全瓷冠Shofu长石质陶瓷疲劳可靠性研究
全瓷修复材料的性能

全瓷修复材料的物理化学性能一、全瓷修复材料介绍全瓷材料自上世纪八十年代开始在临床应用,最早的铝瓷强度很低,加工技术是简单的烤瓷技术,精确度较差。
全瓷材料优秀的美观效果和良好的生物相容性使其一经出现便倍受口腔修复医师和广大患者的青睐,逐渐成为最受欢迎的美观修复材料,而其力学性能和加工工艺也得以不断改善以适应更广泛的应用。
全瓷修复材料发展至今已经从最初的单层材料发展为叠层复合材料,从玻璃陶瓷发展为氧化物陶瓷,加工工艺从烤瓷、铸造发展为计算机辅助设计和加工的精密切削工艺。
现今的全瓷修复体已经具备良好的边缘适合性和较好的力学性能,能够满足大部分的美观修复要求。
目前,用于帖面修复的全瓷材料可以为单层全瓷材料,而用于冠桥修复的全瓷材料的主流为叠层复合陶瓷,即由基底瓷和饰瓷两部分组成,基底瓷制作全瓷内冠满足修复体的强度要求,通过适的加工技术提供良好的边缘适合性,外层的饰瓷用以恢复修复体的解剖形态和美观要求。
同时,基底瓷的光学性能也直接影响全瓷修复体的美观效果,饰瓷层的结构和力学性能也会影响整个全瓷修复体的强度。
最后,两种材料之间的物理化学性能的匹配性直接影响界面质量,关系到全瓷修复体的稳定性和使用寿命。
了解和认识各类全瓷材料的物理化学性能有助于正确选择和使用全瓷材料制作及满足美观需求又满足长期生理功能的美观修复体。
本章主要介绍目前口腔修复临床常用的全瓷材料的物理化学性能以及与临床应用的关系。
(一)全瓷修复材料的化学构成(图)首先基于目前叠层复合材料的应用方式,全瓷修复材料分为用于制作内冠和桥支架的基底瓷和外层的饰瓷。
饰瓷材料的化学构成主要是硅酸盐玻璃,主要成分是SiO2, AI2O,还包括:Ca Na K、B等元素用于调节玻璃的熔点、流动性等物理性能。
同时含有微量的稀土元素用于体现不同的颜色特征,玻璃成分中散在分布少量ZrO2或Y2Q微小的晶体结构,用于调节折射率,表现不同的透明度。
当前常用的基底瓷材料根据其化学构成有以下几类:1. 玻璃基质陶瓷:玻璃基质内含有不同晶体物质,以增强玻璃的强度和韧性。
全瓷冠成分

全瓷冠成分
《全瓷冠成分大揭秘》
嘿,大家好呀!不知道你们有没有过补牙或者做烤瓷牙的经历呢?我身边就有朋友做过全瓷冠,效果还真不错。
这也让我对全瓷冠的成分产生了浓厚的兴趣,今天就来给大家好好分析分析。
先来说说全瓷冠的主要成分之一——二氧化锆。
这二氧化锆啊,它可是个厉害的角色。
它的来源呢,比较广泛,经过加工处理后就成为了全瓷冠的重要组成部分。
它的作用可大了,能让全瓷冠特别坚固耐用,就像给牙齿穿上了一层坚固的铠甲。
而且它的生物相容性特别好,对我们的身体很友好呢,一般不会引起什么不良反应。
不过呢,它也不是完美的啦,就是价格相对来说会高一些。
再来说说氧化铝,它也是全瓷冠里的一份子。
氧化铝的来源也挺常见的。
它能增加全瓷冠的强度和稳定性,让牙齿可以更长久地使用。
而且它的透明度也还不错,看起来比较自然。
但是呢,它可能在某些复杂的情况下表现得没有二氧化锆那么出色。
这些成分对我们的健康和使用效果的影响可不小。
二氧化锆让我们不用担心用着用着就坏了,氧化铝则让牙齿看起来更自然,不那么假。
在安全性方面呢,一般来说都是很可靠的。
当然啦,也可能会有极个别人会对某些成分有点小敏感,但这种情况还是比较少见的。
总结一下哈,全瓷冠的成分各有各的特点和作用。
大家在选择的时候呢,要根据自己的实际情况来。
如果经济条件允许,二氧化锆的是个不错的选择。
如果想要性价比高一些的,氧化铝的也还行。
总之,希望大家都能拥有一口健康又漂亮的牙齿,吃嘛嘛香!。
全瓷修复体饰瓷疲劳损伤的初步分析

