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1、,早在公元7世纪，唐高宗显庆四年颁行世界第一部国家制定的药典唐新本草中就有“银膏”补牙的记载，随后相继出现汞合金(1826年)和金箔补牙(1480年)、以象牙制作义齿(16781761年)、整锤金牙冠(1746年)、蜡印模和煅石膏(1756年)、低熔合金(1770年)、瓷牙(1788年)、牙胶(1842年)、铜汞合金(1844年)、银锡汞合金(1855年)、氯氧锌黏固粉(1855年)、磷酸锌黏固剂(1870年)、硅黏固剂(1879年)、瓷牙种植(1889年)、316及317不锈钢锻造种植牙(1936年)、钴铬合金牙托及颌骨骨折接骨板(1939年)、甲基丙烯酸甲酯假牙和牙托(1940年)等，在以
2、后的60多年来，口腔材料随着医学科学的发展在临床口腔医学中已占有非常特殊的地位，口腔材料的发展推动了整个口腔医学事业的发展，而口腔医学的进步也促进了新型口腔材料的不断开发。,口腔材料的分类1.按材料性质分：有机高分子材料；无机非金属材料；金属材料。2.按材料与口腔组织接触方式分类：直接；间接。,3.按材料的应用部位分类：非植入人体的材料；植入人体的材料。4.按材料的用途分类：（1）印模材料-用于记录牙和口腔软、硬组织的解剖形态及其关系的一类材料。印模是物体的阴模，口腔印模是口腔有关组织的阴模。,（2）模型材料-用于制作各种口腔模型的材料。口腔模型是由口腔印模灌注成的阳模，灌注阳模的材料称为模型
3、材料。一般用的是石膏。,（3）义齿材料-在修复缺损的牙体或缺损、缺失牙列的过程中,用于制作人造牙齿、基托、固位体、连接杆、冠、桥及嵌体的材料。（4）充填材料-主要指治疗龋病时用于充填窝洞的材料。,（5）粘结材料-用于口腔软、硬组织及牙体硬组织与塑料、金属以及陶瓷等材料之间进行粘接的材料。（6）种植材料-用于制作牙科种植体的材料。,（7）齿科预防保健材料-用于预防牙体组织疾病及损伤的材料。此外还有衬层材料、颌面赝复材料、正畸材料、包埋材料、磨平抛光材料等。,第一节 材料的性能,口腔材料的良好性能是临床应用安全有效的重要保证。口腔材料的临床效果和材料的性质有着十分密切的关系。为了保证材料符合临床应
4、用的要求，ISO/TC 106及各国标准化组织研究制定了口腔材料的技术标准，规定了不同口腔材料应满足的性能要求和技术指标。,材料的性能1.物理性能2.机械性能3.化学性能4.生物性能,一.物理性能 1.尺寸变化 2.线胀系数及体膨胀系数 3.热导率 4.流电性 5.表面张力和润湿现象 6.色彩性,一、物理性能,（一）尺寸变化口腔环境内及在制作修复过程中，各种不同类型的材料可能会产生程度不同的形变，称为尺寸变化。尺寸变化常用长度（或体积）变化的百分数来表示。,其表达式为=式中：尺寸变化 L0 原长（mm）L 变化后的长度（mm）,（二）线胀系数及体膨胀系数 1.线胀系数-是表征物体长度随温度变化
5、的物理量。当物体温度有微小的变化dT时，其长度也会有微小的改变dL，将长度的相对变化dL/L除以温度的变化dT，称为线胀系数，符号为L.该式一般适用于定压的条件下(压强为恒量时)，也可以用在一定温度范围内的平均值来表示。.,式中：aL 温度为T时的线胀系数 L 温度为T时试样的长度 dL 物体长度的改变 dT 温度的变化 线胀系数的单位为每开尔文或负一次方开尔文。,2.体胀系数-表征物体体积随温度变化的物理量。是体积的相对变化dVV除以温度的变化dT，符号为aV。下式一般适用于定压的条件下av 温度为T时的体胀系数 V 温度为T时试样的体积 dV 物体体积的改变 dT 温度的变化体胀系数单位为
6、每开尔文或负一次开方尔文，符为K-1。如果固体是各向同性的，则其av=3aL。,多数物质的长度(或体积)随温度的升高而增大。这是由于温度升高使分子(或原子)热运动振幅增大，位能增加的缘故。位能增大，分子平均距离增大，宏观表现为长度(或体积)的增大。口腔材料的线胀系数对临床应用有很大影响。模型材料的线胀系数直接影响铸造修复体的精度。,表1-2列出人牙及一些口腔材料的线胀系数,图1-1为新鲜无龋牙根、牙冠的线胀系数。曲线上各点的微商除以试样长度所得的商即为相应温度下的线胀系数。,由曲线可知同种材料不同温度时的线胀系数不同。然而在实际应用中，测定某一温度范围的平均线胀系数更有意义。为了便于测量，通常
