一种试样加载装置及牙科陶瓷材料腐蚀弯曲疲劳实验装置

1.本实用新型属于口腔学的基础研究领域，涉及一种试样加载装置及牙科陶瓷材料腐蚀弯曲疲劳实验装置。


背景技术：

2.牙科陶瓷材料以其出色的机械性能、良好的生物相容性和优异的美学效果，越来越多地应用于口腔固定义齿修复领域。牙科陶瓷的使用寿命，是人们密切关注的问题。已有研究表明，牙科陶瓷属于脆性材料，其韧性较差，在咀嚼力和潮湿环境长期作用下，会发生疲劳断裂。目前对于牙科陶瓷的寿命评估，主要集中在临床回顾性研究和体外研究两个方面。临床回顾性研究是评价牙科陶瓷寿命的金标准，但由于其实验周期长，个体差异性较大，受试者还存在脱落、退出和失访等风险，这些缺点给临床回顾性研究牙科陶瓷寿命带了很大的困难。因此，人们通常通过体外实验来研究牙科陶瓷的疲劳寿命。
3.考虑到固定义齿修复体在口内的实际受力情况，人们一般采用弯曲强度（三点弯曲或四点弯曲）作为评价牙科陶瓷静态力学性能的重要指标。然而，牙科陶瓷在口腔内服役时，不仅会受到咀嚼力的循环作用，还会受到唾液、温度等多重因素的影响，即温热、潮湿环境会对牙科陶瓷的疲劳寿命产生重要的影响，牙科陶瓷在口内发生的折裂现象，是多因素作用下的动态循环疲劳失效过程。
4.已有研究表明，牙科陶瓷的疲劳寿命对其表面裂纹的尺寸和分布情况非常敏感，国际牙科陶瓷标准iso6872: 2015规定，用于评价牙科陶瓷弯曲强度和疲劳寿命的试样，其表面粗糙度应小于0.6μm。样品和测试压头都相对光滑，在动态循环疲劳实验中样品容易出现滑落现象，一般动态循环疲劳实验的试验周期较长，一旦待测试样滑落，即导致实验失败，严重影响了试验的进展。另外，牙科陶瓷属于脆性材料，如果使用夹具固定夹持会造成材料断裂或产生裂纹，同时现有的实验装置无法模拟口腔内的温热、潮湿环境，导致实验结果偏离样品实际使用情况。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种试样加载装置及牙科陶瓷材料腐蚀弯曲疲劳实验装置，从而解决现有牙科陶瓷材料在腐蚀弯曲疲劳实验中容易滑落，无法模拟口腔内的温热、潮湿环境的技术问题。
6.本实用新型是通过以下技术方案来实现：
7.一种试样加载装置，包括顶端开口的环境模拟仓；所述环境模拟仓内部设置有两个支撑座；所述两个支撑座上均固定设置有限位单元；
8.所述限位单元包括一个第一限位组件和一个第二限位条，所述第一限位组件包括两个限位块；在进行牙科陶瓷材料腐蚀弯曲疲劳实验时，待测试样的两端分别放置在两个支撑座上，并设置在两个限位块以及第二限位条组成的限位区域内；
9.所述环境模拟仓上设置有加热组件。
10.优选的，所述限位块与待测试样之间设有第一间隙部。
11.优选的，所述第二限位条与待测试样之间设有第二间隙部。
12.优选的，所述环境模拟仓的内部设置有基台，所述两个支撑座设置在所述基台上，并与所述基台可拆卸连接设置。
13.优选的，所述基台上设置有标尺。
14.优选的，所述两个支撑座上均固定设置有支撑件；所述待测试样设置在支撑件上；所述支撑件与待测试样接触的一侧为圆弧面。
15.优选的，所述环境模拟仓的侧壁上还设置有温度感应器，所述温度感应器的感应探头位于环境模拟仓的内部。
16.优选的，所述环境模拟仓一个侧壁的材质为透明玻璃。
17.优选的，所述环境模拟仓侧壁的底部还设置有出水管。
18.一种牙科陶瓷材料腐蚀弯曲疲劳实验装置，包括上述的试样加载装置。
19.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
