氧化锆全瓷桥饰瓷与基底瓷厚度对修复体强度与疲劳寿命的影响

摘要

全瓷修复体因其优异的美观性和良好的生物相容性，已成为口腔固定修复的常用材料。为了实现全瓷修复体与天然牙色彩的匹配，全瓷修复体需要通过强度较高的基底瓷与强度相对较低但与牙齿颜色相近的修饰瓷两部分烧结来完成。由于饰瓷与基底瓷材料力学特性不同，修复体完成后饰瓷与基底瓷之间就形成了薄弱的结合界面，加之全瓷材料脆性较大，不当的制作过程和过大的咬合力都会造成全瓷修复体的折断和损坏。提高全瓷材料性能和改进修复体制作过程一直是近年来口腔修复学研究的热点，特别是对于承担较大咬合力的后牙固定修复成为大家关注的焦点。
　　在后牙全瓷桥的制作过程中，现在临床常采用二氧化锆全瓷材料进行修复，在修复体制作过程中首先依据临床制取的模型形态，通过 CAD/CAM系统切削出氧化锆基底部分，然后在其表面烧结不同类型和颜色的修饰瓷，烧结完成后还要冷却至室温才完成修复体的制作，因此，饰瓷的特性将会影响修复体的强度。为了分析后牙氧化锆全瓷桥强度及其疲劳寿命，本实验依据全瓷修复体要求制作完成了不同厚度饰瓷与基底瓷的三组氧化锆全瓷桥修复体，依据修复体的形态与结构建立了相应不同厚度饰核瓷氧化锆后牙全瓷桥三维有限元模型。研究饰核瓷厚度对全瓷修复体界面应力分布的影响，采用温度-位移耦合法模拟全瓷修复体烧结饰瓷后的冷却过程，分析饰瓷与核瓷结合界面处残余应力的分布和咬合力作用下后牙全瓷桥应力分布状况。研究了饰瓷不同热膨胀系数和弹性模量对不同厚度结构的氧化锆全瓷桥界面结合力的影响。将模拟计算结果与不同厚度全瓷修复体静态破坏试验研究结果进行比较，分析修复体制作和使用过程中的影响因素。在上述实验条件下通过 Ncode Designlife疲劳分析软件进行疲劳寿命分析，预测不同厚度结构的后牙氧化锆固定桥可能的使用时间，为后牙全瓷桥的制作提供理论依据。
　　本研究包括以下三部分实验:
　　1.不同厚度饰核瓷氧化锆后牙全瓷桥的制作及其有限元模型的建立
　　将右上第一磨牙缺失的标准模型，以第二前磨牙和第二磨牙为基牙，按照氧化锆全瓷桥制作要求进行基牙预备、代型制作、基底切削、饰瓷烧结、修形和上釉，完成三组饰核瓷厚度比分别为1:2、1:1和2:1的后牙氧化锆全瓷桥。三组修复体牙合面厚度均为2mm，冠周厚度均为1.5mm，颈缘肩台厚度均为1mm。在三维有限元模型建立过程中，首先用WIELAND ZENOTEC Scan S100对模型的基底和修复体表面进行三维扫描，分别形成基牙和修复体的表面形态。在Geomagic Studio11.0软件中精修细化三组不同厚度基底和修复体模型后转化成 NURBS曲面，最后将模型导入CATIA软件中，形成三组不同厚度饰核瓷氧化锆后牙全瓷桥三维实体模型。将实体模型导入ABAQUS软件最终完成了三组不同厚度饰核瓷氧化锆后牙全瓷桥有限元模型。
　　研究结果表明：本实验依据全瓷修复体制作过程构建了右上第一磨牙缺失，第二前磨牙和第二磨牙为基牙的氧化锆全瓷桥修复体及其相对应的有限元模型，对三组模型进行有限元分析，所建有限元模型能较好的模拟口腔内全瓷桥的受力及变化情况，为后续实验奠定基础。
　　2.氧化锆后牙全瓷桥饰核瓷结合强度的研究
　　利用第一部分实验建立的右上第一磨牙缺失，第二前磨牙和第二磨牙为基牙的氧化锆全瓷桥有限元模型，通过ABAQUS对模型进行分析，模拟氧化锆后牙全瓷桥烧结冷却后和在咬合力的作用下，不同厚度饰核瓷氧化锆后牙全瓷桥应力分布。分析饰瓷弹性模量和热膨胀系数的变化对界面应力、残余应力和加载咬合力后修复体应力分布的影响。将在有限元中的模拟计算结果与不同厚度全瓷修复体静态破坏试验研究结果进行比较分析。
　　研究结果表明：不同厚度饰核瓷氧化锆后牙全瓷桥，应力分布主要在固位体冠边缘和连接体饰瓷与基底界面处，随着饰瓷厚度的增加，界面应力值逐渐增大。在修复体冷却过程中，当饰瓷与基底瓷热膨胀系数差异增大时，饰瓷与基底结合界面处残余应力逐渐增大。改变饰瓷弹性模量，随着饰瓷弹性模量增大，不同厚度饰核瓷氧化锆后牙全瓷桥结合界面的应力值也随之增大。修复体静力破坏实验结果表明：在三组不同厚度饰瓷与基底瓷氧化锆全瓷桥中，1:2组饰瓷的结合强度和所承受的破坏载荷都比其他两组高。
　　3.不同厚度饰核瓷氧化锆后牙全瓷桥疲劳寿命分析
　　利用第一部分实验二所建立的模型和应力分析结果，将三组不同厚度饰核瓷氧化锆后牙全瓷桥的有限元计算结果ODB文件分别导入Ncode Designlife疲劳分析软件，模拟分析不同厚度氧化锆全瓷桥在咬合力的作用下的疲劳寿命。
　　研究结果表明：随着饰瓷厚度的增加，氧化锆全瓷桥的疲劳寿命也随之减少，表明饰瓷与基底瓷的厚度比对氧化锆全瓷桥的疲劳寿命有着重要的影响。

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前言

文献回顾

1 固定义齿及其修复材料

2 牙科全瓷材料的研究

3全瓷材料疲劳寿命研究进展

小 结：

第一部分 不同厚度饰核瓷氧化锆后牙全瓷桥的制作及其有限元模型的建立

实验一 不同厚度饰核瓷氧化锆后牙全瓷桥的制作

实验二 不同厚度饰核瓷氧化锆后牙全瓷桥有限元模型的建立

第二部分 氧化锆后牙全瓷桥饰核瓷结合强度的研究

实验一 饰核瓷厚度对氧化锆全瓷桥饰核瓷结合强度的影响

实验二 热膨胀系数对氧化锆全瓷桥饰核瓷结合强度的影响

实验三 弹性模量对氧化锆全瓷桥饰核瓷界面应力分布的影响

实验四 不同厚度饰核瓷氧化锆全瓷桥静力破坏实验

第三部分 不同厚度饰核瓷氧化锆后牙全瓷桥疲劳寿命分析

1 材料

2 方法

3 结果

4 讨论

5 结论

小结

参考文献

个人简历和研究成果

致谢