• 主题
高级搜索  >
历史搜索 清空历史
首页> 中文学位 >钛表面磁控溅射氮硅锆涂层对钛瓷结合的影响及G-1钛遮色瓷的研制
【6h】

钛表面磁控溅射氮硅锆涂层对钛瓷结合的影响及G-1钛遮色瓷的研制

代理获取
页面导航
  • 目录
  • 摘要
  • 著录项
  • 相似文献
  • 相关主题

目录

独创性声明及保护知识产权声明

缩略语表

前言和文献回顾

第一部分 磁控溅射ZrSiN涂层对钛瓷结合强度的影响

实验一.不同硅含量的ZrSiN涂层对钛瓷结合强度的影响

实验二.不同氮流量的ZrSiN涂层对钛瓷结合强度的影响

实验三.不同溅射偏压的ZrSiN涂层对钛瓷结合强度的影响

实验四.钛瓷界面处理的ZrSiN涂层性能的测定

第二部分G-1钛遮色瓷的研制及性能测定

实验一 G-1钛遮色瓷的制备

实验二 G一1钛遮色瓷烧结温度的确定及力学性能的测试

实验三 G-1钛遮色瓷与粘结瓷及钛结合性能的研究

实验四 G-1钛遮色瓷着色配方的研究

小 结

参考文献

个人简历和研究成果

致 谢

展开▼

摘要

与目前所采用的烤瓷贵金属合金和镍铬合金相比，生物相容性优异，价格低廉，在生物人体替代材料方面已得到广泛应用的钛金属，在金属烤瓷修复中的应用受到了越来越多的关注。近年来，钛烤瓷技术有了较大发展，但由于钛/瓷结合强度较镍铬合金/瓷结合强度仍有差距，缺乏钛烤瓷临床应用效果的长期验证，钛烤瓷的临床应用仍有很大局限。本研究以目前钛表面处理最有前景的“中间层”策略，应用磁控溅射技术在钛表面制备氮硅锆(ZrSiN)涂层以控制钛在瓷烧结温度过度氧化，改善钛瓷结合；并研制与本课题组GGW钛粘结瓷匹配的G-1钛遮色瓷，以形成较完整的自主研制钛瓷体系，为钛瓷修复技术的临床广泛开展奠定基础。 本研究应用JGP560V磁控溅射设备用射频反应沉积ZrSiN扩散阻挡层。观察采用不同处理参数制备的涂层对钛瓷结合强度的影响，以及钛表面该涂层的表面形貌及膜层结构。 不同硅含量的ZrSiN涂层的X射线衍射图谱(XRD)显示，均检测不到含硅化合物晶相存在，只可检测到ZrN晶相。随硅含量的增加，ZrN相的衍射峰降低并宽化，表明ZrN晶体相含量减少，晶粒细化。不同硅含量ZrSin涂层X射线光电子能谱(XPS)图显示钛表面ZrSiN涂层中的Zr以ZrN形式存在，Si以Si3N4或者Si-N化合物形式存在，推断ZrSiN涂层是一种ZrN晶体与非晶Si3N4的复合结构，为细小ZrN纳米晶分布在非晶SiNx中。 模拟瓷烧结热循环处理后的钛表面ZrSiN涂层扫描电镜(SEM)显示，涂层与钛基体结合良好，无裂纹及剥脱；能谱分析显示无ZrSiN涂层的钛表面主要为Ti及O，经ZrSiN涂层处理的钛表面为Ti，Si，N和Zr，表明经热循环后有ZrSiN涂层的钛表面氧化的程度较低，ZrSiN涂层可有效阻挡氧与钛间的扩散。 不同硅含量ZrSiN涂层后钛瓷三点弯曲结合强度测试结果显示，随ZrSiN涂层中硅含量的增加，钛瓷结合强度也相应提高，Si含量为1.9％及5.2％的ZrSiN涂层处理后钛瓷结合强度与对照组相比无显著差异，Si含量为9.5％及18％的ZrSiN涂层处理后钛瓷结合强度与对照组相比显著提高，Si含量为18％的ZrSiN涂层处理组钛瓷结合强度最高，达48.90±2.46MPa。