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学
学
报
Hale Waihona Puke ( 医 学版 )
46 ・
J R A FP KN N V RST H A T CE C S V 14 N . Fb 2 1 OU N LO E IG U I E IY( E L H S I N E ) o.2 o1 e . 00
论 著
全瓷修复体饰瓷疲劳损伤的初步分析
刘 亦洪 , 冯海 兰 刘光华 沈志 坚 , ,
(. 1北京大学 E腔医学 院 -口腔医院, l 北京 10 8 ; . 00 1 2 斯德哥尔摩大学无机化学系 )
[ 摘 要 ]目的: 通过对临床损伤失效 的全 瓷修 复体 的损 伤形貌 观察 , 析全 瓷修复体饰 瓷疲 劳损伤 的机制和过 分 程, 以及缺陷与饰 瓷损伤 的关系。方 法: 收集断裂或破 碎 的全瓷修 复体 , 体式 显微镜和 扫描 电子 显微镜 (cnig sann e c o c so e S M)观察其断裂面和咬合 面微观形 貌以及饰瓷 的缺 陷 , l t nmiocp , E er r x线衍射 能谱分析 ( nr —i es e eeg ds rv y p i X r et soy, D ) — ys c ocp E S 饰瓷内不均质部分的化学成分 。运用陶瓷损伤形 貌分析 的方法 , 析全瓷修 复体的断裂 a p r 分 方式和损伤特征。结果: 全瓷修复体 的最终损伤失效包括完全断裂、 饰瓷崩瓷和饰瓷脱瓷 3种方式。氧化铝全瓷冠 发生 了完 全断裂, 氧化锆全瓷冠发生饰瓷崩瓷或饰瓷脱瓷。饰瓷疲劳损伤包括表面磨损 、 锥状 裂纹 和饰 瓷脱 瓷 3种 模式 。饰瓷表面发现气孔和污染颗粒缺陷。结论: 全瓷修复体应设计 多点 咬合接触 , 分散咬合 应力。饰瓷脱瓷发生 于饰瓷层过薄的情况 , 适当的饰瓷厚度保证饰瓷的抗疲劳损伤能力。临床需严格控制饰瓷烧结过程的环境污染。 [ 关键 词]牙 瓷料 ; 工艺学 , 牙科 ; 牙修复磨损 ; 牙修复体
长石质陶瓷磨损研究及有限元数值模拟

文章编号:1006-3080(2024)02-0310-09DOI: 10.14135/ki.1006-3080.20230107001长石质陶瓷磨损研究及有限元数值模拟王萍萍1, 孟令磊2, 朱 亚2, 陈建钧2(1. 徐汇区大华医院口腔科, 上海 200237;2. 华东理工大学机械与动力工程学院, 上海 200237)摘要:利用高速环-块摩擦磨损实验机在10、20、30、40 N 载荷下对Sirona CEREC Blocks 长石质瓷块进行3.5×105周次磨损实验,得到磨损质量、磨损速率等参数与载荷、磨损周次的变化关系,根据所得变化关系将长石质陶瓷的磨损过程分为3个阶段,观察了各阶段的磨损表面形貌。
对Archard 磨损模型进行修正改进并通过ABAQUS 中UMESHMOTION 子程序开展有限元仿真研究。
在ALE (Arbitrary Lagrangian-Eulerian )自适应网格区域选取两种节点路径,于3.0×105周次磨损工况下对4种不同载荷下的磨损深度进行仿真分析,并与实验值对比验证,结果表明10 N 载荷工况下磨损深度的最大误差为12.18%,30 N 载荷工况下磨损深度的最小误差为8.64%。
关键词:牙齿修复;长石质陶瓷;磨损实验;磨损模型;有限元分析中图分类号:TH140.7; R783.3文献标志码:A牙齿作为人体口腔内长期承担咀嚼功能的器官,不可避免地会产生磨损[1], 研究牙齿修复材料的耐磨性能显得极为重要。
