《口腔材料學》教學PPT

《口腔材料學》教學PPT,口腔材料學,口腔,材料,教學,PPT 口腔材料學口腔材料學 Dental Materials Dental Materials 北京大學口腔醫(yī)學院北京大學口腔醫(yī)學院口腔材料研究室口腔材料研究室主要內容一、前言一、前言二、口腔材料的物理性能二、口腔材料的物理性能三、口腔材料的機械性能三、口腔材料的機械性能前 言（Preface）口腔材料學口腔材料學是以口腔醫(yī)學、化學、物理學、工程學等多種是以口腔醫(yī)學、化學、物理學、工程學等多種學科為基礎的邊緣學科。其研究內容涉及材料的成分、結學科為基礎的邊緣學科。其研究內容涉及材料的成分、結構及性能，是口腔醫(yī)學的重要組成部分。構及性能，是口腔醫(yī)學的重要組成部分?？谇会t(yī)學與其他醫(yī)學不同，在口腔醫(yī)學的大部分臨床治療口腔醫(yī)學與其他醫(yī)學不同，在口腔醫(yī)學的大部分臨床治療中都離不開口腔材料的選擇和使用。中都離不開口腔材料的選擇和使用。口腔醫(yī)療活動與口腔口腔醫(yī)療活動與口腔材料的使用幾乎是密不可分的。材料的使用幾乎是密不可分的?？谇徊牧系陌l(fā)展簡史口腔材料的發(fā)展簡史25002500年前，金合金用于固定修復年前，金合金用于固定修復我國早在唐代就有用銀膏補牙的記載我國早在唐代就有用銀膏補牙的記載1818世紀開始，口腔醫(yī)學的發(fā)展加快世紀開始，口腔醫(yī)學的發(fā)展加快1818世紀末世紀末1919世紀初，口腔材料的研究也有了較大發(fā)展世紀初，口腔材料的研究也有了較大發(fā)展1919世紀中葉，對銀汞合金的研究首次引起了人們對口腔材料科學的極大世紀中葉，對銀汞合金的研究首次引起了人們對口腔材料科學的極大興趣興趣1919世紀中葉，金箔、陶瓷、水門汀、硫化橡膠等相繼被用到口腔治療中世紀中葉，金箔、陶瓷、水門汀、硫化橡膠等相繼被用到口腔治療中2020世紀，合成高分子材料開始應用到口腔醫(yī)學領域并得到飛速發(fā)展，口世紀，合成高分子材料開始應用到口腔醫(yī)學領域并得到飛速發(fā)展，口腔材料學開始形成一門獨立的學科腔材料學開始形成一門獨立的學科口腔材料的分類口腔材料的分類按用途分類印模材料、模型材料、包埋材料、義齒材料、充填材料、粘接材料、種植材料、輔助材料、切削研磨材料、預防保健材料按材料的性質分類金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料口腔材料的分類口腔材料的分類按材料的應用部位分類非植入人體材料植入人體材料按材料與口腔組織的接觸方式分類直接暫時接觸、直接長期接觸、間接接觸學習口腔材料學的目的掌握材料科學的基本原理了解材料的主要性能特點熟悉材料的基本評價方法合理使用口腔材料正確評價口腔材料創(chuàng)新改進口腔材料目 標第一章第一章 口腔材料的性能口腔材料的性能（Properties of Dental Materials）第一節(jié) 物理性能（Physical properties）一.尺寸變化（dimensional change）二.熱膨脹（thermal expansion）三.導熱性（thermal conductivity）四.表面張力（surface tension）和表面能（surface energy）五.流電性（galvanism）第一節(jié) 物理性能（Physical properties）一.尺寸變化（dimensional change）=L L0L0e100%影響口腔材料尺寸變化的因素內部結構 水門汀、銀汞合金、復合樹脂、石膏、印模材外部環(huán)境 口腔環(huán)境溫度、室溫、鑄造溫度外力作用 咀嚼力、就位力、摩擦力、沖擊力在應用過程中的尺寸變化率。