7、以环境温度时试样长度L0代替式中的L，则温度范围在T1-T2时的平均线胀系数可表示为：,温度T1至T2范围内平均线胀系数 L0 环境温度时试样的长度 L1 温度为T1时试样的长度 L2 温度为T2时试样的长度,(三)热导率 导热是以热量进行能量传递的一种形式。热导率-是量度材料导热性能的物理量，又称导热系数，其定义为面积热流量除以温度梯度。热流量-是单位时间内通过一个面的热量；面积热流量-为热流量除以面积。热导率是热传导中最常用的一个量。表1-3列出牙釉质、牙本质及一些口腔材料的热导率。,在牙体修复时，接近牙髓的部位必须选用热导率低的材料，以隔绝温度变化对牙髓的刺激。磷酸锌水门汀和氧化锌丁香酚
8、水门汀的热导率同牙齿硬组织相近，因此在较深窝洞中，用这类材料垫底可起隔热作用。此外，复合树脂和不加填料的丙烯酸树脂，从导热性能来讲也可以直接充填较深窝洞。由于银汞合金热导率远远大于牙齿硬组织的热导率，故需用氧化锌丁香酚水门汀垫底后才可充填。,(四)流电性 在口腔环境中异种金属修复体相接触时，由于不同金属之间的电位不同，所产生的电位差，导致电流产生，称为流电性。流电现象产生的原理同原电池原理。原电池是将化学反应的能量转变成电能的装置。它是由两个电极和连通两电极的电解质溶液所组成。,图1-2中的锌板浸在稀硫酸中，溶于酸的Zn2+带正电，而锌板带负电，于是在锌板和硫酸溶液相接处便发生电位改变。电场力
9、的方向是硫酸指向锌板，化学力的方向是锌板指向硫酸。化学力促进锌板溶解产生Zn2+，电场力阻止Zn2+产生。当电场力和化学力平衡时，并维持二定的电位差。第一、第二类导体决定了电位差的大小。不同金属的电极电位不同，一般指定标准氢电极的电位为0，其他电极与标准氢电极比较得出它的电极电位，如表1-4：,如图1-3所示，铝冠和金冠在和唾液接触时伴随溶解，其电位分别为1.33V和1.26V，所以铝冠和金冠之间电位差为2.59V。当铝冠和金冠接触时，相当于电池两极短路，有较大的电流产生即流电现象，病人感到极不舒服。此时两冠之间的电位差下降为零；溶解继续进行，直到电位差达到2.59V时为止。两冠接触再次产生流
10、电现象。这样溶解、流电现象不断产生，金属修复体会不断被锈蚀(为电化学腐蚀)。因此这种现象在临床中应尽量避免。,其他材料(见表1-4)之间也会发生类似现象。此外同一金属修复体由于加工中金属污染或不同部位所含各类元素浓度不同也会发生上述现象。银汞合金充填体在口腔中与硫化物、氯化物反应所引起的锈蚀、失去光泽、变色等现象也属于流电现象。,(五)表面张力和润湿现象 分子间存在范德华力，液体表面的分子总是受到液体内部分子的引力作用而有减少表面积的趋势，因而在液体表面的切线方向上产生一缩小表面的力，把沿液体表面作用在单位长度上的力叫做表面张力，其单位为牛每米(Nm)；表面张力从能量的角度，可理解为增加单位表
11、面时外力所作的功，单位为Jm-2。故也将表面张力称为比表面自由能，简称比表面能。,表面实质上是界面。液体的表面指液体与空气的界面，固体的表面指固体与空气的界面。一般液体的表面张力，是指以空气与该液体为界面(液-气)的表面张力；固体的表面张力，是指以空气与该固体为界面(固-气)的表面张力；另外还有固体与液体所形成的界面(固-液)的表面张力。测定液体表面张力的方法有毛细管法、最大泡压法、吊板法、悬滴法、滴重法等。,液体在固体表面扩散的趋势称为液体对固体的润湿性，可由液体在固体表面的接触角()的大小来表示。图1-4所示液体在固体表面所形成的液滴。过液滴与固体表面接触点作液滴的切线与固、液界面之间的夹
12、角称为接触角。三种表面张力与接触角的关系如下：,润湿是界面能降低的过程，润湿的先决条件是 润湿是粘接的必要条件。牙体的粘接材料，如牙釉质粘合剂，或牙本质粘合剂，对牙体组织应有较好的润湿性。金属烤瓷粉熔附于金属表面时也应有良好的润湿。,(六)色彩性 口腔修复不仅要恢复软硬组织的形态和功能，而且对审美的要求更高。在口腔疾病治疗过程中，掌握色彩的和谐性，获得美感，是非常重要的。颜色由非彩色和彩色构成。彩色指除黑白以外的所有颜色。彩色由三个特性构成：色调：又称色相、色别，为颜色的名称，是彩色彼此划分的特性，如红、蓝、绿。彩度：又称饱和度，指颜色的纯度。明度：又称明亮度，反映物体对光的反射性。非彩色只有