长石质陶瓷主要由玻璃基质和少量晶体相组成,被广泛用于牙齿修复领域,是目前使用最普遍的牙科陶瓷材料之一[2]。
而玻璃基质的力学性能较差,使用过程中易发生开裂和剥落,造成材料发生磨损失效从而影响正常使用,研究长石质陶瓷的磨损性能和磨损机制意义重大。
目前国内外学者大多通过摩擦磨损实验机模拟牙齿咀嚼运动来研究不同磨损条件下长石质陶瓷材料的磨损机理和磨损性能,并通过磨损后的微观形态解释材料磨损机理。
全瓷材料的疲劳损伤及咬合病

全瓷材料的疲劳损伤及咬合病北京大学口腔医院门诊部杜阳大家好!全瓷冠桥的咬合调整第二节的内容,为大家介绍一下全瓷材料的疲劳损伤以及咬合病的问题。
全瓷材料具有两种特性,在使用中为口腔医生带来不少的麻烦和顾虑,其一就是所谓的脆性,也就是在没有明显变形情况下修复体突然断裂的情况。
其二就是低抗张强度,也就是材料抗压不抗弯的特性,这种性质使得材料受力时容易从弯曲外侧断裂,因此很多材料研究专家把研究集中在提高陶瓷强度和韧性方面,经过长期的积累和材料学的发展,现在有不少高强度的材料,但就机械强度而言,已经能够满足临床的需要。
但是人们发现在口腔环境中反复进行咀嚼的状态下,全瓷修复体常常具有一定的失败率,发现肉眼可见的裂纹,甚至出现断裂。
全瓷材料这种随着时间增长而出现的断裂行为,是口腔修复体和修复材料的一种疲劳行为。
并且这种疲劳往往是在修复体受到正常咬合力的情况下发生的。
当前应用的全瓷材料主要分为如图所示的几大种类,红色边框范围内的材料可以获得的美观性较强,绿色边框范围内的材料美观性稍差,但是由于强度较高,一般作为基底瓷材料。
迪康的铸造陶瓷强度可以达到112 — 228兆帕,IPS可以达到182 — 260兆帕, infiltrated alumina 有236 — 600兆帕,而spinel,or alumina 更是可以达到487 — 699兆帕,氧化锆陶瓷更是可以达到900 — 1200兆帕的强度。
绿色背景的金属烤瓷系统中的瓷材料不在我们今天的讨论范围内。
2008年发表在JADA的一篇研究中,将当前的全瓷材料进行了分类描述,从生存率研究可以看出全瓷材料修复体的3年生存率均超过了95%。
但是随着时间的延长,不论是嵌体、单冠还是全瓷固定桥,其生存率都有所下降。
这就是解释了所谓的疲劳现象,也就是全瓷材料随着使用时间增长而出现的断裂行为,通常情况下强度和韧性决定了一种材料能承受口腔内多大的咀嚼应力,而疲劳则决定了使用该材料制作成的修复体能够使用的时间。
CEREC3全瓷修复体2年临床效果评价

CEREC3全瓷修复体2年临床效果评价目的:探讨椅旁全瓷修复系统(CEREC3)制作全瓷修复体的临床效果。
方法:采用CEREC3完成56例患者的全瓷修复体62件,其中全冠4例、贴面2例、嵌体56例。
修复后6个月、1年、2年按改良USPHS标准评价临床效果。
结果:修复体大多指标都达到A级,除2例破裂外,其余无破损、松动、脱落、继发龋等不良现象。
结论:CEREC3全瓷修复体质量高临床效果好。
标签:计算机辅助设计/计算机辅助制作;椅旁全瓷修复系统;全瓷修复体CAD/CAM系统是将光电技术、计算机技术、信息技术和自控机械加工技术密切结合形成的一门新兴高科技新技术,其制作的修复体快速、准确、适合性好,色泽与天然牙相似,生物相容性好。
Cerec系统是目前发展最完善的牙科CAD/CAM系统。
我科于2010年2月引进德国Sirona公司Cerec3椅旁CAD/CAM 系统,采用Cerec Blocs可切削陶瓷瓷块制作全瓷修复体,取得良好疗效。
1资料和方法1.1临床资料:收集2010年5月至2010年8月在我科就诊患者56例,年龄16~65岁,男性23例,女性33例。