以原長的百分比表示L 變化后的長度，mmL0 原長，mm口腔材料尺寸穩(wěn)定性對于的臨床意義：口腔材料尺寸穩(wěn)定性對于的臨床意義：印模材料、模型材料印模材料、模型材料 修復體精度修復體精度 充填材料充填材料 充填體與窩洞密合性充填體與窩洞密合性 微漏、繼發(fā)齲微漏、繼發(fā)齲影響影響影響影響二.熱膨脹（thermal expansion）二.熱膨脹（thermal expansion）=L2 L1L0(T2 T1)aa-溫度T1至T2的平均線脹系數(shù)L0-環(huán)境溫度時試樣的長度，mmT1-測量開始溫度，T2-測量結束溫度，L1-溫度為T1時，試樣的長度，mmL2-溫度為T2時，試樣的長度，mm平均線脹系數(shù)（average linear coefficient of thermal expansion）在確定的溫度范圍內，溫度平均升高一度，物體單位長度產生的變化。單位：單位：1010-6-6K K-1-1 熱膨脹儀 熱膨脹系數(shù)測量溫度位移熱膨脹系數(shù)對臨床應用的影響包埋材料的熱膨脹系數(shù)可以補償金屬鑄造收縮包埋材料的熱膨脹系數(shù)可以補償金屬鑄造收縮充填體與牙體熱膨脹系數(shù)的差別會影響治療效果充填體與牙體熱膨脹系數(shù)的差別會影響治療效果三.導熱性（thermal conductivity）傳熱的三種基本形式三.導熱性（thermal conductivity）傳熱的三種基本形式三.導熱性（thermal conductivity）輻輻輻輻 射（射（射（射（radiationradiation）由電磁波傳遞能量的現(xiàn)象。由電磁波傳遞能量的現(xiàn)象。對對對對 流（流（流（流（convectionconvection）在液體或氣體中，因流體的流動而引起的熱量轉移。在液體或氣體中，因流體的流動而引起的熱量轉移。傳熱的三種基本形式 當物體中有溫差時，或兩個不同溫度的物體接觸時，當物體中有溫差時，或兩個不同溫度的物體接觸時，因物體中分子、電子等微觀運動所引起的熱量轉移過程。因物體中分子、電子等微觀運動所引起的熱量轉移過程。導導導導 熱（熱（熱（熱（heat conductionheat conduction）導熱系數(shù) （coefficient of thermal conductivity）導熱系數(shù)是量度材料導熱能力的物理量。導熱系數(shù)的物理意義：單位溫度梯度下的熱流密度。單位：J/（cmsec）焦耳/（厘米 秒度）當物體中有溫差時，或兩個不同溫度的物體接當物體中有溫差時，或兩個不同溫度的物體接觸時，因物體中原子、分子、電子等微觀運動所引觸時，因物體中原子、分子、電子等微觀運動所引起的熱量轉移過程。起的熱量轉移過程。導導導導 熱（熱（熱（熱（heat conductionheat conduction）導導 熱熱 導熱系數(shù)高的材料導熱快，傳遞的熱量多，易對牙齒產生冷熱刺激。因此，采用此類材料充填時，須采用導熱系數(shù)低的材料墊底。四.表面張力（surface tension）和表面能（surface energy）四.表面張力（surface tension）和表面能（surface energy）表面張力：作用于液體表面的力,趨向于使液體的表面積縮至最小。單位：牛頓/米（N/m）表面能：要將液體內部的分子移到表面層來，就要克服引力做功。這就意味著表面層內的分子具有更大的勢能，這種勢能叫做表面能。單位：焦耳/米2圖1-2 一般，表面張力是指一般，表面張力是指液體液體與與氣體氣體或或液體液體與與固體固體之間的表之間的表面張力。面張力。固體表面的潤濕固體表面的潤濕潤濕現(xiàn)象及潤濕角潤濕現(xiàn)象及潤濕角 液體在固體表面上鋪展的現(xiàn)象，稱為潤濕。液體在固體表面上鋪展的現(xiàn)象，稱為潤濕。潤濕現(xiàn)象不僅影響自然界中動、植物的種種生命活動，潤濕現(xiàn)象不僅影響自然界中動、植物的種種生命活動，對人類的生活與生產也起著重要作用。