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硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩,其化学成分主要是非晶体二氧化硅。硅藻土有疏松多孔等优良的物化性能,使它在很多领域得到广泛的应用。硅藻土基质中的石英晶体具有较高的透光率和折射率,可以散射可见光,增加陶瓷材料的乳浊度,经烧结后的硅藻土陶瓷具有自然牙的半透明度和色泽,因此有作为牙科全瓷材料的潜质。但是硅藻土陶瓷初步成型时的强度远达不到牙科陶瓷材料对力学性能的要求,必须经过增韧才能使应用成为可能。
本文在硅藻土基体中添加纳米氧化锆,利用氧化锆的相变增韧作用和纳米颗粒增韧作用协同增韧基体材料,成功研制了纳米氧化锆增韧硅藻土基陶瓷材料。文章重点研究了陶瓷材料的制备工艺、力学性能和微观结构之间的关系,分析了纳米氧化锆增韧硅藻土基陶瓷材料的增韧机制,提出了最佳的制备工艺。主要内容如下:
(1)成功研制了纳米氧化锆增韧硅藻土基陶瓷材料,其成型压力为10MPa,最佳烧结条件为烧结温度1100℃、保温2h。
(2)研究了不同含量纳米氧化锆对硅藻土基陶瓷材料微观结构和力学性能的影响。当纳米氧化锆含量为20wt%时,陶瓷材料的性能最佳,其抗弯强度为185.10±2.30MPa,断裂韧性3.22±0.18MPam1/2,维氏硬度9.76±0.62GPa,其中抗弯强度提高了130%。
(3)通过正交试验设计优化了纳米氧化锆增韧硅藻土基陶瓷材料的组成配方,使陶瓷组分达到最优组合,抗弯强度达到214.77MPa。
(4)研究了纳米氧化铝和纳米二氧化钛晶须对硅藻土陶瓷材料的增韧作用,并同时添加三种纳米材料实现了对硅藻土基陶瓷相变增韧、弥散增韧和晶须增韧的协同增韧作用,但得到的最佳抗弯强度为177.2MPa,低于单独用纳米氧化锆增韧的效果。
(5)通过MTT实验法对纳米氧化锆增韧的硅藻土基陶瓷材料进行细胞毒性评价,结果表明纳米氧化锆增韧的硅藻土基陶瓷材料无明显的细胞毒性,生物相容性良好。