13、明度的差别。,颜色的测定一般采用分光光度色彩计、光电色彩计和视感色彩计等测定，以及用比色板进行比色。常用三种方法对颜色进行描述：颜色名词(如朱红、橙黄)；色卡、色片、比色板(用各种颜色组合制作色卡、色片、比色板，按一定分类顺序编号排列，通过字符和数码传递颜色信息)；CIE标准色度系统。,对口腔材料颜色的定量描述常用CIE标准色度系统(CIE colorsystem)及孟塞尔系统(Mun-sellcolorsystem)。1CIE-XYZ色度系统 由国际照明委员会于1931年规定。它是一种混色系统，是采用三个设想的原色X(红)、Y(绿)、Z(蓝)建立的可对颜色进行数字化的定量描述，并能计算和测量
14、的色度系统。X、Y、Z称为三刺激值，表示色彩中三原色所占的绝对份量，x，y，z为相对份量(即百分比)。其中X、Z的明度规定为0，只代表色调，Y既代表色调也代表明度。X、Y、Z与x、y、z的关系：,其中X、Z的明度规定为0，只代表色调，Y既代表色调也代表明度。X、Y、Z与x、y、z的关系：CIE于1976年又推荐了CIE(L*、a*、b*)系统，一直沿用至今。L*表示明度，a*、表示红绿度和黄蓝度。a*为红绿轴；b*为黄蓝轴。a*、b*绝对值大小决定彩度大小。可以下式计算两个颜色的色差。,2孟塞尔系统(Munsell color system)是用一个三维立体模型将颜色的三种特性即色调、明度、彩
15、度全部表现出来(图15)。按照各特征量差值相同的原则制作色卡，并按大小排列，每个色卡有一标号，以色卡作为目视测量颜色的标准。孟塞尔系统中，中央轴分为0-11个等级，称孟塞尔明度值，代表无彩色黑白中性色的明度。离开中央轴的水平距离为孟塞尔彩度，代表彩度的变化，按偶数将彩度分成许多在视觉上相等的等级，中央轴上中性色的彩度为0，离中央轴越远，彩度值越大。在立体水平剖面上的各个方向代表10种孟塞尔色调，即5种主要色调红(R)、黄(Y)、蓝(B)、绿(C)、紫(P)和5种中间色调黄红(YR)、绿黄(GY)、蓝绿(BG)、紫蓝(PB)、红紫(RP)，每种色调从1-10分成10个等级，每种主要色调和中间色调
16、的等级都定为5。,孟塞尔系统由下式表示：色调明度彩度，简写为H VC。孟塞尔系统可以与CIE-XYZ色度系统互换。,口腔修复体制作过程中常用比色板对照患者牙齿色泽来选择材料的色泽，如Vita烤瓷粉有许多种颜色，它有自己的比色板系统。该比色板共分为A、B、C、D四个色系。A为红棕色色系，它又根据饱和度的大小分为A1、A2、A3、A3.5、A4；B为红黄色系，含B1B4色；C为灰色，也含C：C：色；D为红灰色，含D：、D，、D：三色。表1-5为按孟塞尔系统、CIEL*、s*、b*系统对Vita比色板进行的定量描述。,表1-5H：色调V：明度C：彩度Y：明度x及y：色调和彩度L*：明度a*：红绿轴上
17、的色调及彩度b*：黄蓝轴上的色调及彩度,作为口腔医师，应根据患者的性别、年龄、职业、习惯以及皮肤、粘膜、牙齿的颜色、光泽、透明性等要求，在不同光源、光线和位置的环境中，采用相适应的材料进行修复，才能获得人体的自然美。,二.机械性能(一)应力(二)应变(三)应力-应变曲线(四)冲击韧性(五)硬度(六)应变时间曲线(七)蠕变与疲劳(八)挠曲强度和挠度(九)应力集中、裂缝扩展和温度应力,二、机械性能,材料的机械性能或力学性质主要是指材料在外力作用下表现出的变形和破断方面的特性。力是物体对物体的作用。口腔修复体或充填体在咀嚼时受到外力作用而变形时，其内部各质点之间的相互作用力发生了改变，这种由于外力作
18、用而引起的固体内各质点之间的相互作用力的改变量，称为“附加内力”，简称内力。内力与外力共同保持受载状态下的平衡。内力和外力总是大小相等方向相反。所以常通过对外力的研究来了解内力的规律。口腔材料应具有良好的机械性能才能保证修复体在咀嚼应力的作用下保持正常的功能，因此，研究修复体和充填体的机械性能有重要的临床意义。,(一)应力应力是描述物体内部各点各个方向的力学状态。单位面积所受的内力即为应力。若外力均匀且垂直作用于受力面上，应力可简化为：式中：F-外力 S-受力面积-应力(MPa),图1-6所示，当外力为拉力时，产生的是拉应力(tensile stress)；当外力为压力时，产生的是压应力(co
19、mpressive stress)；当外力是剪切力时，产生的是切应力(shear stress)。材料在不同外力作用下可产生四种变形：拉伸或压缩；剪切；扭转；弯曲。,(二)应变 应变(strain)是描述材料在外力作用下形状变化的量。是指单位长度的变形，如在拉伸状态下则表明试样的相对伸长。通常研究的是线应变(linear strain)，可表示为：应变可以绝对值或百分比表示，如0.01或1。,（三）应力-应变曲线 研究材料机械性能常用的方法是测定应力应变曲线(stress strain curves)它是以 与为坐标绘出的应力应变关系的曲线。对材料施加拉力、压力或剪切力及弯曲力均可得到应力应变