對人類的生活與生產也起著重要作用。例如塑料表面的印刷，聚合物與其他材料的粘結，機械例如塑料表面的印刷，聚合物與其他材料的粘結，機械的潤滑，以及去污、乳化、分散等，都與潤濕現(xiàn)象密切的潤滑，以及去污、乳化、分散等，都與潤濕現(xiàn)象密切有關。有關。潤濕作用涉及氣、液、固三相潤濕作用涉及氣、液、固三相將一液滴滴在固體表面上將一液滴滴在固體表面上形成圖示的形狀。形成圖示的形狀。在固在固-液液-氣三相界面上，固氣三相界面上，固-氣的界面張力為氣的界面張力為 SGSG，固，固-液液的界面張力為的界面張力為 SLSL，氣，氣-液的界面張力為液的界面張力為 LGLG。在三相交界處自固在三相交界處自固-液界面經過液體內部到氣液界面經過液體內部到氣-液界面的液界面的夾角叫潤濕角，以夾角叫潤濕角，以 表示。表示。則三相界面張力則三相界面張力 SGSG、SLSL、LGLG服從下面的服從下面的YoungYoung方程：方程：SGSG=SLSL+LG LG coscos YoungYoung方程是研究液方程是研究液-固潤濕作用的基礎。固潤濕作用的基礎。潤濕和不潤濕通常采用潤濕角進行定量描述潤濕和不潤濕通常采用潤濕角進行定量描述當當 909090 時稱為不潤濕，時稱為不潤濕，角越大，潤濕性越不角越大，潤濕性越不好，液體越不容易在固體表面上鋪展開，而好，液體越不容易在固體表面上鋪展開，而越容易收縮至接近呈圓球狀。越容易收縮至接近呈圓球狀。當當=0=0 或或180180 時，則分別稱為完全潤濕和完時，則分別稱為完全潤濕和完全不潤濕。全不潤濕。由由YoungYoung方程式可得：方程式可得：coscos =(=(s-gs-g s-ls-l)/)/l-gl-g 上式表明潤濕角的大小與三相界面張力之間的定量關系。上式表明潤濕角的大小與三相界面張力之間的定量關系。凡是能引起任一界面張力變化的因素都能影響固體表面的潤濕性。凡是能引起任一界面張力變化的因素都能影響固體表面的潤濕性。當當 s-gs-g s-l s-l 時，則時，則coscos 00，9090，此時為潤濕；而且，此時為潤濕；而且 s-gs-g和和 s-ls-l相差越相差越大，大，角越小，潤濕性越好。角越小，潤濕性越好。當當 s-gs-g s-ls-l時，則時，則coscos 09090，此時不潤濕；當，此時不潤濕；當 s-ls-l越大和越大和 s-gs-g越小越小時，時，角越大，不潤濕程度也越嚴重。角越大，不潤濕程度也越嚴重。在生產上可以通過改變三個相界面上的在生產上可以通過改變三個相界面上的 值來調整潤濕角。值來調整潤濕角。若加入一種使若加入一種使 l-g和和 s-l減小的表面活性物質，可使減小的表面活性物質，可使 減小，潤濕程度減小，潤濕程度增大；反之，若加入某種使增大；反之，若加入某種使 增大的表面惰性物質，可使增大的表面惰性物質，可使 增大，潤增大，潤濕程度降低。濕程度降低。例如在澆鑄工藝中，熔融金屬和模子間的潤濕程度直接關系著澆鑄例如在澆鑄工藝中，熔融金屬和模子間的潤濕程度直接關系著澆鑄質量。若潤濕性不好，鐵水不能與模型吻合，則所得的鑄件在尖角質量。若潤濕性不好，鐵水不能與模型吻合，則所得的鑄件在尖角處呈圓形，反之，若潤濕性太強處呈圓形，反之，若潤濕性太強(即即 角很小角很小)，則金屬較容易滲入，則金屬較容易滲入模型縫隙而形成不光滑的表面。為了調節(jié)潤濕程度，可在鋼液中加模型縫隙而形成不光滑的表面。為了調節(jié)潤濕程度，可在鋼液中加入適量的硅，以改變界面張力，得到合適的入適量的硅，以改變界面張力，得到合適的 角。角。潤濕作用可以從分子間的作用力來分析潤濕作用可以從分子間的作用力來分析潤潤濕濕與與否否取取決決于于液液體體分分子子間間相相互互吸吸引引力力(內內聚聚力力)和和液液固固分分子子間間吸吸引引力力(粘粘附附力力)的的相相對對大大小小。若若后后者者較較大大，則則液液體體在在固固體體表表面面鋪鋪展展，呈呈潤潤濕濕；若前者占優(yōu)勢則不鋪展，呈不潤濕。