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二次微波烧结Al2O3增韧ZrO2基齿科复合材料的性能及强韧化研究

二次微波烧结Al2O3增韧ZrO2基齿科复合材料的性能及强韧化研究

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作者：谢祥华南昌航空大学

学位级别：硕士

ZrO2陶瓷具有生物惰性、良好的生物相容性和高强韧性等特点,是一种新型的齿科修复材料,但由于硬度太大,难以加工,限制了它在牙科临床上的广泛应用。本文通过在ZrO2基体中添加不同含量的Al2O3,采用不同的烧结工艺制备成氧化锆基齿科复合... 详细信息

ZrO2陶瓷具有生物惰性、良好的生物相容性和高强韧性等特点,是一种新型的齿科修复材料,但由于硬度太大,难以加工,限制了它在牙科临床上的广泛应用。本文通过在ZrO2基体中添加不同含量的Al2O3,采用不同的烧结工艺制备成氧化锆基齿科复合材料。利用XR D、SEM+EDX、TEM等分析测试方法,观察了Al2O 3对氧化锆基齿科材料显微结构的影响;分析了不同烧结工艺对其性能的影响;探讨了Al2O3增韧氧化锆基齿科材料的强韧化机理。此外,为了实现牙科临床上的具体应用,还对该种材料的细胞相容性开展了测试与分析。研究结果表明:ZrO2在冷却的过程中会发生t→m的相变,添加的Al2O 3与基体ZrO2无化学反应,没有产生新相。适量Al2O3的加入提高了ZrO2基齿科材料的致密度、显微硬度、断裂韧性和抗弯强度,在Al2O3含量为7.5%时,综合性能相对较佳;纯3Y-TZP陶瓷的硬度和抗弯强度在烧结温度从1350°C升高至1550°C之间普遍下降,而7.5A l203-92.5ZrO2复相陶瓷的性能是先增加后降低,在1500°C时相对较好。随着保温时间的延长,两者性能都是先增后降,较佳的保温时间为30mi n。纯3Y-TZP陶瓷和7.5Al2O3-92.5ZrO2复相陶瓷的较佳一次低温烧结温度分别为900°C和950°C。试样经二次微波烧结后各项性能均优于二次常规烧结和一次微波烧结,7.5Al2O3-92.5ZrO2复相陶瓷经二次微波烧结后,其致密度为99.25%,显微硬度为13.09GPa,断裂韧性为11.62MPa·m1/2,抗弯强度为766.89MPa,相比纯3Y-TZP陶瓷,性能都得到提升;通过观察氧化锆晶粒内部的位错组态,纯3Y-TZP陶瓷的位错基本呈有规则的排列成行,7.5Al2O3-92.5ZrO2复相陶瓷的位错呈不规则随意网状分布,位错的运动会形成钉扎效应和位错塞积群,产生强化效果。ZrO2基齿科材料的强韧化机理主要是Al2O3弥散增韧、相变增韧、微裂纹增韧。小鼠成纤维细胞在氧化锆基齿科材料上培养24h、48h、96h后的细胞增值率均大于100%,细胞毒性为0级,符合安全要求。

关键词：二次微波烧结 Al2O3 氧化锆基齿科材料显微结构强韧化机理

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