20、曲线。图1-7为拉伸试验中应力应变曲线示意图。,下面以一个等截面的低碳钢圆杆的拉伸试验来研究曲线中几个应变点与它们相应的应力的含义。1弹性变形阶段 材料在外力作用下产生变形，卸载后变形可完全恢复，这种变形称为弹性变形。,(1)正比例极限(proportional limit)：当应力不超过，时，拉伸曲线OP是直线，说明在OP阶段应力口与应变s成正比例关系，即遵从虎克定律。此时应力与应变呈线性变化，试样处于弹性变形阶段。图中P点所对应的应力值称为比例极限，以，表示，比例极限是材料应力与应变成正比的最大应力。应力超过，时，其应变不再随应力呈比例变化。,(2)弹性极限(Plastic limit)：
21、应力超过口，时，应力与应变间不再是直线关系。PE阶段尽管应力与应变呈非线性变化，但卸载后变形仍可完全恢复，在PE阶段试样仍处于弹性变形阶段。图中正点所对应的应力值称为弹性极限(值)，它是材料不发生永久形变所能承受的最大应力值，也即材料产生完全弹性变形时所能承受的最大应力值。E点的意义是材料的应力不超过 时，不发生塑性形变，去除应力后，材料的形变可以恢复。,弹性模量(modulus of elasticity)是量度材料刚性的量，也称为杨氏模量(Young s modulus)，它是指材料在弹性状态下的应力与应变的比值，由下式表示。式中：E，弹性模量(Pa)，弹性极限应力(Pa)，应变在应力-应
22、变曲线上，弹性模量就是弹性变形阶段应力-应变线段的斜率，即单位弹性变形所需的应力。它表示材料抵抗弹性变形的能力，也称为刚度。,弹性模量与材料的组成有关，弹性模量越大，材料的刚性越大。从表1-6可以看出金合金的弹性模量和牙釉质相近，磷酸锌水门汀和牙本质相近。无填料的丙烯酸树脂和氧化锌丁香酚水门汀的弹性模量小，显柔性。金合金、银汞合金、磷酸锌水门汀弹性模量较大，适于作为修复材料或充填材料，可防止咀嚼产生的应力使修复体或充填体出现过大的变形。无填料的丙烯酸树脂呈一定柔性，用来制作义齿基托能与口腔组织有较好的机械相容性。,2塑性变形阶段(1)屈服强度(yield strength)：当应力超过正点后，
23、材料开始发生塑性变形。材料表现出塑性，即卸载后应变不能完全恢复，不能恢复的应变为永久应变，材料产生塑性变形或永久形变。在应力应变曲线的YY，阶段，虽然应力基本保持不变，但应变仍在不断增加，曲线上出现水平或上下轻微抖动的阶段，表明材料暂时失去抵抗变形的能力，该现象称为材料的屈服或流动，此阶段又称为屈服阶段。Y点称为上屈服点，所对应的应力值为在屈服阶段内的最高应力，称为上屈服应力、上屈服极限；Y称为下屈服点，所对应的应力值为在屈服阶段内的最低应力，称为下屈服极限，常取下屈服极限作为材料的屈服强度，其对应的应力值记为，称屈服极限。,表1-7列出了一些材料的屈服强度。有些材料无明显的屈服点，因而常用一
24、个检验应力(或称条件应力)来指示开始发生塑性应变，如0.2检验应力。用屈服强度口。来表示材料开始产生明显塑性变形时的最低应力值。当应力移去时产生原标距长度的0.2永久形变。从材料应力应变曲线上0.2应变(0.2)处画一条与比例极限OP线相平行的直线，该平行线与应力-应变曲线的交叉点所对应的应力值 称为0.2屈服强度。它是指材料残余变形量达到0.2时对应的应力。,(2)极限强度(ultimate strength)：超过了屈服阶段后，材料又恢复了对变形的抵抗能力，需增加外力才能使材料继续变形，此现象称材料的强化。此阶段称为强化阶段。在曲线最高点A对应的应力，是在材料出现断裂过程中产生的最大应力值
25、，也即材料在破坏前所能承受的最大应力，称为强度极限(极限强度)，记为，可出现在断裂时也可出现在断裂前。拉应力时，极限强度为拉伸强度；压应力时，极限强度为压缩强度；切应力时，极限强度为剪切强度；弯曲应力时，极限强度为挠曲(或弯曲)强度。从表1-8可知材料的拉伸强度和压缩强度有很大区别。如牙釉质、银汞合金和复合树脂的压缩强度远远大于拉伸强度。,从上面分析可以看到，当应力到达屈服点口、时，材料会产生显著的塑性变形；当应力到达极限强度 时，材料会由于局部变形导致断裂。因此屈服强度和极限强度是反映材料强度的两个重要性能指标。,(3)断裂强度(fracture strength)：材料在曲线终点C点断裂，