钛瓷结合强度的提高与与ZrSiN涂层中非晶相SiNx的存在和含量有关，非晶相适当增多能进一步提高ZrSiN涂层的热稳定性。非晶态的化合物因为无晶粒间界，所以有很好的阻挡氧扩散作用，ZrSiN中硅含量增高时会有更多的非晶相SiNx，可以更有效阻挡O向Ti基体的扩散，从而提高钛瓷结合强度。 瓷断裂剥脱后钛表面SEM显示，无ZrSiN涂层组钛瓷断裂在氧化层内，断裂面呈疏松的凹凸状粗糙氧化层貌，有较多孔隙。有ZrSiN涂层组的钛瓷断裂为涂层/瓷间及瓷层内的混合断裂，有大量瓷残留，未见明显的疏松氧化层。未见钛基体与ZrSiN涂层间断裂，涂层完整，表明ZrSiN涂层与钛基体具有足够高的结合强度。 不同氮流量的ZrSiN涂层的XRD显示，氮流量10％，20％，30％的ZrSiN涂层均检测不到Si-N的衍射峰，但在氮流量为40％的ZrSiN涂层出现Si3N4晶体相，说明高的N2流量有利于Si3N4晶体的生长。 钛瓷三点弯曲结合强度测试结果显示溅射氮分压为30％，40％的涂层处理组钛瓷结合强度较对照组有显著提高，氮分压为30％的钛瓷结合强度最高，达50.75±3.38MPa。 界面电镜观察及线扫描元素分析显示经ZrSiN溅射涂层的钛瓷界面结合紧密，钛瓷间有良好的浸润性。氮流量为30％的涂层后钛瓷界面氧元素的量最低，钛瓷结合强度也最高，表明钛表面经氮流量为30％的涂层后氧化程度最低，涂层的阻挡效果相对最好。氮硅锆溅射涂层制备中，随氮流量增加，提高了Si的氮化程度，被轰击出薄膜表面的Si量减少，可获得Si含量高的ZrSiN涂层，而ZrSiN膜Si含量的增加，增大了涂层的扩散阻挡性能。但氮流量提高增强涂层对氧与钛基体扩散的阻挡作用不是无限度的，氮流量增大到一定程度时，Zr-Si-N膜出现Si3N4晶体相，扩散阻挡作用相应降低。应用ZrSiN溅射涂层处理钛表面以控制瓷烧结温度下钛过度氧化及提高钛瓷结合强度，当硅含量较高时氮流量最高应不超过30％。 不同溅射偏压的ZrSiN涂层的XRD显示，当溅射偏压为-50V时，薄膜中没有ZrN晶体相出现，ZrSiN涂层为非晶态。从-100V到-200V随偏压升高，ZrN晶体相逐渐增加。溅射偏压-100V组和溅射偏压-150V组较对照组结合强度的提高有统计学意义。溅射偏压-100V组的钛瓷结合强度最高，达49.86±3.18MPa。界面SEM显示溅射偏压-100V组界面氧元素含量较对照组显著降低。在溅射沉积中对基体引入负偏压，等离子体中的氩离子有更高的能量轰击基体膜层，使膜层性能改进。非晶结构的三元化合物的阻挡效果好于晶态结构三元化合物的阻挡性能，当ZrN晶体含量继续增大时，ZrSiN涂层对钛氧化的阻挡效果下降，因而溅射偏压－100V的ZrSiN涂层对钛在瓷烧结温度下的氧化有最好的阻挡作用。 ZrSiN涂层与钛基体的结合强度测试显示Ti/ZrSiN涂层未氧化组和Ti/ZrSiN涂层氧化组断裂强度无显著性差异，在树脂粘结层断裂。Ti未涂层氧化组断裂面是由树脂断裂和氧化层断裂组成的混合断裂。ZrSiN涂层后钛表面硬度显著提高。