若前者占優(yōu)勢則不鋪展，呈不潤濕。接觸角的測定方法接觸角的測定方法（1 1）停滴法）停滴法在光滑、均勻、水平的固體表面上放一小液滴，在光滑、均勻、水平的固體表面上放一小液滴，因液滴很小，重力作用可忽略。因液滴很小，重力作用可忽略。將液滴視作球形的一部分，測出液滴高度將液滴視作球形的一部分，測出液滴高度h h與與底寬底寬2r2r。由簡單的幾何分析可求出。由簡單的幾何分析可求出。（2）吊片法吊片法將表面光滑、均勻的固體薄片垂直插入液體中，將表面光滑、均勻的固體薄片垂直插入液體中，如果液體能夠潤濕此固體，則將沿薄片平面上如果液體能夠潤濕此固體，則將沿薄片平面上升。升高值升。升高值h與接觸角與接觸角 之間的關系為：之間的關系為：sin =1 (gh22 LG)在已知在已知 LG的條件下，不難由上式求出的條件下，不難由上式求出。由于表面粗糙引起的滯后由于表面粗糙引起的滯后（1）當）當90時，表面粗糙化將使接觸角變大。時，表面粗糙化將使接觸角變大。潤濕性更差。潤濕性更差。五.流電性（galvanism）鋁冠的電位：1.33V金冠的電位：-1.26V鋁冠與金冠接觸即產生電流流電現(xiàn)象產生的原理與原電池的原理相同。流電性：在口腔環(huán)境中異種修復體相接觸時，由于不同金屬之間的電位不同，所產生的電位差，導致電流產生，稱為流電性。一.尺寸變化（dimensional change）二.熱膨脹（thermal expansion）三.導熱性（thermal conductivity）四.表面張力（surface tension）和表面能（surface energy）五.流電性（galvanism）小結：小結：第二節(jié) 機械性能（Mechanical properties）一.應力（stress）二.應變（strain）三.應力應變曲線（stressstrain curve）四.延伸率（percentage elongation）和 壓縮率（percentage compression）五.回彈性（resilience）和韌性（toughness）六.硬度（hardness）七.蠕變（creep）八.斷裂韌性（fracture toughness）九.耐磨性能（abrasion resistance）第二節(jié) 機械性能（Mechanical properties）一.應力（stress）當物體受到外力作用，其單位面積上所受到的內力稱為應力。平均應力平均應力平均應力平均應力：=FS點的應力點的應力點的應力點的應力：=D DF FD DS SlimD DS S 0=d dF FdSdSs：應力,MPaD DF F：作用在微元面積上的力,ND DS S：微元面積,mm2 ：應力,MPaF F：作用在截面上的力,NS S：截面積,mm2拉伸或壓縮（tension or compression）由大小相等、方向相反、作用線與桿件軸線重合的一對力引起，表現(xiàn)為桿件的長度發(fā)生伸長或縮短。拉應力拉應力（tensile stresstensile stress）壓應力壓應力（compressive stresscompressive stress）t t=QAA ：剪切面積：剪切面積:大小相等、方向相反、作用線相距很近的一對力。大小相等、方向相反、作用線相距很近的一對力。剪切力剪切力 Q剪切應力（shear stress）剪 切（shear）由大小相等、方向相反、作用線平行于被剪切面，且距離很近的一對力引起，表現(xiàn)為受剪物體的兩部分沿外力作用方向發(fā)生相對錯動。PPPQA牛牙-復合樹脂粘接剪切試件二.應變（strain）物體受力時單位長度的變化。正應正應正應正應變變變變：e e=D DL LL Le e ：應變，無量綱L L：原長，mmD DL L：受力時的長度增量，mm線變形與剪切變形，這兩種變形程度的度量分別稱為“正應變”和“切應變”,分別用和表示。