26、材料发生断裂时的应力称为断裂应力或断裂强度。,3延伸率(elongation)试样拉断后，弹性变形消失而塑性变形保留。塑性是材料在静载荷作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。从应力应变曲线上可以看出，材料在塑性范围内的伸长比弹性范围内的伸长大得多。材料能够塑性地伸长的能力称为材料的延性。延伸率(伸长率)6是表示材料塑性的指标之一。,试样拉断后，长度由原长L变为L1，L1L是残余伸长，它与L之比的百分率称为延伸率。延伸率是材料在拉力作用下，所能经受的最大拉应变。用下式计算。式中：延伸率试样断裂前的最大长度 L 试样原长,延伸率是材料延展性(ductility and maleability)的标志
27、。表示材料塑性变形的能力。延性表示材料能够塑性伸长的能力，也即在拉力下抽丝的能力，展性为被锤塑成薄片的能力。一般认为延伸率低于5的材料为脆性材料，如陶瓷；高于5的材料为塑性材料或延展性材料。金合金延伸率为19是延展性材料。,4回弹性(resilience)和韧性(toughness)材料在弹性阶段，单位体积所吸收的能量叫回弹或回弹模量，回弹性是材料抵抗永久变形的能力，表明使材料出现永久应变单位体积所需要的能量。回弹模量与弹性极限的平方成正比，与弹性模量成反比(2E)，回弹性可由应力应变曲线弹性区的面积表示。韧性是材料抵抗开裂的能力，即防止裂缝穿过材料的断面转移或传播从而引起破坏的能力，表明使单
28、位体积材料断裂所需的能量。可用应力应变曲线弹性区及塑性区的面积表示。,图1-8中A、B中阴影的面积分别表示了材料的回弹性和韧性。回弹性相同的材料，屈服强度可以是不相同的。复合树脂和未加填料的丙烯酸树脂回弹性近似为0.7J cm3但其屈服强度极其不同(图1-9)。韧性也是如此，尽管复合树脂比未加填料的丙烯酸树脂屈服强度大，由于断裂时后者比前者断裂时的应变更大，所以后者韧性比前者大。,(四)冲击韧性(impact strength)冲击韧性是指材料在冲击载荷下，抵抗冲击破坏的能力，又称冲击韧度或冲击强度。用于考察材料的脆性和韧性。在一次性冲击试验中，用试样受冲击而破坏时单位横截面积破断所吸收的能量
29、(kJm2)来表示。冲击试验有三种，弯曲冲击试验、拉伸冲击试验及扭转冲击试验。,弯曲冲击试验又有悬臂梁式和简支梁式，后者较常用。在一次冲击弯曲试验中，冲击韧性司由下式计算：式中：冲击韧性 冲击吸收功(试样变形和断裂所消耗的功)F 试样缺口底部处横截面积一般把冲击韧度值低的材料称为脆性材料，冲击韧度值高的材料称为韧性材料。,(五)硬度 硬度(hardness)是固体材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力，或抵抗其中两种或三种情况同时发生时的能力。它表示材料表面局部区域抵抗压缩变形和断裂的能力，是衡量材料软硬程度的指标。,按施加负荷情况，可将硬度试验分为静负荷试验和动负荷试验两大类。前者是在静负荷
30、作用下把压头压人材料来测定硬度的，如布氏硬度(Brinell hardness test)、洛氏硬度(Rockwell hardness test)、维氏硬度(Vickers hardness test)、努普硬度(Knoop hardness test)等。后者是在 动负荷作用下，用压头冲击材料来测定硬度的。如肖氏硬度(shore hardness test)等。静负荷试验虽然试验方法不同，计算单位不同，但多数采用的是压入法，即以一定的载荷，将具有一定几何形状的压头，压人被测材料的表面，使材料表面产生局部塑性变形而形成压痕，压痕的深度或表面积的不同即表示材料的硬度不同。各试验所用压头的材料、
31、形状及负荷均不同。压头可以由不锈钢、硬质合金、金刚石制成；其形状可是球形、圆锥形或棱锥形。可据材料不同，选择不同硬度试验。,布氏硬度试验是将一定直径的不锈钢球(或硬质合金钢球)，在一定负荷的作用下压人试件表面一定时间，测量压痕直径，以单位压痕面积上所承受的压力表示布氏硬度值，符号BHN，单位帕斯卡(Pa)。该方法适用于测试金属及合金的平均硬度值，因其压痕面积大，故不适用于小的局部硬度的测量。有时也用于测量塑料及某些非金属的硬度o,洛氏硬度试验是用一个锥顶角为120的金刚石圆锥体或金刚石球或一定直径的钢球为压头，以一定的载荷压人材料表面，以形成的压痕深度表示洛氏硬度，符号RHN。其压头直径有多种
