牙釉质微纳尺度下的摩擦磨损机制研究

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1、国内图书分类号：TH117.1密级：公开国际图书分类号：621西南交通大学博士研究生学位论文牙釉质微纳尺度下的摩擦磨损机制研究年级二○一三级姓名夏晶申请学位级别博士学位专业机械设计及理论指导教师钱林茂教授二○一七年六月ClassifiedIndex:TH117.1U.D.C:621SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationSTUDYONTRIBOLOGICALMECHANISMOFDENTALENAMELATMICROANDNANOSCA

2、LEGrade:2013Candidate:JingXiaAcademicDegreeAppliedfor:DoctorDegreeSpeciality:MechanicalDesignandTheorySupervisor:Prof.LinmaoQianJune,2017’西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并。本人授向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅或部分内容编入有关数据库进行检索

3、，可以权西南交通大学可以将本学位论文的全部等复制手段保存和汇编本学位论文。采用影印、缩印或扫描本学位论文属于；１．保密□，在年解密后适用本授权书。２．不保密适用本授权书“”（请在以上方框内打Ｖ）關教师签名：腐於％学位论文作者签名：１乳飞／日於日期：＞年＂月以丨１日期：丨７年ｆ月洗了西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或

4、撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中做了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：（1）揭示了微观尺度下软材料对牙釉质磨粒磨损的影响机制（第三章）选用硬度远低于牙釉质的铝球与黄铜球，通过单次划痕磨损实验考察了软材料对牙釉质磨粒磨损的影响规律，进而通过微观磨损实验揭示了软材料磨损牙釉质的内在机理。研究表明，单次磨损工况下，牙釉质可以被硬度比其低的软材料磨损并在对磨副上发现牙釉质磨屑的存在，软材料对牙釉质的磨损形式主要表现为磨粒磨损和粘

5、着磨损。牙釉质磨损产生的条件是加载在牙齿上的咀嚼应力超过牙釉质羟基磷灰石颗粒间蛋白质层的粘结力，使蛋白质发生破坏，从而引起羟基磷灰石颗粒的脱落。该研究初步探索了牙釉质的微观磨损机制，为后续开展的牙釉质纳米磨损的机理研究提供了参考。同时也为建立牙釉质微观磨损和古生物饮食习惯之间的联系奠定了基础，使得古生物饮食重建成为可能。（2）发现了纳观尺度下牙釉质羟基磷灰石颗粒的三种损伤行为，揭示了牙釉质的纳米磨损机制。（第四章）羟基磷灰石颗粒基于不同载荷以及受力方式形成去除、变形以及细化三种损伤模式。首先，当外

6、加载荷超过羟基磷灰石颗粒间的蛋白粘结力时，颗粒从牙釉质表面脱落形成去除；其次，当羟基磷灰石颗粒垂直方向上的蛋白质粘结层变形或断裂时，由于颗粒下方间隙的存在，颗粒受力向下压缩，形成变形；最后，当加载在牙釉质上的接触压力超过羟基磷灰石纳米球颗粒间的氢键粘结力时，羟基磷灰石颗粒发生破碎，并最终碎裂成20nm左右的纳米球结构，形成细化。该研究揭示了牙釉质的纳米磨损机理，对材料科学、生物摩擦学到进化生物学以及牙科学都有广泛的意义。（3）阐明了轻度酸蚀后牙釉质表面羟基磷灰石颗粒排列取向对其力学及摩擦磨损性能的

7、影响机理。（第五章）１Ｍ１ｍｉｎ后，观测了牙釉质表面羟基磷采用０．００柠檬酸对牙釉质进行轻度酸蚀灰石颗粒的排列取向，研宄了羟基磷灰石颗粒排列取向对其力学及摩擦磨损性能的影响。研宄结果表明，，在微观尺度下羟基磷灰石颗粒在咬合面和剖面以不同的排列取向构成外层牙釉质的釉柱与釉间质。通过对比这两种不同取向轻基磷灰石颗粒的力学性能和摩擦磨损性能，发现长轴方向平行于磨损表面的羟基磷灰石颗粒具有更高的硬。利度和弹性模量，并表现出更好的摩擦磨损性能用牙釉质的微纳磨损机制对不同取向羟基磷

8、灰石颗粒进行受力分析，阐述了不同排列羟基磷灰石颗粒对其力学及摩擦磨损性能的内在影响机理。学位论文作者签名：曰期：ＭＵ西南交通大学博士研究生学位论文第I页摘要牙釉质作为人体内最坚硬的矿化组织覆盖在牙齿的最外层，它有着卓越的耐磨性以及抗断裂性能。即使经历数亿次循环的咀嚼磨损，牙釉质仅以极其有限的损伤来分散大部分的咀嚼应力，从而避免了牙齿的断裂失效。牙釉质优异的力学性能与其有序排列的结构以及复杂的化学成分密不可分。随着显微观测技术和纳米压痕技术的快速发展，近年来牙釉质的多