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创先职称论文发表网 全瓷冠Shofu长石质陶瓷疲劳可靠性研究 摘要：工业生产中,材料或结构的疲劳损坏是其主要失效形式,因此材料或结构的疲劳强度和疲劳寿命是其强度和可靠性研究的主要内容之一。在医学上，牙齿的缺损和损失的治疗手段，至今仍然是以各种天然材料和人工材料去恢复被破坏部分的形态和功能。在牙科修复材料的应用中，陶瓷因其良好的性能而占有很重要的地位。因此，陶瓷材料的疲劳特性是一个需要重新认识并认真研究的课题。本文研究的目的在于运用疲劳可靠性的理论和方法，建立牙科陶瓷疲劳可靠性性能评价的方法体系。本文对医学上常用的牙科修复材料Shofu长石质陶瓷进行疲劳可靠性研究。根据赫兹接触理论来描述和模拟修复体在口腔内的受力情况。通过对材料进行赫兹接触疲劳试验得到不同载荷下的寿命，根据赫兹接触理论计算出不同应力下的寿命。利用最小二乘法原理拟合Shofu长石质陶瓷材料的中值应力—寿命曲线，即 S-N曲线。对同一应力水平下的疲劳寿命进行正态性检验，证明了修复体的疲劳寿命服从对数正态分布，在此基础上计算了不同可靠度的P-S-N曲线。应用文中的数值计算方法可以计算Shofu长石质陶瓷在任意可靠度下的P-S-N曲线估计方程，对Shofu长石质陶瓷使用P-S-N曲线估计方程可以直接计算任意可靠度下不同应力的疲劳寿命，对修复体制定设计规范和安全寿命评估提供了理论计算基础。 关 键 词：全瓷冠Shofu；长石质陶瓷疲劳可靠性；P-S-N曲线 ????? 一、本文工程背景介绍????? 工业生产中,材料或结构的疲劳损坏是其主要失效形式,因此材料或结构的疲劳强度和疲劳寿命是其强度和可靠性研究的主要内容之一。在医学上，口腔修复体的优化设计和预期使用寿命一直是口腔修复学的重要研究内容。传统上，衡量陶瓷材料力学性能优劣的主要指标是强度和韧度。但是作为一种结构材料，为了能保证其安全、可靠、有效地加以运用，必须对它的疲劳特性有较为深入的了解。由于陶瓷是脆性材料，没有塑性变形能力，而鉴于塑性变形在金属疲劳中所起的至关重要的作用，许多人便认为没有塑性变形就不可能有疲劳，???而长期忽视了对陶瓷材料疲劳特性的研究。近年来，随着陶瓷韧化及复合技术的发展，用高性能陶瓷材料制成的结构部件日益广泛的得到应用，如何评价这些部件的可靠性，预测其寿命，就成为亟待解决的问题。牙齿的缺损和损失是一种常见的既影响人们健康又影响美容美观的创伤，而治疗手段至今仍然主要是以各种天然材料和人工材料去恢复被破坏部分的形态和功能。目前，临床上使用的人工冠桥修复材料主要有以固化树脂为代表的高分子材料、金属材料和金属基烤瓷材料。在口腔这个潮湿、温度变化频繁、多种酶和微生物存在的环境中，高分子材料冠桥容易老化、变形、脱色；金属容易腐蚀、溶解，具有潜在的细胞毒性且不美观；金属基烤瓷材料则存在烤瓷层易碎裂、脱落等问题。生物陶瓷由于具有生物相容性良好、物理化学性能稳定、力学强度高、色泽美观自然且牙菌斑不易附着等优点，近年来成为牙科冠桥修复的重要材料，因为具有与天然牙相似的色泽和热膨胀系数，它还被认为是最逼真的牙体组织人工替代材料。陶瓷材料应用于口腔修复，开始于19世纪中期，自1903年第一个全瓷冠问世以来，牙科全瓷冠桥修复材料的研究和开发就成为口腔材料研究的重要内容。在牙科材料的应用中，陶瓷因其具有与天然牙相似的色泽和半透明性，生物相容性、抗腐蚀、老化以及耐磨损性能良好而占有很重要的地位。这些性能尤其是其美学性能是牙科金属、塑料和树脂所无法比拟的，随着人们审美需求的不断提高，全瓷冠桥修复体越来越受到患者和口腔工作者的青睐，全瓷修复已发展成为当今口腔固定修复的主要趋势之一。陶瓷材料具有离子键或共价键的晶粒构成的多晶烧结体。其物质结构决定了它具有耐磨性、腐蚀和抗氧化等优点，是现在工程中具有广阔运用前景的新型结构材料。在口腔领域，它也因为优良的美学特性和生物安全性备受口腔医师和患者的青睐。然而，长期以来陶瓷材料因其脆性、低抗张强度限制了其在临床的广泛应用， ????? 全瓷冠修复材料的疲劳可靠性分析????? 人们对牙科陶瓷的研制主要围绕在机械性能的增韧补强方面。目前在口腔修复领域应用的陶瓷材料包括有改良的传统长石质陶瓷、微晶玻璃陶瓷、玻璃渗透氧化铝瓷以及相变增韧的锆瓷，这些材料，作为美学陶瓷或者结构陶瓷被应用，单从机械强度而言，均已满足口腔临床的需要。但是，全瓷修复体在口腔反复的咀嚼功能状态下，常常表现出令人意外的失败，如玻璃陶瓷全冠在两年的临床使用后有2-4％的失效，而4-5年后，这一比例达到20—25％。陶瓷材料这种随使用年限增长而出现的失效行为使得口腔医师在对材料的选用上不得不重新考虑，修复体能否按照设想的使用寿命行使功能并非单独由材料的强度和