32、，采用的负荷范围也不同，标为Rockwell AC：最常用的是HRA、HRB、HRC三种标尺。主要用于金属硬度的测定，其中RA，RB等用于测试塑料。,维氏硬度是用相对面间夹角为136的正四棱锥形金刚石为压头，以负荷除以压痕的投影面积所得的商表示硬度值，符号VHN，单位帕斯卡)(Pa)。适用于测量小面积非常硬的材料。负荷小于1kgf的维氏硬度称为显微硬度。显微硬度用于测试金属、陶瓷及硬脆性非金属。,当压头是由一对棱形夹角为17230，另一对棱间夹角为130的四棱锥金刚石所构成的显微硬度计称为努普硬度计。努普硬度(Knoop hardness)是用努普压头在一定的负荷下压入试件，经规定的负荷保持一
33、定时间后，卸去负荷，以所用的负荷除以压痕的投影面积所得的商来表示硬度值，符号KHN，单位帕斯卡（Pa）。其计算公式如下：式中：KHN 努氏硬度值(MPa)F 负荷(N)L 长对角线的长度(m m),不难看出压痕大，硬度低。表1-9列出了一些材料的硬度值。牙釉质和陶瓷是高硬度材料，未加填料的丙烯酸树脂是低硬度材料。,上述方法不能测橡胶的硬度。肖氏A硬度(Shore A)可用于测弹性体及软义齿重衬材料的相对硬度，以HS表示。它是以金刚石冲头从固定的高度h，落在试件的表面上，然后弹回高度h：时的比例数表示。主要用于塑料及橡胶的测试。KHN：努昔硬度 VHN：维氏硬度 BHN：布氏硬度,(六)应变-时
34、间曲线理想的弹性体，当受到外力后，平衡形变瞬时达到，与时间无关；理想的粘性体，当受到外力时，形变随时间线性变化；而齿科材料及牙齿硬组织是介于理想弹性体和理想粘性体之间，其应变与时间存在更为复杂的关系。因此，仅研究应力。应变曲线是不够的，还需研究应变-时间曲线(strain-time curves)。藻酸盐印模材料、硅橡胶印模材料、齿科银汞合金和牙本质等均表现为应变与加荷时间有明显关系。,图1-10所示为硅橡胶印模材料的应变时间曲线。在t。时施加压力，应变值迅速由0增加 到A，负荷持续到t1时，应变较缓地持续到B。在t1时解除负荷，应变迅速由B减小到C，并逐渐由C减小到D。t2以后应变不再变化，
35、保持永久形变，其值为DE。,加荷时间越长或载荷越大，其形变越大。从口腔取出印模时，由于加荷时间短；载荷小，所以永久形变小，故印模精确。测试齿科银汞合金性能时，加荷越快，其形变越小，测试所得强度值越大。然而银汞合金在低速加荷时的压缩强度能较好地反映其临床性能，因此其压缩强度的试验应在0.5mmmin加荷速度下进行。,(七)蠕变与疲劳多数情况下，当应力超过极限强度时，材料发生破坏。但有时材料会在应力远远小于极限强度时发生破坏，如蠕变与疲劳。1.蠕变 是在恒应力作用下，塑性应变随时间不断增加的现象。该应力常远远小于屈服应力。有些材料对这一现象是敏感的，甚至在不变载荷下上述应变可以连续增长直至断裂，如
36、银汞合金。,2.疲劳 是指材料在循环(交变)应力作用下发生的破坏。材料所受应力常远小于其极限强度甚至小于其弹性极限。疲劳强度是指材料抵抗疲劳破坏的能力，常用疲劳极限来表征。它是在交变应力作用下经过无限次循环而不发生破坏的最大应力。常用材料的疲劳寿命或疲劳曲线(S-N曲线)来表示材料的疲劳性能(图1-11)。此曲线是以应力峰为S(最大交变应力)时产生破坏的应力循环次数N(疲劳寿命)对S画出的。一般在低于极限应力Sn的应力下不管循环多少次也不会引起疲劳破坏。试样不发生断裂的最大循环应力值称为疲劳极限。有些材料在经受107次循环后仍未断裂，则将材料达到107次循环后对应的应力即为材料的疲劳极限。,承
37、受交变应力或重复应力的材料，在工作过程中，常在工作应力低于其屈服强度时发生断裂，称为疲劳断裂。疲劳断裂常产生于材料应力高度集中的部位或强度较低的部位：如在有裂纹等缺陷处。承受冲击载荷的材料可发生冲击疲劳，循环热应力可引起热疲劳，互相接触的材料可发生接触疲劳，材料在腐蚀环境中承受循环载荷可产生腐蚀疲劳。,(八)挠曲强度和挠度口腔咀嚼是一个极其复杂的力学过程。任何修复体和充填体绝非承受单纯的压力或拉力，而是多点受力。以图1-12为例，其两端为切应力，中部中界面00，以上为压应力，以下为拉应力。挠曲强度(flexure strength)或称作弯曲强度(bending strength)则是描述材料