ZrSiN涂层的厚度为310nm。涂层前后钛表面接触角测试结果表明，涂层处理对抛光钛表面接触角无显著影响，涂层处理可显著减小喷砂钛表面接触角。 遮色瓷是钛瓷系统中粘结瓷和体瓷的过渡层，综合热膨胀系数、润湿性、力学性能和化学稳定性的考虑，筛选出遮色瓷的组分及组成比例，经过高温玻璃熔制，反复的筛选配方及烧制工艺，制备出G-1遮色瓷。XRD分析显示，G-1遮色瓷和NoritakeSuperPorcelainTi-22遮色瓷均为含有锡石晶体相的玻璃陶瓷，而VitaTitankeramik遮色瓷则为玻璃态物质。SuperPorcelainTi-22遮色瓷有较高的晶体相含量，G-1遮色瓷的玻璃相含量较高。粒度分析测得G-1遮色瓷粉的比表面积为1.21m2/g，从粒度的正态分布曲线看出，粒度的峰值为10.5μm，80％的颗粒粒度小于21.86μm，90％的颗粒小于31.52μm。 示差扫描量热分析显示G-1遮色瓷的玻璃转化温度Tg为480℃，在615℃附近，有晶体的形成；其软化温度Tf可确定在765℃左右。G-1遮色瓷的烧结起始温度可设定在450℃。通过在760℃，780℃，800℃温度下烧结的G-1遮色瓷的机械强度和烧结性能的测试，发现烧结温度为780℃时，抗弯强度、硬度、体积密度、真密度最大，气孔率最低，断裂韧性与其他两个烧结温度时无显著差别，结合示差扫描量热分析确定的软化温度，可以确定G-1的熔附温度(也就是最高烧结温度)为780℃。 在25℃到400℃区间，G-1遮色瓷的平均热膨胀率为8.9×10-6/℃。G-1遮色瓷的膨胀量在300℃以前均低于或接近于金属钛及GGW粘结瓷，在300-400℃范围内G-1遮色瓷的膨胀量稍高于金属钛及GGW粘结瓷。G-1遮色瓷与GGW粘结瓷及钛的热膨胀系数有较好的匹配。 G-1/GGW/钛有较高的结合强度(37.60±2.73MPa)，与NoritakeSuperPorcelainTi-22/钛(38.19±3.60MPa)，Duceratin/钛(38.89±3.28MPa)的结合强度无显著差异。预氧化处理不能提高G-1遮色瓷/GGW粘结瓷/钛的结合强度，因此预氧化不适于G-1遮色瓷/GGW粘结瓷系统。G-1遮色瓷/GGW粘结瓷/钛的结合界面SEM显示，钛瓷界面仅有极微小孔隙，钛表面断口照片显示断裂位于钛/瓷反应层，是沿晶和穿晶的混合断裂，有不同走向的平行排列的层状亚结构。G-1遮色瓷/GGW粘结瓷/钛的结合强度仍有待于进一步提高。 随铬锡红色料添加量增加G-1遮色瓷烧结体a值和Cab值增大，随锆镨黄色料浓度增加G-1遮色瓷烧结体的b值和Cab值增大，随栗棕色料添加量增加，烧结体的明度值L下降。研究各色料添加浓度与G-1遮色瓷烧结色度变化关系的规律提供了配制钛遮色瓷材料的颜色调控与复制的基础。

著录项

相似文献

  • 中文文献
  • 外文文献
  • 专利
代理获取

客服邮箱：kefu@zhangqiaokeyan.com

京公网安备：11010802029741号 ICP备案号：京ICP备15016152号-6 六维联合信息科技 (北京) 有限公司©版权所有

  • 客服微信

  • 服务号