20.一种试样加载装置，包括有两个限位块和一个第二限位条，在进行实验时，待测试样的两端分别置于两个支撑座上，并通过两个限位块和第二限位条对待测试样起到限位作用，有效避免了在长期试验过程中样品的滑落，同时通过环境模拟仓，可以将待测试样浸泡在模拟的试验液中，并通过加热组件对环境模拟仓内部的试验液进行加热，以模拟真实的口腔环境中。该装置结构简单、设计合理，可有效避免在试验过程中样品从支撑座上滑落导致试验的失败，同时通过环境模拟仓可以将待测样品浸泡在试验液中，并利用加热组件对试验液进行加热，以模拟真实的口腔环境，使得试验过程以及试验结果更加符合待测试样的实际使用环境，提高了试验的成功率以及准确度，提高了试验效率。
21.进一步的，限位块和第二限位条与待测试样之间均设置有间隙部，避免了在腐蚀弯曲疲劳实验过程中，限位块和第二限位条对待测试样的影响。
22.进一步的，两个支撑座与基台可拆卸连接设置，使得两个支撑座在基台上的位置可调，实现了对不同尺寸试样更强的兼容性。
23.进一步的，标尺的设置使得在腐蚀弯曲疲劳实验过程中，使得待测样品以及冲头的对中更加便捷也更加精准。
24.进一步的，支撑件上、与待测试样接触的一侧为圆弧面，该圆弧面可有效减少应力的集中，提高试验结果的准确性。
25.进一步的，温度感应器使得环境模拟仓内腐蚀介质的温度可以实时观测，便于对环境模拟仓内腐蚀介质的温度进行调节控制，有效满足试验需求。
26.进一步的，环境模拟仓的一个侧壁的材质为透明玻璃，以便于对内部试验情况进行观测，确保试验的顺利进行。
27.进一步的，出水管的设置便于排出环境模拟仓中的试验液，并便于对实验舱进行清理维护。
附图说明
28.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被
看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
29.图1为本实用新型中一种试样加载装置的结构示意图；
30.图2为本实用新型中限位单元的俯视结构示意图。
31.其中：1、加热组件，2、冲头，3、透明玻璃，4、螺母，5、环境模拟仓，6、待测试样，7、基台，8、标尺，9、支撑座，10、支撑件，11、限位块，12、第二限位条，13、温度感应器，14、出水管。
具体实施方式
32.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
33.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
34.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
35.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
37.在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
38.下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
39.如图1所述，一种试样加载装置，包括顶端开口的环境模拟仓5以及设置在环境模拟仓5内部的两个支撑座9和加热组件1；两个支撑座9之间具有一定的距离，并未接触。
40.如图2所示，两个支撑座9上均固定设置有限位单元，两个支撑座9上的限位单元镜像对称设置；限位单元包括一个第一限位组件和一个第二限位条12，所述第一限位组件包括两个限位块11；在进行牙科陶瓷材料腐蚀弯曲疲劳实验时，待测试样6的两端分别放置在两个支撑座9上，并设置在两个限位块11以及第二限位条12组成的限位区域内；优选的，两
个限位块11和第二限位条12的限位方向相互垂直；限位块11和第二限位条12与待测试样6之间均设置有间隙部，该间隙部可以是1cm，该间隙部的设置避免了在腐蚀弯曲疲劳实验过程中，限位块和第二限位条对待测试样的影响。另外，环境模拟仓5的底部设置有基台7，两个支撑座9与基台7可拆卸连接设置，优选的，两个支撑座9与所述基台7通过螺栓紧固连接，两个支撑座9在基台7上的位置可调，实现了对不同尺寸试样更强的兼容性。基台7上设置有标尺8，因为在腐蚀弯曲疲劳实验过程中冲头2要加载在待测试样6的中间，而且待测试样6要放置在两个支撑座9的中间，因此，标尺8的设置使得待测试样与冲头2的对中更加便捷也更加精准。