38、承受这样复杂应力下的性能。,挠曲强度是牙科复合树脂充填材料及义齿基托树脂的重要机械性能，对恢复缺失和缺损牙体的咀嚼功能有重要作用。其检测方法如下：按照常规方法将复合树脂制成矩形试样，按图113所示的受力状态进行加荷。通常加荷速度为0.75mmmin，直至试样断裂，记录最大加荷值，按下式计算挠曲强度。式中：挠曲强度(MPa)F 最大加荷值(N)L 下加荷台两加荷点间距离(mm)B 试样宽度(mm)H 试样高度(mm),挠度(deflection)是物体承受其比例极限内的应力所发生的弯曲形变。尽管挠度和弯曲强度都是衡量材料弯曲韧性的指标，但挠度更能真实地反应材料在口腔环境中的受力与弯曲形变情况。目
39、为挠曲强度仅反映出材料在持续受力后直至断裂时的强度，但在口腔内并不存在这种造成断裂的持续性应力，而挠度则可反映出材料在长期处于反复的咀嚼应力作用下所产生的弯曲形变，这种情况对于义齿基托尤其明显。研究和应用已证明挠度是口腔材料在口腔环境中应具有的重要性能之一，ISO及我国标准已将挠度列为义齿基托材料的性能评价项目之一(表1-10)。,挠度的测定首先是根据要求制作试件，将试件置于挠度仪上下压头之间，放下压头，记录15N载荷时的偏转度，以后每分钟增加载荷5N。加至35N时记下偏转度数，再加至50N时记F偏转度数。按下式计算挠度：35N时的挠度二(偏转度)，州(偏转度)50N时的挠度：(偏转度)，(偏
40、转度),（九）应力集中、裂缝扩展和温度应力以上研究是指材料无宏观裂缝状态的机械性能。等截面材料受轴向拉压时，截面上应力分 布是均匀的(如图114)。但在材料截面突变处，如孔、裂纹、螺纹等处，有应力骤然增大的现象，称应力集中(如图1-15)。图中用应力线密度表示应力分布。在圆孔周围，应力线局部变弯变密，此处应力比均匀应力增大许多倍。当应力集中处的应力达到一定程度时，材料容易产生裂纹而破坏。材料在工作应力远低于屈服强度时发生的脆性断裂，又称低应力脆裂。它是由材料中裂纹扩展引起的。例如疲劳破坏的形成过程也是裂纹的萌生和逐渐扩展的过程。裂纹是否易于扩展是材料是否易于断裂的一个重要指标。材料抵抗裂纹扩展
41、的能力称为断裂韧度。,修复体或充填体在执行功能时也常常在低于极限应力下遭到破坏。这种破坏与温度应力及裂纹扩展有关。下面以复合树脂为例对这种现象予以定性说明。复合树脂充填体在口腔温度升高或降低时产生膨胀或收缩。由于复合树脂的线胀系数是牙体硬组织的3倍，因而温度升高时；窝洞阻止充填体膨胀，充填体内产生压应力；温度降低时，窝洞又限制了充填体的收缩，在充填体内产生拉应力。口腔温度的不断变化，充填体就不断经受这种交变应力作用。这种由于温度变化产生的应力称为温度应力或热应力。热应力长期作用的结果，使充填体出现疲劳损伤，甚至出现裂纹。裂纹附近的应力大于充填体的平均应力，这样在低应力作用下也会使裂纹进一步扩展
42、直至断裂。因此热应力对充填体或修复体的破坏作用不应忽视。也就是说减小材料在口腔环境中热应力是改进材料性能的重要途径之一。,三、化学性能(一)腐蚀和变色(二)扩散和吸附(三)老化(四)化学性粘接,三、化学性能材料的化学性能是影响其在口腔环境中的使用寿命的重要因素之一。理想的修复体材料应该在口腔环境中不溶解、不腐蚀，而且不应该有重要的成分在唾液中溶出。因此在选用材料时，应注意它的化学稳定性。,(一)腐蚀和变色材料由于周围环境的化学侵蚀而造成的破坏或变质称为腐蚀(corrosion)。金属和合金的腐蚀主要是由于化学或电化学作用引起的破坏；有时还包含机械、物理或生物作用。腐蚀的类型有湿腐蚀和干腐蚀两类
43、。前者指在有水存在下的腐蚀；后者指在无水存在下的气体中的腐蚀。对金属来说湿腐蚀是一种电化学全面腐蚀反应，电化学腐蚀和原电池的作用相类似；干腐蚀常见的是高温氧化。,腐蚀的形态可分为均匀腐蚀和局部腐蚀两种。1均匀腐蚀 物质表面受外界化学作用，迅速产生全面的腐蚀现象，也称全面腐蚀。2局部腐蚀 腐蚀只发生在材料表面局部，其危害性更大。它可分为以下几类：,(1)孔蚀：表面小孔状局部侵蚀。小孔的形成是很慢的，一旦出现小孔，它们将自行促进(即自动催化)其成长，损害很大。(2)缝隙腐蚀：发生在材料的缝隙内，与浓差电池作用类似，由于材料表面隙缝内外离子浓度的差别或所溶气体浓度的差别而造成，是孔蚀的一种特殊形态。
44、(3)晶间腐蚀：发生于金属晶粒边界附近的腐蚀，常由不当的金属热处理或冷加工造成。腐蚀由表面沿晶界向内部发展，外表看不出，但金属已失去了强度。(4)磨损腐蚀：金属表面同时受流体的磨损和腐蚀而引起的破坏。(5)应力腐蚀：当拉应力和腐蚀介质同时存在时所发生的腐蚀。应力主要来自焊接及冷加工等产生的残余应力。(6)腐蚀疲劳：由周期应力与腐蚀的共同作用而引起金属的破裂。在腐蚀环境中，金属的疲劳极限值大大下降。(7)选择性腐蚀：成分和结构不均一的材料，一部分元素被腐蚀浸出，只剩下由其余组分构成的海绵状物质。材料原来的强度和延性完全丧失。修复体在口腔环境中所产生的腐蚀是复杂的。口腔中的唾液、食物及其分解物构成