应用Cerec3系统制作62件全瓷修复体,其中全冠4例,贴面2例,高嵌体46例,嵌体10例。
牙位分布见表1。
修复前对患者进行口腔卫生检查和卫生宣教,牙龈有炎症的患者先进行治疗,有牙体牙髓病变的患者进行牙体牙髓治疗。
需修复的62颗牙齿中,除6例外,其余均经过完善的根管治疗无主观临床不适症状。
表162件修复体牙位分布1.2方法1.2.1牙体预备:全冠:制备成圆弧形的90°肩台,肩台宽度1mm,咬面及切端磨出1.5~2.0mm,轴壁磨除1.0~1.5mm,聚合角为6~10°;贴面:切端预备成包绕型,切端厚度1.5mm,唇侧预备0.8mm,颈部边缘齐龈;嵌体:面、邻面、颊舌面均制备成箱状洞型,各轴壁平行,无倒凹,肩台与轴壁成90°角,肩台宽度1.5mm,点线角圆顿,磨除厚度1.5~2.0mm,轮廓边缘清晰,制备边缘的所有区域须从咬方向可见。
谭建国│全瓷修复材料的选择-全瓷材料的主要性能指标

谭建国│全瓷修复材料的选择-全瓷材料的主要性能指标上文我们从临床应用的角度出发,根据全瓷材料的化学组成、加工方法和修复体结构对全瓷材料进行了分类。
根据化学组成可以将全瓷材料分为三大类:玻璃基陶瓷、多晶陶瓷和树脂基陶瓷。
◆◆◆那么临床上根据牙体缺损修复类型的不同如何选择最适合的全瓷材料呢?首先我们要了解不同全瓷材料的性能特点,本文主要讨论影响临床全瓷材料选择的最重要的三个性能参数:强度、美观(半透明性)、弹性模量。
一、全瓷材料的强度强度是影响全瓷材料选择非常重要的性能参数,全瓷材料的强度决定了整个全瓷修复体的强度和修复体需要的最小厚度。
代表全瓷强度最常用的指标是抗弯强度,抗弯强度是指材料抵抗弯曲不断裂的能力,主要用于测定陶瓷等脆性材料的强度。
下图为临床常用的几类全瓷材料的抗弯强度,不同厂家的产品数值会略有差异,但基本在下图的数量范围内。
从下图大家可以看到:长石质瓷的强度最低,常规氧化锆的强度最高。
全瓷材料强度越高越适用于后牙、咬合力大等病例,强度越高修复体的厚度可以适当减小,牙体预备量适当减小。
反之,全瓷材料强度越低越适用于前牙、咬合力低的病例,强度越低修复体的厚度就要适当增加,牙体预备量适当增加,越需要粘接在釉质上提高整个修复体强度。
二、全瓷材料的美观(半透明性)全瓷材料的美观性能主要指其半透明性,半透明性越高越近似牙釉质,有良好的美观性能,但遮色能力就会下降。
下图为临床常用全瓷材料的半透明性参数。
从下图可以看到:长石质瓷的半透明性最高,适用于前牙等美观要求高的病例、或者用于双层结构的全瓷修复体的饰瓷。
常规氧化锆的半透明性最低,适用于后牙等美观要求不高的病例,或者用于制作双层全瓷修复体的内冠,提供强度和遮色,外面增加饰瓷提供美观。
从前面两张图我们可以看到:全瓷材料的强度和美观这两个主要性能参数是一对矛盾,强度高的材料半透明性低、美观差;半透明性高、美观好的材料却强度低。
因此,在临床牙体缺损修复体的全瓷材料选择时主要是协调强度和美观这一对矛盾,最终确定强度和美观和谐适合的全瓷材料。
前牙全瓷冠美容修复的临床评价

前牙全瓷冠美容修复的临床评价发表时间:2010-12-15T11:18:59.670Z 来源:《中国美容医学杂志》(2010年综合2)供稿作者:刘勇赵静李妙[导读] 全瓷冠具有良好的生物相容性、化学稳定性、硬度高、耐磨损、配色好等特点,是一种理想的前牙美容修复体刘勇赵静李妙(四川成都中医药大学附属第二医院口腔科成都610041)【摘要】目的:观察全瓷冠用于前牙美容修复的临床效果。
方法:对修复科门诊患者80人,共350颗前牙用全瓷冠修复,观察修复体的形态、色泽,检查修复体颈缘适合性、牙龈健康状况。
结果:全瓷冠用于前牙美容修复,牙体形态、颈缘适合性、牙龈健康状况良好,色泽有待进一步改进。