微元的伸長量du與微元dx的比值就是x方向的正應變x，而切應變則就是直角改變量，在圖中即為+。應力應變曲線（stressstrain curve）在以應力為縱坐標，應變?yōu)闄M坐標的坐標系中做成的曲線。三.應力應變曲線（stressstrain curve）abcdese p p e e0a 點：點：比例極限比例極限比例極限比例極限(proportional limit)(proportional limit)p p b b點：點：點：點：彈彈彈彈性極限性極限性極限性極限(elastic limit)(elastic limit)e e1.1.1.1.彈性階段應力應變曲線(stress-strain diagram)材料在拉伸時的機械性質彈性極限（elastic limit）除去外力后，變形尺寸能全回復時材料所能承受的最大應力。比例極限（proportional limit）在彈性變形范圍內，應力與應變成正比關系的最大應力。彈性模量（彈性模量（P6）根據(jù)比例極限的定義可知，在比例極限以下的部分，材料根據(jù)比例極限的定義可知，在比例極限以下的部分，材料的應力與應變之間符合虎克定律所表示的正比關系，即的應力與應變之間符合虎克定律所表示的正比關系，即 E 其中，其中，E E稱為材料的彈性模量，稱為材料的彈性模量，又稱楊氏模量，或者材料又稱楊氏模量，或者材料的剛度，表示材料抵抗彈性變形的能力，其值愈大，則在的剛度，表示材料抵抗彈性變形的能力，其值愈大，則在相同的應力下產生的彈性變形就愈小。相同的應力下產生的彈性變形就愈小。材料在拉伸時的機械性質C段內的最低應力稱為：屈服強度屈服強度(yield strengthyield strength)s ss s 屈服極限屈服極限(yield limityield limit)abcdese p p e e s s02.屈服階段 (c)屈服強度（yield strength）材料開始塑性變形所需的應力。材料拉伸時的力學性能材料拉伸時的力學性能1 1、彈性范圍內卸載、再加載、彈性范圍內卸載、再加載2 2、過彈性范圍卸載、再加載、過彈性范圍卸載、再加載 材料在卸載過程中應材料在卸載過程中應力和應變是線性關系，這力和應變是線性關系，這就是就是卸載定律卸載定律。材料的比例極限增高，材料的比例極限增高，延伸率降低延伸率降低材料在拉伸時的機械性質3.3.強化階段強化階段強化階段強化階段 (c d)強度極限強度極限強度極限強度極限(ultimate strength)b b 屈服階段過后，材料又恢復了抵抗變形的能力，要使它繼續(xù)變形必須增加拉力，這種現(xiàn)象稱為材料的強化。圖2-13abcdese p p e e b b s s0極限強度（ultimate strength）材料發(fā)生斷裂過程中，產生的最大應力。材料在拉伸時的機械性質4.4.局部變形階段局部變形階段局部變形階段局部變形階段 (d e)(d e)隨著試件繼續(xù)被拉長，試件的某一區(qū)域內將出現(xiàn)直徑隨著試件繼續(xù)被拉長，試件的某一區(qū)域內將出現(xiàn)直徑減小的頸縮現(xiàn)象，然后即被拉斷減小的頸縮現(xiàn)象，然后即被拉斷。圖2-13abcdese p p e e b b s s0 材料在拉伸時的機械性質 對于沒有明顯屈服階段的塑性材料，通常以產生0.2%塑性應變時所對應的應力作為屈服極限，稱為規(guī)定非比例延伸強度，用RP0.2表示。規(guī)定非比例延伸強度0 0.2.2圖2-13se 0.20.20.2%四.延伸率（percentage elongation）和 壓縮率（percentage compression）延伸率和壓縮率：試樣拉斷后，標距部分的實際伸長量（l-l0）與拉伸前長度l0的百分比。d d=l-l0 l0 100%延伸率低于5%的材料稱為脆性材料；延伸率高于5%的材料稱為塑性材料。斷裂延伸率（percentage elongation after fracture）材料在拉力或壓力作用下所產生的最大永久應變值。