多尺度二硅酸锂微晶玻璃结构调制及其强韧化机理

Lithium disilicate glass ceramic （LDGC） is a potential dental restoration material, but its brittleness limits the service life. The purpose of this project is to reinforce this LDGC with large size Li2Si2O5 grain crystallized in glass matrix. In order to produce multi-scale Li2Si2O5 grains，high-voltage electric field is applied to promote the devitrification process during heat treatment, as the ion migration and phase separation of glass would be induced by electric field. Then the LDGC could be strengthened by small size Li2Si2O5 grains and toughened by large size Li2Si2O5 grains, meanwhile, since there is no hetero interface, the translucency would not be damaged. To demonstrate the effect of electric field on the evolution of glass structure and the ionic migration, the influence of heat treatment and electric field on the crystallization behaviour of LDGC is systematically studied, providing theory basis for generation of controllable multi-scales of LDGC. The mechanism of enhancing the toughness of LDGC is clarified by analysing the mechanical properties of LDGCs with different microstructures. All the results above will provide a new idea for preparation of high-performance LDGC and lay a foundations for its widely application in clinical practice.

二硅酸锂微晶玻璃是极富应用潜力的齿科修复材料，但其固有脆性影响其使用寿命，对其增强增韧是当前研究主要目标。本项目提出Li2Si2O5晶粒同质增韧的思路，拟在玻璃热处理过程中引入高压电场，利用电场力对离子迁移及玻璃分相过程的作用，影响玻璃析晶过程，形成多尺度晶粒分布微观结构。通过小尺寸晶粒构建高强度玻璃基体，大尺寸晶粒实现自体增韧，从而提高材料性能，同时不影响该材料的半透性。研究在不同热处理和电场参数下材料析晶行为的变化及微观结构演变规律，分析电场辅助析晶的过程特征，阐明电场对玻璃结构的影响及对阳离子的作用机理，建立析晶动力学模型，揭示电场参数对析晶行为的影响，为多尺度晶粒分布微晶玻璃的可控制备提供理论依据；研究不同微观结构下材料力学性能的变化规律，揭示多尺度晶粒分布的强韧化机理。本项目的实施可为高性能二硅酸锂微晶玻璃的制备提供理新的思路和方法，并为其在临床上更广泛的应用奠定基础。

二硅酸锂微晶玻璃是极富应用潜力的齿科修复材料，针对其脆性较大的固有缺点，本项目提出Li2Si2O5晶粒同质增韧的思路，对其进行增强增韧，提高其使用可靠性。在玻璃热处理过程中引入高压电场，利用电场力对离子迁移及玻璃分相过程的作用，影响玻璃析晶过程，形成多尺度晶粒分布微观结构。通过小尺寸晶粒构建高强度玻璃基体，大尺寸晶粒实现自体增韧，从而提高材料性能，同时不影响该材料的半透性。研究在不同热处理和电场参数下材料析晶行为的变化及微观结构演变规律，分析电场辅助析晶的过程特征，阐明电场对玻璃结构的影响及对阳离子的作用机理，建立析晶动力学模型，揭示电场参数对析晶行为的影响，为多尺度晶粒分布微晶玻璃的可控制备提供理论依据；研究不同微观结构下材料力学性能的变化规律，揭示多尺度晶粒分布的强韧化机理。本项目的实施可为高性能二硅酸锂微晶玻璃的制备提供理新的思路和方法，并为其在临床上更广泛的应用奠定基础。发表SCI收录论文3~5篇，申报国家发明专利1~2项，培养研究生1~3名。