结论:全瓷冠用于前牙美容修复具有较好的疗效。
【关键词】全瓷冠;前牙【中图分类号】R783【文献标识码】A【文章编号】1008-6455(2010)08-0062-01【Abstract】Objective:To evaluate the clinical effect and patients’satisfaction of all-ceramic restoration.Methods:A questionnaire on the satisfaction was used in the study in order to analyze the validity and reliability of the all-ceramic crown.The marginal fit,gingival index an d porcelain defeat were examined.Results:The patients were more satisfied with the form an d eornfort than wi th the color e marginal fit an d the gingival condition were good.Conclusion:e aUce.rac crovcn is the better choice for the clinical restoration of an terior teeth.【Key words】Entire porcelain crown; First tooth全瓷冠具有良好的生物相容性、化学稳定性、硬度高、耐磨损、配色好等特点,是一种理想的前牙美容修复体。
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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,因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韧性决定,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。
陶瓷的疲劳现象可以分为三种:静疲劳、动疲劳和循环疲劳。
静疲劳是由于环境介质如水分逐渐降低裂纹尖端区域的断裂能力,从而发生了类似与静载下的应力腐蚀过程导致的疲劳失效。
动疲劳是在恒定加载速率下表现出来的因裂纹扩展而导致的失效,主要描述的是陶瓷材料的断裂特性和裂纹扩展特性。
循环疲劳是指陶瓷材料在循环应力作用下的疲劳破坏和失效,是大多数陶瓷构件失效的主要形式。
目前对陶瓷材料疲劳性能的研究主要集中在循环疲劳方面,自80年代中期以来,许多学者对陶瓷材料在循环载荷作用下的断裂进行了研究,大量的实验表明,循环载荷作用下陶瓷的裂纹扩展速率及循环寿命是与循环周次有关的。
陶瓷材料的循环疲劳除了受到材料本身的裂纹扩展参数影响以外,还受到外界因素的影响。
试件的几何尺寸会影响其裂纹扩展速率,不同的加载方式会导致不同的裂纹扩展速率,这组要是由于裂纹尖端应力状态不同造成的。
在腐蚀环境中,应力腐蚀会加速裂纹的扩展。
现代研究一般认为,陶瓷材料的疲劳损伤是由于内部的不均匀性导致的。
陶瓷材料的存在的一些非弹性的变形机制,如裂纹形成、产生相变、基体材料与增强物之间的摩擦和界面断裂、裂纹扩展时的裂纹尖端屏蔽效应导致的阻力曲线(R-Curve)特性等有助于我们认识陶瓷材料的循环疲劳。
1.2疲劳可靠性问题研究概况疲劳可靠性研究旨在从经济性和维修性要求出发,在规定工作条件下、在完成规定功能下、在规定使用期间内,使结构因疲劳或断裂而失效的可能性减至最低程度。
