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氧化锆对二硅酸锂玻璃陶瓷性能影响的研究

作　者: 刘梦蝶
导　师: 陈吉华; 高婧; 王富
学　校: 第四军医大学
专　业: 口腔临床医学
关键词: 氧化锆玻璃陶瓷抗弯强度断裂韧性半透性
分类号: R783
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

玻璃陶瓷是通过对基质玻璃的核化和晶化进行控制而制得的由晶相和玻璃相组成的复合材料。玻璃陶瓷特殊的光学特性，能够最大程度地模拟天然牙的光泽，是用于牙科修复体的理想材料之一。由于制得的二硅酸锂玻璃陶瓷展现了良好的力学强度，可以用于前牙固定桥的制作。本课题组在前期的研究中，通过研究二硅酸锂玻璃（SiO₂-Li2O-Al₂O₃–K₂O–P₂O₅系基质玻璃）的晶化机制，并应用高温烧结技术，成功制备了兼顾力学强度和光学半透性的实验二硅酸锂玻璃陶瓷（ELDC，Experimental LithiumDisilicate Glass-ceramic），该瓷是一种潜在的前牙美学修复材料。本课题的目的是在前期研究的基础上，通过在基质玻璃中添加不同质量分数的氧化锆，制备可用于牙科热压铸的氧化锆-二硅酸锂玻璃陶瓷复合物（ZLDCC），并探讨氧化锆的添加对复合物微观结构和力学性能的影响及作用机制，评价氧化锆添加对玻璃陶瓷半透性的影响，为实验二硅酸锂玻璃陶瓷的临床应用提供实验基础。本课题分为三个实验：实验一：分析添加不同质量分数的氧化锆对氧化锆-二硅酸锂玻璃陶瓷复合物（ZLDCC）复合材料力学性能和微观结构的影响及作用机制。在实验二硅酸锂玻璃陶瓷（ELDC）中添加不同质量分数的氧化锆（0%，1%，2%，3%，4%），经冷等静压及晶化热处理，测试试件三点弯曲强度和断裂韧性；扫描电子显微镜观察晶体微观结构；X线衍射分析物相组成。结果显示，随着氧化锆含量的增加，氧化锆-二硅酸锂玻璃复相陶瓷的弯曲强度和断裂韧性都随之提高，当氧化锆添加量为4%时，挠曲强度和断裂韧性达到最大值（239.05±12.56MPa和3.34±0.56MPa.m1/2），ZrO₂-0%和ZrO₂-4%组之间弯曲强度存在显著的统计学差异（P<0.05）。各组复相陶瓷中晶体均成各向异性排列，形成互锁微结构；氧化锆的添加对复相陶瓷物相组成无显著影响。实验二：将牙科氧化锆-二硅酸锂玻璃陶瓷复合材料（ZLDCC）进行热压铸处理，测定热压铸后复相陶瓷的力学性能，分析氧化锆的添加及热压铸处理对复相陶瓷力学性能的影响。将添加不同质量分数氧化锆（0%，1%，2%，3%，4%）的复相陶瓷，经晶化热处理后再进行热压铸处理，测定试件弯曲强度和断裂韧性，观察微观结构并分析物相组成。结果显示，热压铸后复相陶瓷的挠曲强度随氧化锆质量分数的增加而降低；而断裂韧性随之增加，当氧化锆添加量为4%时，玻璃陶瓷的断裂韧性达最大值（4.30±0.51MPa.m1/2）。并且压铸后ZrO₂-4%组与压铸后ZrO₂-0%、压铸前ZrO₂-0%、 ZrO₂-1%、 ZrO₂-2%、ZrO₂-3%组断裂韧性存在统计学差异（P<0.05）。热压铸后复相陶瓷的晶相组成未发生变化，均以二硅酸锂晶体为主晶相。微观结构分析显示热压铸后晶体沿压铸方向呈现出一定的定向排列趋势。实验三：分析氧化锆的添加对氧化锆-二硅酸锂复相陶瓷半透性的影响。将添加不同质量分数氧化锆的复相陶瓷进行晶化热处理，随后，半数玻璃陶瓷应用热压铸工艺处理，最后将所有制备好的试件，采用分光光度计进行L^*a^*b^*值的测量，并计算各组试件的TP值。结果显示，随氧化锆含量的增加，复相陶瓷的TP值出现先增高，又降低趋势，在氧化锆添加量为1%时达到最高。这表明氧化锆的添加在一定范围内可以提高实验陶瓷的半透性。本研究中，将ZrO₂加入实验二硅酸锂玻璃陶瓷中，用于提高实验玻璃陶瓷的力学性能被证实可行。氧化锆自身的晶相转变，可以产生应力诱导，提高复合陶瓷的断裂韧性，且氧化锆的添加并不影响玻璃陶瓷的晶相组成；一定范围内的氧化锆添加量，还可以提高实验玻璃陶瓷的半透性。

氧化锆对二硅酸锂玻璃陶瓷性能影响的研究

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