牙釉質(zhì)微納尺度下的摩擦磨損機(jī)制研究

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1、國內(nèi)圖書分類號：TH117.1密級：公開國際圖書分類號：621西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文牙釉質(zhì)微納尺度下的摩擦磨損機(jī)制研究年級二○一三級姓名夏晶申請學(xué)位級別博士學(xué)位專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)及理論指導(dǎo)教師錢林茂教授二○一七年六月ClassifiedIndex:TH117.1U.D.C:621SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationSTUDYONTRIBOLOGICALMECHANISMOFDENTALENAMELATMICROANDNANOSCA

2、LEGrade:2013Candidate:JingXiaAcademicDegreeAppliedfor:DoctorDegreeSpeciality:MechanicalDesignandTheorySupervisor:Prof.LinmaoQianJune,2017’西南交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并。本人授向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索

3、，可以權(quán)西南交通大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。采用影印、縮印或掃描本學(xué)位論文屬于；１．保密□，在年解密后適用本授權(quán)書。２．不保密適用本授權(quán)書“”（請?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打Ｖ）關(guān)教師簽名：腐於％學(xué)位論文作者簽名：１乳飛／日於日期：＞年＂月以丨１日期：丨７年ｆ月洗了西南交通大學(xué)博士學(xué)位論文創(chuàng)新性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其它個人或集體已經(jīng)發(fā)表或

4、撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中做了明確的說明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。本學(xué)位論文的主要創(chuàng)新點(diǎn)如下：（1）揭示了微觀尺度下軟材料對牙釉質(zhì)磨粒磨損的影響機(jī)制（第三章）選用硬度遠(yuǎn)低于牙釉質(zhì)的鋁球與黃銅球，通過單次劃痕磨損實(shí)驗(yàn)考察了軟材料對牙釉質(zhì)磨粒磨損的影響規(guī)律，進(jìn)而通過微觀磨損實(shí)驗(yàn)揭示了軟材料磨損牙釉質(zhì)的內(nèi)在機(jī)理。研究表明，單次磨損工況下，牙釉質(zhì)可以被硬度比其低的軟材料磨損并在對磨副上發(fā)現(xiàn)牙釉質(zhì)磨屑的存在，軟材料對牙釉質(zhì)的磨損形式主要表現(xiàn)為磨粒磨損和粘

5、著磨損。牙釉質(zhì)磨損產(chǎn)生的條件是加載在牙齒上的咀嚼應(yīng)力超過牙釉質(zhì)羥基磷灰石顆粒間蛋白質(zhì)層的粘結(jié)力，使蛋白質(zhì)發(fā)生破壞，從而引起羥基磷灰石顆粒的脫落。該研究初步探索了牙釉質(zhì)的微觀磨損機(jī)制，為后續(xù)開展的牙釉質(zhì)納米磨損的機(jī)理研究提供了參考。同時也為建立牙釉質(zhì)微觀磨損和古生物飲食習(xí)慣之間的聯(lián)系奠定了基礎(chǔ)，使得古生物飲食重建成為可能。（2）發(fā)現(xiàn)了納觀尺度下牙釉質(zhì)羥基磷灰石顆粒的三種損傷行為，揭示了牙釉質(zhì)的納米磨損機(jī)制。（第四章）羥基磷灰石顆粒基于不同載荷以及受力方式形成去除、變形以及細(xì)化三種損傷模式。首先，當(dāng)外

6、加載荷超過羥基磷灰石顆粒間的蛋白粘結(jié)力時，顆粒從牙釉質(zhì)表面脫落形成去除；其次，當(dāng)羥基磷灰石顆粒垂直方向上的蛋白質(zhì)粘結(jié)層變形或斷裂時，由于顆粒下方間隙的存在，顆粒受力向下壓縮，形成變形；最后，當(dāng)加載在牙釉質(zhì)上的接觸壓力超過羥基磷灰石納米球顆粒間的氫鍵粘結(jié)力時，羥基磷灰石顆粒發(fā)生破碎，并最終碎裂成20nm左右的納米球結(jié)構(gòu)，形成細(xì)化。該研究揭示了牙釉質(zhì)的納米磨損機(jī)理，對材料科學(xué)、生物摩擦學(xué)到進(jìn)化生物學(xué)以及牙科學(xué)都有廣泛的意義。（3）闡明了輕度酸蝕后牙釉質(zhì)表面羥基磷灰石顆粒排列取向?qū)ζ淞W(xué)及摩擦磨損性能的

7、影響機(jī)理。（第五章）１Ｍ１ｍｉｎ后，觀測了牙釉質(zhì)表面羥基磷采用０．００檸檬酸對牙釉質(zhì)進(jìn)行輕度酸蝕灰石顆粒的排列取向，研宄了羥基磷灰石顆粒排列取向?qū)ζ淞W(xué)及摩擦磨損性能的影響。研宄結(jié)果表明，，在微觀尺度下羥基磷灰石顆粒在咬合面和剖面以不同的排列?。崳娤驑?gòu)成外層牙釉質(zhì)的釉柱與釉間質(zhì)。通過對比這兩種不同取向輕基磷灰石顆粒的力學(xué)性能和摩擦磨損性能，發(fā)現(xiàn)長軸方向平行于磨損表面的羥基磷灰石顆粒具有更高的硬。利度和彈性模量，并表現(xiàn)出更好的摩擦磨損性能用牙釉質(zhì)的微納磨損機(jī)制對不同?。崳娤蛄u基磷

8、灰石顆粒進(jìn)行受力分析，闡述了不同排列羥基磷灰石顆粒對其力學(xué)及摩擦磨損性能的內(nèi)在影響機(jī)理。學(xué)位論文作者簽名：曰期：ＭＵ西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文第I頁摘要牙釉質(zhì)作為人體內(nèi)最堅(jiān)硬的礦化組織覆蓋在牙齒的最外層，它有著卓越的耐磨性以及抗斷裂性能。即使經(jīng)歷數(shù)億次循環(huán)的咀嚼磨損，牙釉質(zhì)僅以極其有限的損傷來分散大部分的咀嚼應(yīng)力，從而避免了牙齒的斷裂失效。牙釉質(zhì)優(yōu)異的力學(xué)性能與其有序排列的結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜的化學(xué)成分密不可分。隨著顯微觀測技術(shù)和納米壓痕技術(shù)的快速發(fā)展，近年來牙釉質(zhì)的多