脆性材料的抗拉性能脆性材料的抗拉性能 脆性材料的特點是抗壓性能好，抗拉性能差。脆性材料的特點是抗壓性能好，抗拉性能差?？谇恍迯褪褂玫牟牧嫌卸喾N是屬于脆性材料，如銀汞合金、口腔修復使用的材料有多種是屬于脆性材料，如銀汞合金、粘接材料、陶瓷材料、石膏、人造石、包埋材料及等。對粘接材料、陶瓷材料、石膏、人造石、包埋材料及等。對這些材料來說，抗拉強度的大小決定了他們的使用壽命。這些材料來說，抗拉強度的大小決定了他們的使用壽命。萬能材料力學試驗機萬能材料力學試驗機五.回彈性（resilience）和韌性（toughness）回彈性（resilience）：材料抵抗永久變形的能力。使材料達到彈性極限的過程中，增加（或減少）材料單位體積，外力所做的功。WR=e ee ee e2WR:達到彈性極限，外力對單位體 積材料所做的功。MNm/m3(兆焦耳/米3)se：彈性極限應力，MN/m2ee：彈性極限應變，無量綱 seee韌性（toughness)：材料抵抗斷裂破壞的能力。使材料產生斷裂破壞的全過程中，增加（或減少）材料單位體積，外力所做的功。Wr =s(e)deWr:至斷裂破壞，外力對單位體 積材料所做的功。MNm/m3(兆焦耳/米3)s(e)：應力函數(shù)，MN/m2de：應變的微分,無量綱 e e壓頭（形狀：球形、正四棱錐、四棱錐）載荷（0.1N 500N）載荷保持時間（5s 30s）硬度測量的要素六.硬度（hardness）硬度（hardness）：用于衡量固體材料軟硬程度的力學性能指標。硬度測量方法硬度測量方法1.壓頭與物體接觸；2.施加載荷；3.保持一定時間；4.取消載荷；5.測量壓痕尺寸，計算硬度。常用硬度性能指標測量方法布氏硬度（Brinell hardness）HB （MPa）洛氏硬度（Rockwell hardness）HR（mm）維氏硬度（Vickers hardness）Hv （MPa）莫氏硬度（Mohs hardness）邵氏硬度（Shore hardness）顯微硬度 （Micro hardness）（載荷1000g以下）維氏硬度（Vickers hardness）努普硬度（Knoop hardness）顯微硬度（Micro hardness）顯微維氏硬度壓痕努普硬度壓痕七.蠕變（creep）蠕變（creep）：在恒力作用下，應變隨時間不斷增加的現(xiàn)象。八.斷裂韌性（fracture toughness）斷裂韌性：含有裂紋的構件抵抗裂紋失穩(wěn)擴展（從而導致構件脆斷）的能力。應力強度因子（stress intensity factor）K=Y s a1/2K：應力強度因子，MPam1/2Y：常數(shù)a：裂紋尺寸，mm 裂紋從穩(wěn)態(tài)擴展發(fā)展為失穩(wěn)擴展的臨界尺寸時，構件的斷裂韌性用Kc表示。Kc值高，說明裂紋失穩(wěn)擴展的臨界尺寸大，構件不易被破壞。九.耐磨性能（abrasion resistance）磨耗：物體間表面接觸并作相對運動，造成的表面破壞和體積損失稱為磨耗。幾種典型口腔材料磨耗實驗方法名 稱對磨偶件介 質1牙刷法牙刷（特制）水2橡膠板+磨料法橡膠板（特制）螢石粉（CaF2含量大于98%）3豬皮法豬皮水4陶瓷法釉瓷水橡膠板橡膠板+磨料法磨料法磨耗試驗機磨耗試驗機小結：一.應力（stress）二.應變（strain）三.應力應變曲線（stressstrain curve）四.延伸率（percentage elongation）和 壓縮率（percentage compression）五.回彈性（resilience）和韌性（toughness）六.硬度（hardness）七.蠕變（creep）八.斷裂韌性（fracture toughness）九.耐磨性能（abrasion resistance）謝謝姓名：袁慎坡郵箱：辦公地點：科研樓6層6005房間辦公電話：5746