從根據Garive-Nicholson公式,由m(#1.1)、m(11ī)和t(#1.1)晶麵的衍射峰的積分強度可以計算m-ZrO2在氧化鋯中的相對含量,氧化鋯中m-ZrO2的相對體積分數計算公式為:
(3.5-3)
(3.5-4)
式中,Wm為衍射峰的強度積分比率,Vm為m-ZrO2相的體積分數。
2、燒結溫度對複合陶瓷物相的影響
(3.5-5)
進一步分解:
(3.5-6)
上述反應過程,在材料中存在氧化物時,將加速HAP分解過程。HAP分解生成的CaO會溶入氧化鋯晶格中,根據ZrO2-CaO相
(3.5-7)
燒結時,複合陶瓷中HAP分解,與ZrO2反應,因此也影響陶瓷在燒結過程中致密化,降低了複合陶瓷的相對密度。
3、磷酸鈣/氧化鋯複合陶瓷的力學性能
表3.5-1複合陶瓷硬度、斷裂韌性、彈性模量和抗彎強度的平均值和標準偏差
樣品硬度
陶瓷材料的硬度及抗彎強度是材料本身的物理參數,主要決定於材料的成分及組織結構。強弱材料以不同的比例複合,可以在一定範圍內調整複合材料的力學性能;同時,由於材料成分的變化,改變了複合材料的物相組成和相對密度,因而從根本上改變了複合陶瓷的力學性能。隨著磷酸鈣添加量的增加,陶瓷中氧化鋯的晶型發生變化,由t-ZrO2為主,逐漸變成m-ZrO2,而m-ZrO2的力學性能較t-ZrO2差,大量m-ZrO2的生成勢必降低複合陶瓷的力學性能。而晶型轉變所導致的體積變化也會引起微裂紋,降低材料強度。磷酸鈣添加量的增加,其中的HAP分解,使複合陶瓷的密度降低、氣孔率升高,減少了負荷麵積,而且在氣孔臨近處應力集中,減弱了材料的負荷能力,導致材料的力學性能降低。
磷酸鈣含量為10%的樣品在1300℃燒結的複合陶瓷的硬度顯著低於1350℃和1400℃燒結的樣品;磷酸鈣含量為15%的複合陶瓷在三個溫度下燒結的樣品的硬度均不同,且有顯著差異,隨著燒結溫度的升高而顯著增加。
相同成分的材料,隨著燒結溫度的降低,材料的力學性能下降。磷酸鈣添加10%的1300℃燒結的樣品(10CZ1300)由於燒結溫度低,相對密度較小(95%),與同成分其他兩組樣品相比,含有相對較多的m-ZrO2(21%),因此,它的力學性能顯著低於1350℃和1400℃燒結的樣品;1350℃和1400℃燒結的樣品相對密度大於96%,其中所含有的m-ZrO2量相近(5%和1%),因此,盡管燒結溫度升高,樣品10CZ1350和10CZ1400的力學性能無統計學差異。
當磷酸鈣添加量為15%時,隨著燒結溫度從1300℃升高到1400℃,其m-ZrO2的相對體積分數依次為33%、20%和1%,而相對密度依次為86%、95%和97%,使得複合陶瓷的力學性能隨著燒結溫度顯著性增加。
4、磷酸鈣/氧化鋯複合陶瓷的可加工性評價
隨著計算機輔助設計/計算機輔助加工(CAD/CAM)係統在口腔修複中的應用,與之配套的可加工陶瓷的研製成為目前的研究熱點。而對可加工陶瓷的可加工性的評價方法尚未統一。目前,對陶瓷的可加工性的評價主要根據加工刀具的磨耗或刀具壽命,磨削力及切削能,工件表麵的加工精度及變形層,材料的去除率及鑽孔深度,脆性指數或可加工指數等來表征。由於上述評價方法之間的差異,很難對不同材料做出比較;而且材料的切削加工性並不是一種單一的基本屬性,而是一項綜合性能,無法用單一的指標去衡量它,而應該用一個指標體係去描述、評價它。上述參數均與材料的成分、結構和力學性能密切相關,而材料的成分和結構最終將影響材料的力學性能值。因此,采用材料的標準力學性能值,對陶瓷材料的可加工性分類預評估變得尤為重要,可以為可加工材料的設計提供理論依據。
材料的可加工性與材料的力學性能密切相關,尤其是材料的斷裂韌性、抗彎強度、硬度及彈性模量。從其眾多的評價方法上既可以看出,因其複雜,所以很難將材料的可加工的難易程度精確劃分。而采用模糊數學的方法卻可以將材料的可加工性按照模糊概率進行劃分。模糊概率是模糊數學的一個分支,它同時考慮隸屬函數和概率,即把各元素的概率和隸屬函數值相乘再相加起來,就求得隸屬概率。應用模糊數學分類的方法,綜合各相關力學性能值模糊綜合評判陶瓷材料可加工性,將陶瓷材料的可加工性劃分為:易加工、較易加工、適中、較難加工、難加工五類。步驟如下:
(1)因素集
(2)判斷集
可加工陶瓷材料的切削加工性是評判對象,因此將材料的切削加工性分成若幹等級,建立判斷集。建立可加工性判斷集:V={易加工,較易加工,適中,較難加工,難加工}={B1,B2,B3,B4,B5}。