41.优选的，两个支撑座9上均固定设置有支撑件10，待测试样6设置在支撑件10上；支撑件10与待测试样6接触设置；支撑件10上、与待测试样接触的一侧为圆弧面，可有效减少应力的集中。
42.进一步优选的，为了实现腐蚀弯曲疲劳实验过程中腐蚀介质温度的可控，该装置还包括有温控组件，温控组件与加热组件1电连接，实现了装置的可控操作。
43.另外，在本实用新型的另一实施例中环境模拟仓5的侧壁上还设置有温度感应器13，温度感应器13的感应探头位于环境模拟仓5的内部。该温度感应器13使得环境模拟仓内腐蚀介质的温度可以实时观测，便于对环境模拟仓内腐蚀介质的温度进行控制。
44.为了对腐蚀弯曲疲劳实验过程中环境模拟仓5内部试验情况进行观测，环境模拟仓5一个侧壁的材质为透明玻璃，其余为金属材料，或者其他的耐高温耐腐蚀材料。该透明玻璃的四周采用螺母4实现透明玻璃与环境模拟仓5其他侧壁的密封连接，防止环境模拟仓5内腐蚀介质的泄露。优选的，在本实用新型的另一实施例中，除了透明玻璃材质的侧壁，其余侧壁均设置有保温层，有效维持环境模拟仓5内部的温度。另外，环境模拟仓5侧壁的下方设置有出水管14，以便于对试验液的排出，也便于对环境模拟仓5进行维护和清理。
45.本实用新型中用到的加热组件1、温控组件、温度感应器13均购置于凯尔测控试验系统（天津）有限公司。
46.另外，本实用新型还公开一种牙科陶瓷材料腐蚀弯曲疲劳实验装置，包括本实用新型中的试样加载装置。
47.本实用新型中用到的加热组件1、温控组件、温度感应器13为一体化配件，即为成套组件，购置于凯尔测控试验系统（天津）有限公司，型号为ebm-01。
48.以三点弯曲试验为例，本实用新型的使用方法为：首先将待测试样6平放于两个支撑座9上、限位块11与第二限位条12之间，并对中调平，即与环境模拟仓5固定。向环境模拟仓5注入去离子水，清洗容器，冲洗完毕后，重新注入去离子水，并静置一段时间，以检查其密封性；密封性检验合格后，通过出水管14排出去离子水，再向环境模拟仓5中注入人工唾液，并使待测试样6浸入人工唾液中，对待测试样6进行弯曲疲劳加载检测试验。具体为降低疲劳实验机的冲头2，将待测试样6上端固定在施加有正弦波循环载荷的冲头2上，即试验机具备循环加载功能，以此模拟口内咀嚼运动，其循环加载方式、频率、载荷大小、加载头形状可根据模拟的不同情况进行调节，载荷的施加方式为正弦波模拟，即当冲头2与陶瓷材料表面接触时，力量由0逐渐增大到所设定的最大载荷，当冲头2与修复体表面开始脱离接触时，载荷再由最高值逐渐降低至0，并记录最终断裂时的循环加载次数。在腐蚀弯曲疲劳实验过程中，在环境模拟仓5的上部覆盖保鲜膜，阻止溶液蒸发和热量散失，以防液体蒸发对实验
设备的损害。
49.本实用新型中的试样加载装置既可以用于三点弯曲疲劳加载装置，也可适用于四点弯曲，通过控制加载温度、变换腐蚀介质，在体外模拟了口内环境，并在实施过程中通过设置试样限位件的方式，有效解决了陶瓷材料在高周次动态循环加载过程中的滑脱问题。经长期多次试验验证，该装置能够满足体外模拟口内环境的实际需求，为体外研究牙科陶瓷使用寿命提供一种有效的手段。
50.本实用新型提供的牙科陶瓷弯曲疲劳加载装置，通过对该疲劳实验机进行改造，在其工作段加装一个环境容器，为承受疲劳交变载荷的试样提供一种腐蚀介质的实验环境，并由温度控制器进行控制，从而可以研究牙科陶瓷在不同腐蚀介质中的体外疲劳寿命。本实用新型实施例提供一种用于牙科陶瓷材料弯曲疲劳加载装置，其在37℃温度下能够承受1-20hz频率交变载荷的牙科陶瓷的动态循环疲劳实验。该装置能够有效模拟口腔环境，弥补了原有设备的不足。同时，本方法易于实施，可行性较强。
51.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。