45、了腐蚀的环境条件，再加之咀嚼应力的作用，金属及高分子修复体很容易发生腐蚀。,腐蚀发生的初期阶段，又称变色。修复体表面变色或失去光泽，不仅影响美观，而且将破坏修复体，缩短其寿命。所以，采取有力措施防止或减缓腐蚀现象的发生是非常必要的。发生于有机高分子材料的变色主要是由化学组成成分的不稳定性、高分子链的断裂或降解(如老化)，或表面吸附外界色素所引起。,(二)扩散和吸附 物体中原子和分子向周围移动的现象，称为扩散。例如胶体的扩散是微粒的热运动(或布朗运动)在有浓度差时的物质迁移现象。材料均一地、稳定地分散在溶剂中的过程，又称溶解。物体扩散的速度和数量除与其本身的分子量和结构有关外，还与温度和周，围介
46、质的性质及浓度有关。固体或液体表面的离子、原子或分子与接触相中的离子、原子或分子之间，借助于静电力或分子间的范德华力所产生的吸着现象，称为吸附。能吸附其他物质的固体叫吸附剂，被吸附的物质叫吸附质或吸附物。吸附可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附是指由于分子间的引力(范德华力)作用所引起，物理吸附无选择性。化学吸附是由于吸附剂和吸附质之间化学反应所引起，化学吸附具有选择性，它比物理吸附牢固。吸附是表面效应，吸附之后固相内部并不发生变化。化学吸附中化学反应仅限于表面。可用吸附剂的单位面积上所吸附物质的量来表示吸附剂的吸附能力。还可用单位质量(或体积)的吸附剂所吸附的吸附质的质量或体积来表示吸附剂的吸
47、附能力。材料在口腔环境中的吸附，有利也有弊，根据要求不同而异。,某些口腔材料在口腔中会吸附唾液或其他生理性液体，同时还会有部分材料被溶解。过量的吸水和溶解都会使其性能降低直至其功能丧失。因此，对复合树脂充填材料以及义齿基托材料的吸水和溶解性能应有一定的要求。下面简要介绍复合树脂和义齿基托树脂吸水值和溶解值的试验方法。,按厂商说明制备试样，将试样存放在(37土1)的保干器中，24h后，将试样移人（231)的保干器中存放1h后进行称重。重复上述步骤，直至后一次比前一次质量减少不大于0.2mg为止。这后一次质量为恒定质量记为mlo再将试样浸入(37土1)(C的蒸馏水中浸泡7d，用蒸馏水冲洗试样，再用
48、棉纸将试样表面的水吸干，在空气中抖动15s。在试样从水中取出lmin后称重，记录这一质量为m：。然后按前面叙述的方法通过保干器脱水、称重等步骤以获得试样被水溶解后的恒定质量记为m30最后测量试样的体积V。应用下式计算吸水值。式中：Wsp 吸水值()m：浸水后的质量()m，浸水后的恒定质量()V 试样的体积(mm3)式中：Wsp 溶解值 m2 浸水前的恒定质量()m3 浸水后的恒定质量()V 试样的体积(mm),通常规定复合树脂的吸水值不应大于50mm3，溶解值不应大于5mm3。义齿基托树脂吸水值不应大于32mm3，热固化型义齿基托树脂溶解值不应大于1.6mm3；自凝型义齿基托树脂溶解值不应大于
49、3.6ma。,(三)老化材料在加工、贮存和使用过程中物理化学性质和机械性能变坏的现象，称为老化。高分子材料可变软、变硬、变脆、变色等。因分子量和结构的变化可引起材料溶解、溶胀、色泽改变等物理性能的变化。老化还可造成材料机械性能如强度的改变等。老化的因素由内因和外因构咸。外因有物理、化学、生物及加工成型的条件等，内因则由材料的组成和结构所决定。高分子材料的老化可以由自由基的反应引起。外界环境作用使分子链产生自由基，进而引起分子链的降解、交联等，使材料老化变质。老化对口腔高分子材料的应用有很大影响，在口腔中唾液、食物残渣及分解物、氧气、酶、微生物等各种化学、生物因素和热、光及咀嚼应力等物理因素的共
50、同作用下，口腔高分子材料易出现降解或基团的改变而降低或失去原有的性能。因此，必须从材料的组成和结构进行改进，才能减缓老化速度，延长修复体的使用寿命。,(四)化学性粘接 粘接是指两个固体借助于两者界面间力的作用而产生结合的现象。这种结合包括物理、机械和化学性的结合，而更重要的是化学结合。固体与固体产生的化学性粘接，主要是指粘接剂表面的原子或离子与被粘体表面的原子或离子间的结合，一般是以共价键或离子键形式存在。口腔修复体的固位，几乎都涉及粘接问题。而在口腔内进行粘接时，由于牙体组织和口腔环境的特殊性，其要求是非常高的，要获得满意的粘接效果存在很大困难。,四、生物性能(一)生物安全性(二)生物相容性
