11是粉末预烧结材料,材料去除方式是粉体延性滑动为主,磨粒与材料表面产生刮擦,材料以剪切切屑成形方式去除,材料磨损表面形貌更平整。LDG的磨损表面有明显的以裂纹和龟裂为主的表面损伤。本文选择在对样品进行分析的过程中,通过测定表面粗糙度以具体数值的形式较直观地表达材料加工表面的质量情况,也能很好地体现材料的加工性能,而这种评定材料加工性能的方式还未见有相关文献。根据以上对齿科精细陶瓷可加工性检测所积累的数据,结合显微结构的变化,分析陶瓷可加工性的机理,以材料物理、力学性能为依据,利用模糊综合评判法,建立齿科修复陶瓷材料可加工性的理论评判模型,为齿科修复陶瓷材料性能的综合评测提供理论基础。本文选择三个力学性能参数构成因素集,根据提出的评判方法,对几种典型齿科陶瓷材料的可加工性进行评价,并根据综合评价指标进行排序。结果表明,该方法的评判结果合理,评价方法简单实用,不仅能够很好的评判材料可加工性,也具有一定的理论指导价值。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章引言  11-27
  1.1 前言  11-12
  1.2 文献综述  12-24
    1.2.1 陶瓷材料简介  12
    1.2.2 齿科陶瓷材料  12-16
    1.2.3 陶瓷材料的加工  16-22
    1.2.4 陶瓷可加工性及评价  22-24
  1.3 论文研究内容和意义  24-27
    1.3.1 论文研究内容及创新点  24-25
    1.3.2 论文的目的和意义  25-27
第二章齿科陶瓷材料基本性能测定  27-35
  2.1 实验材料及设备  27
    2.1.1 实验材料  27
    2.1.2 实验设备  27
  2.2 实验步骤  27-29
    2.2.1 试样硬度和断裂韧性的测定  28
    2.2.2 试样物相组成的测定  28-29
  2.3 实验结果与讨论  29-34
    2.3.1 试样的硬度和断裂韧性  29-30
    2.3.2 试样物相组成的测定  30-34
  2.4 本章小结  34-35
第三章几种齿科全瓷修复材料的可加工性测试  35-52
  3.1 实验材料与设备  35
    3.1.1 实验材料  35
    3.1.2 实验设备  35
  3.2 实验原理与方法  35-40
    3.2.1 表面磨削试验  35-36
    3.2.2 凹槽磨削试验  36-37
    3.2.3 内圆切削试验  37
    3.2.4 外圆切削试验  37-38
    3.2.5 钻削试验  38
    3.2.6 磨粒磨损试验  38-40
  3.3 实验结果与讨论  40-50
    3.3.1 表面磨削加工试验  40-41
    3.3.2 凹槽磨削试验  41-42
    3.3.3 内圆切削试验  42-43
    3.3.4 外圆切削试验  43-45
    3.3.5 钻削试验  45-46
    3.3.6 磨粒磨损试验  46-50
  3.4 本章小结  50-52
第四章几种齿科陶瓷材料的可加工性测试  52-67
  4.1 实验材料及设备  52
    4.1.1 实验材料  52
    4.1.2 实验设备  52
  4.2 实验方法与原理  52-54
    4.2.1 磨削试验  52-53
    4.2.2 切削试验  53
    4.2.3 磨削、切削后试样表面观察  53-54
  4.3 实验结果与讨论  54-65
    4.3.1 磨削试验  54-63
    4.3.2 切削试验  63-65
  4.4 本章小结  65-67
第五章齿科陶瓷可加工性评价  67-73
  5.1 齿科陶瓷材料可加工性综合评价  67-71
    5.1.1 评判方法  67-68
    5.1.2 齿科陶瓷材料可加工性模糊综合评判  68-70
    5.1.3 齿科陶瓷材料可加工性评价结果及讨论  70-71
  5.2 齿科全瓷修复材料可加工性评价  71-72
  5.3 本章小结  72-73
第六章结论与展望  73-76
  6.1 结论  73-75
  6.2 展望  75-76
参考文献  76-80
致谢  80

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