浆料配比对3D打印牙科二硅酸锂陶瓷的微观结构和性能的影响

摘要

目的 使用基于立体光固化成型（SLA）原理的3D打印技术成型牙科用二硅酸锂陶瓷，以探讨不同浆料配比对热处理后样本的微观结构及性能的影响。方法 以3D打印成型二硅酸锂为实验组，商品化的IPS e.max CAD切削类二硅酸锂陶瓷为对照组。实验组选用不同粒径的二硅酸锂陶瓷粉体材料（纳米级和微米级），与丙烯酸酯类光固化树脂混合，并调整浆料中实验原料的比例，配制5组陶瓷浆料（S1组-S5组）。根据浆料的流变特性、稳定性等状况评估其3D打印性能并筛选出适宜配比。对优选配比的实验组进行打印、脱脂及烧结程序，检测实验组的微观结构、晶体学信息以及收缩率，同时测量其弯曲强度、弹性模量、维氏硬度、断裂韧性等力学性能，与对照组进行比较。结果 5组中筛选出2组用于3D打印的高固含量（75%）二硅酸锂陶瓷浆料（S2组和S3组）。X射线衍射及扫描电子显微镜结果显示，在S2组和S3组中，二硅酸锂均为主要晶相，显微结构为细长均匀、排列致密的晶体；二硅酸锂晶粒尺寸分别为（559.79±84.58） nm和（388.26±61.49） nm （P<0.05）。能谱分析结果显示，2组陶瓷样本均含有较高比例的Si和O元素。热处理后2组陶瓷样本的收缩率为18.00%～20.71%。2组的所有力学性能测试结果差异均无统计学意义（P>0.05），弯曲强度分别为（231.79±21.71） MPa和（214.86±46.64） MPa，低于IPS e.max CAD组（P<0.05）；弹性模量分别为（87.40±12.99） GPa和（92.87±19.76） GPa，与IPS e.max CAD组差异无统计学意义（P>0.05）；维氏硬度分别为（6.53±0.19） GPa和（6.25±0.12） GPa，高于IPS e.max CAD组（P<0.05）；断裂韧性分别为（1.57±0.28） MPa·m^0.5和（1.38±0.17） MPa·m^0.5，与IPS e.max CAD组差异无统计学意义（P>0.05）。结论 不同粒径级的二硅酸锂陶瓷粉体组合，可获得高固含量（75%）、有适宜的黏度和稳定性的浆料。3D打印技术可成功制备牙科二硅酸锂陶瓷样本，热处理后样本的收缩率较小，微观结构符合二硅酸锂陶瓷的晶相，力学性能接近切削类二硅酸锂陶瓷。

关键词

3D打印 / 立体光固化成型技术 / 二硅酸锂 / 牙科陶瓷 / 浆料配比