工程技术人员对疲劳问题进行试验和研究的历史已经超过一个世纪。
1829年,德国采矿工程师阿尔倍特做了铁链的重复载荷试验,提出了第一个疲劳问题的研究报告。
1839年波克来特首先使用“疲劳”(Fatigue)一词来描述“在反复施加的载荷作用下的结构破坏”。
但是,以疲劳一词作为题目的第一篇论文是由勃累士畏特第一章绪论3 于1845年在伦敦土木工程师学会上发表的,自此拉开了疲劳研究的序幕。
疲劳寿命是指结构或机械直至破坏所用的循环载荷的次数或时间。
最初,疲劳分析中常采用“定值”方法,即将作用在构件的工作应力和构件所用的材料性能均视为确定的数值。
按照这种观念,只用荷载和材料性能的平均值进行疲劳分析和设计往往会造成大量构件在预定的使用期间失效。
因为实际构件所受到的外部荷载不仅随工作状况不同而改变,而且还受到偶然因素的影响,所以必须把疲劳荷载当作随机变量来处理。
另一方面,疲劳性能也由于材料组织的不均匀性、内部缺陷的随机分布和加工处理中的一些偶然因素而产生很大的分散性。
在疲劳分析和设计时,只用其平均值代表材料性能必然会导致大量构件在预定使用期间内失效。
此外,构件的几何尺寸、应力集中、表面加工状态、外界条件等均属于随机变量。
要考虑其随机性,必须采用“概率方法”,即综合运用概率统计和力学分析方法解决疲劳分析和设计问题。
为了考虑这些不确定性的影响,必须采用概率断裂力学、综合统计和力学分析方法对疲劳裂纹扩展分析和剩余寿命估刻。
概率断裂力学就是将以往设计中被认为是确定性的参量随机化,在数学上使用其统计分布的数学特征或者利用数值实验方法计算分析结构在一定服役期中失效的发生概率。
由于概率断裂力学能充分考虑到材料性能的分散性、结构中原始缺陷的不确定性和荷载的随机性,因此比用经典的断裂力学方法分析疲劳裂纹扩展寿命更为精确。
因此,疲劳断裂可靠性的研究对预测破坏概率和可靠寿命、确保结构安全、保证和提高产品的可靠性水平,减少设备的维修费用以及提高经济效益和产品的市场竞争能力具有重大意义。
传统的“安全寿命设计”要求结构在一定的使用期间内不产生疲劳裂纹,并以裂纹萌生作为寿命的终结,而未计及裂纹扩展寿命。
此外,还未考虑在使用期内如何实施检修制度,以排除可能出现的意外损伤和初始缺陷,因此安全寿命设计并不能保证安全。
基于现代断裂力学原理,在结构设计中已经发展有“损伤容限设计”,按照这种设计原则,在结构使用期间内允许存在初始缺陷或出现疲劳裂纹,但必须保证裂纹扩展速率较慢,使含有裂纹结构有足够的剩余寿命和剩余强度持续工作,直至下次检修能够发现于以修复或更换,也不至于裂纹增长对强度削弱过多而造成事故。
但是,损伤容限设计原则在寿命预估中未考虑裂纹形成阶段,而是从某一初始裂纹计起,又由于该初始裂纹长度及其形态仍属随机变量,取决于制造工艺和检测水平等,因此,在处理实际问题时也遇到一定的困难。
由此可见,上述两种设计原则均存在一定的局限性。
参考文献[1]梁晓峰,杨世源.陶瓷管桥修复材料的研究进展.西南科技大学学报.2005,20(3):33-36.[2]何立弘.Shofu长石质陶瓷疲劳性能研究[D].四川大学华西口腔医学院博士学位论文.2005.[3]Hankinson JA,Cappetta EG.Five years clinical experience with aleucite—renforces porcelain crown system[J].International Journal ofPeriodontics and Restorative Dentistry.1994,14(2):138-153.。