新型玻璃渗透多孔3Y-TZP陶瓷全瓷齿科材料的制备与性能研究

摘要

全瓷齿科材料不仅具有优越的生物相容性、良好的耐磨损性，而且具有独特的美学性能，因而成为齿科修复材料研究和开发的重点。但陶瓷是脆性材料，其质硬且难于加工，从而限制了其临床应用。然而，随着玻璃渗透技术出现，全瓷齿科材料的临床应用得到进一步发展。目前，基于渗透技术的氧化铝/玻璃、尖晶石/玻璃渗透复合材料研究得比较深入，其力学性能已很难再进一步大幅提高。相变增韧的氧化锆材料具有优越的力学性能，以其为基体的渗透复合材料的力学性能具有很好的发展潜力。
　　 本论文使用具有多粒径尺寸分布的3 mol％钇稳定的四方相氧化锆(3Y-TZP)粉体作为原料，制备得到孔隙率变化范围为9.8%～40.8%的多孔3Y-TZP陶瓷基体，研究了预烧温度及成型压力对3Y-TZP陶瓷基体性能的影响。论文中得到了具有良好力学性能及合适气孔率的陶瓷基体，该基体具有较好的可切削加工性能。
　　 实验研究了不同配方的磷酸盐玻璃、镧铝硅玻璃及镁铝硅玻璃，根据不同配方玻璃的熔融范围及力学性能的变化规律，确定了最佳配方的磷酸盐玻璃、镧铝硅玻璃及镁铝硅玻璃作为渗透用玻璃。将自制的玻璃对3Y-TZP陶瓷基体进行渗透，研究了基体成型压力对渗透复合体性能的影响，以及渗透保温时间对3Y-TZP/玻璃气孔率与力学性能的影响，确定了完全渗透所需的保温时间。
　　 对具有较低渗透温度的磷酸盐玻璃渗透3Y-TZP陶瓷基体研究发现，磷酸盐玻璃中加入适当的ZrO2和Y2O3可有效的提高玻璃在渗透过程中与3Y-TZP陶瓷基体的化学相容性。所得磷酸盐玻璃在1100℃下对基体进行渗透3h，得到几乎完全致密的渗透复合体。磷酸盐玻璃渗透所得复合体具有良好的“净尺寸”成型能力，其渗透过程收缩率低于0.1%。它的力学性能较基体有较大幅度的提高，但力学性能未能达到临床应用要求。
　　 为了得到具有更高力学性能的渗透复合材料，本文对各方面性能均较好的镧铝硅玻璃进行了渗透3Y-TZP基体的研究。所得镧铝硅玻璃在1200℃下对3Y-TZP基体进行渗透4h，陶瓷基体中气孔几乎被玻璃所填充，所得复合体弯曲强度和断裂韧性分别达到了710MPa和6.5MPa·m1/2，且渗透过程中收缩率仅为0.3%。所得复合体各项性能均达到临床应用的要求。
　　 将具有较高力学性能的镁铝硅玻璃进行渗透3Y-TZP基体，1200℃下渗透6h后，基体中的气孔几乎都被玻璃所填充，渗透复合体的弯曲强度和断裂韧性分别达到了441MPa和5.9MPa·m1/2，其渗透过程中收缩率为0.6％。