【摘 要】
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微晶玻璃具有较好的力学性能、较高的耐磨损性能和化学稳定性能,在航空航天、建筑材料、生物医学等领域有着广阔的发展前景。齿科微晶玻璃还因其较好的美观性和良好的生物相容性,在齿科修复领域具有较大的应用潜力。其中氟磷灰石微晶玻璃具有与天然牙釉质相似的针状晶体结构,生物相容性较好,因此常作为饰瓷被广泛应用在齿科临床修复中。当微晶玻璃应用在齿科修复领域时,通常对其力学性能和摩擦学性能的要求较高。但是,氟磷灰石
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微晶玻璃具有较好的力学性能、较高的耐磨损性能和化学稳定性能,在航空航天、建筑材料、生物医学等领域有着广阔的发展前景。齿科微晶玻璃还因其较好的美观性和良好的生物相容性,在齿科修复领域具有较大的应用潜力。其中氟磷灰石微晶玻璃具有与天然牙釉质相似的针状晶体结构,生物相容性较好,因此常作为饰瓷被广泛应用在齿科临床修复中。当微晶玻璃应用在齿科修复领域时,通常对其力学性能和摩擦学性能的要求较高。但是,氟磷灰石微晶玻璃的强度较低,在作为齿科修复材料使用过程中会出现崩瓷、磨损过度等现象,会加速义齿的失效。为了解决这些问题,本文借助立体光固化3D打印技术,在不同激光功率和扫描速度下制备了氟磷灰石微晶玻璃,对其物理性能、力学性能及摩擦学性能进行了深入的研究;根据磨损表面形貌分析了其磨损机理,并利用有限元法对材料的实际使用性能进行评价。采用熔融法制备了氟磷灰石微晶玻璃基础粉末,将其与树脂预混液混合均匀,制备出不同固含量的浆料,并对其粘度进行测试。结果发现,固含量在76 wt.%时,粘度为3276 m Pa·s,当固含量增加到80 wt.%时,粘度达到了6315 m Pa·s。粘度过大不利于微晶玻璃坯体成型,因此选择固含量为76 wt.%的浆料进行3D打印。通过立体光固化3D打印技术,在不同激光功率和扫描速度下制备出氟磷灰石微晶玻璃坯体。由于坯体的强度较低,需要进行脱脂-烧结处理。采用热重分析法,得到TG-DSC曲线。根据TG-DSC曲线,将脱脂阶段分为初期、中期和后期三个阶段,最终确定脱脂完成的温度为550℃。通过观察在不同烧结温度下试样的表面显微组织,并对其进行物相分析,确定最终的烧结温度为1000℃。探究了在不同激光功率和扫描速度下制备氟磷灰石微晶玻璃的物理与力学性能,用维氏显微硬度仪、电子万能试验机分别测试了试样的维氏显微硬度和抗弯强度,并根据测得的数据计算出弹性模量。研究结果表明,在激光功率为55 m W、扫描速度为2000mm/s时制备的试样性能最好,维氏显微硬度为772.05 HV,抗弯强度为205.97 MPa,弹性模量为97.06 GPa。探究了不同激光功率和扫描速度下制备氟磷灰石微晶玻璃在干摩擦和人工唾液环境下的摩擦学性能,并根据磨损形貌分析了其磨损机理。结果表明,无论是在干摩擦状态还是人工唾液环境中,所有试样均发生了氧化磨损。在干摩擦环境下,试样的磨损机制为黏着磨损和疲劳磨损;在人工唾液环境下,试样的主要磨损形式为磨粒磨损,并伴随着轻微的黏着磨损。为了分析氟磷灰石微晶玻璃义齿的应力分布情况及使用强度,建立了义齿的三维简化模型。利用有限元法分析了义齿在咀嚼过程中接触面积最大时的应力分布情况,并对比了氟磷灰石微晶玻璃作为饰瓷和单层冠时的受力情况。
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