Износ стоматологических стеклокерамических материалов при вращательной нагрузке в условиях низкой влажности: зависимость от микроструктуры

Износостойкость современных коммерческих стеклокерамических материалов для зубных протезов изучали при циклическом контактном нагружении с вращательной составляющей. Такой режим в значительной степени не учитывался в стандартных испытаниях на износ in vitro, хотя он может иметь клиническое значение у пациентов с парафункциональными состояниями, например бруксизмом.

Вращательную нагрузку прикладывали с помощью полностью электрической испытательной машины с двухосевым приводом. Каждый цикл включал нормальную нагрузку 50 Н и вращение на 30° при частоте 1 Гц. Микроструктуру и повреждения оценивали методами микроскопии.

Вращательная нагрузка вызывала значительные повреждения всех материалов этого класса, в том числе образование стекловидных трибослоёв, которые в исследованных условиях низкой влажности обладали ограниченными защитными свойствами. Объём износа существенно зависел от микроструктуры; удельная интенсивность износа указывала на тяжёлый износ (SWR выше порогового значения 10 mm/N·m) у трёх из пяти испытанных материалов. Стеклокерамика на основе дисиликата лития с высокой долей удлинённых армирующих кристаллов обладала наибольшей устойчивостью к повреждению, а стеклокерамика на основе лейцита — наименьшей. Основными механизмами износа были образование борозд вследствие пластической деформации и скалывание вследствие разрушения. Результаты интерпретировали с помощью общепринятых моделей износа хрупких материалов — модели Арчарда и модели, основанной на разрушении; интерпретацию подкрепили численным моделированием полей напряжений на нескольких масштабных уровнях.

Полученные данные помогают понять механизмы повреждения стеклокерамики при вращательном износе, которому этот класс материалов особенно подвержен, и разработать подходы к выбору материалов и проектированию микроструктуры для повышения долговечности протезов.