口腔应用材料的性能
口腔应用材料的性能可分为化学性能、物理性能和机械性能,分述如下。
化学性能 口腔内应用的材料应能经受唾液、食物、牙膏和义齿清洁剂等的化学作用。在口腔温度和pH变化范围内,材料必须具有稳定性、抗失泽和抗腐蚀性能。
失泽 失泽是指材料表面变色和失去光泽。常因口腔内生成氧化物、硫化物或氯化物所致。如银汞合金修复体接触硫,形成硫化银(Ag2S)而变黑。修复体表面的失泽,与口腔卫生情况有关,硬性的沉积物如牙结石,一般为淡黄色到褐色,吸烟者常呈黑色。软性的沉积物,除了菌斑附着外,还可因从药物和食物中吸取的铁或汞等化学物质所沾污。但材料的失泽,有时可以防止表面进一步氧化,如铬镍不锈钢表面所形成的氧化膜。
腐蚀 在周围介质的化学作用下,金属产生变质而破坏的现象,称为腐蚀。金属的腐蚀主要有两种:
❶化学腐蚀:金属在干燥情况下,或在不导电的液体(油或汽油)中,和非金属元素直接结合所产生的破坏过程,称为化学腐蚀。如氧化、卤化及硫化反应。化学腐蚀的程度,随温度的升高而急剧增长。金属腐蚀的速度决定于金属与氧的亲和力,以及当时形成膜的性质。化学性腐蚀不仅可以从表面破坏金属,并可在晶粒之间破坏金属而透入金属深处,称为晶间腐蚀。如对不锈钢在500°~700℃之间热处理或焊接,由于碳化铬(Cr4C)在晶间析出,就会导致不锈钢日后的晶间腐蚀。
❷电化学腐蚀: 当金属与导电的液体相接触时的破坏,称为电化学腐蚀。它与电池所产生的现象类似。在口腔唾液中,不同金属的电位差,有很大的差别。在两种成分相同的银汞合金之间,只产生约10mV的电位差。钴铬合金和不锈钢在和其他金属或合金接触时产生低电位差;金合金和银汞合金接触,产生高达500mV的电位差。影响腐蚀速度的内在因素为金属的化学成分和组织内应力及表面状况。在其他条件相同情况下,纯金属比合金更不容易腐蚀。其外在因素为周围介质(水、酸、盐及气体)对金属的作用及介质的温度。
在选用金属材料时,应考虑它在口腔介质中的抗腐蚀性能,并避免两种不同金属的应用,特别是对颌牙之间的直接接触。在选用聚合物材料时,特别是要在口腔内长期应用的材料,应对人体无害,在其固化过程或应用中对牙髓及软组织无不良作用,也应注意是否有过敏反应及潜在毒性。
物理性能 口腔材料必须考虑下述物理性能:
热学性能 在平常的摄食过程中,温度的差别很大,应考虑各种材料的导热性与热膨胀。
❶导热性: 物质的导热性以导热率表示,即当温差为1℃时,每秒钟通过截面积为1cm2物体(厚度为1cm)的热量 (cal),称为材料的导热率。而牙釉质和牙本质是良好的热绝缘体,能保护牙髓不受温度变化的影响。选用牙体修复材料时,必须选用导热性低的材料,或加用一层具有热绝缘性的洞基材料,才能阻挡温度的传导。在选用可摘义齿基托材料时,以热传导优良的材料为好,使口腔软组织能感受温度的变化。
❷热膨胀:材料的热膨胀以膨胀系数表示,即当温度改变1℃时,材料长度的改变与其单位长度之比,称为线热膨胀系数。牙体修复所用材料的热膨胀系数,应尽可能近似牙体的数值。如果牙体修复材料的热膨胀系数与牙体者差异很大,则在温度变化时,牙体与修复体之间会出现间隙。这种间隙虽非肉眼所能发现,但可采用染料、同位素示踪以及电子扫描显微镜等方法显示。口腔内的残屑、液体均能侵入修复体与牙组织界面,这不仅使牙齿受到沾污及变色,而且由于细菌的生长可产生继发性龋,直接影响牙髓的健康,这种现象称为微漏,选用修复材料时,应特别注意。
电学性能 不同金属制作口内修复体时,唾液作为电解质,能产生微电流,形成电池作用,不但可引起对牙髓的刺激,还可对两种不同金属修复体产生腐蚀现象。
光学性能 由于原子结构和排列不同。材料在光学上具有透明、半透明和不透明性。为使牙科制品逼真和美观,选用材料时,必须考虑这一特性。
机械性能 机械性能也称力学性能,是指材料在外力作用下所反应出来的各种性能。口腔应用材料根据使用要求,必须选择性地进行机械性能测定。
拉力试验 是机械性能试验中最基本的试验方法。它包括材料在受单向静拉力作用下的弹性模量、比例极限、屈服强度、抗拉强度、伸长率及断面收缩率等的测定。
❶弹性模量(弹性模数):在比例极限以内,应力和应变的比值(单位:金属为kg/mm2、塑料为kg/cm2),它表征材料的刚性,指物质在应力下抵抗弹性位移的能力。人牙釉质的弹性模量为8400kg/mm2,人牙本质为1890kg/mm2。
❷比例极限:材料中应力和应变能保持比例关系(符合虎克定律)时的最大应力值(单位:金属为/kgmm2,塑料为kg/cm2。)
❸屈服强度:材料承受载荷时,当其永久形变达到规定值时的应力,如钢材一般规定值是标距的0.2% (单位为kg/mm2)。牙釉质和牙本质的屈服强度分别为35kg/mm2和16.8kg/mm2。
❹抗拉强度:拉力试验中,最大载荷与试样原横断面积之商,也叫强度极限,又叫抗张强度(单位:金属为kg/mm2,塑料为kg/cm2)。
❺伸长率:也称延伸率。作拉力试验所用试样拉断后,其标距部分所增加的长度和原标距的比率,用百分数表示。脆性材料的伸长率小。
❻断面收缩率: 简称面缩率或收缩率。常用符号为ψ。当作拉力试验时,试样拉断后,其拉断处横截面积的缩减量和原截面积的比率,用百分数表示。
压缩试验 本试验是对试样施加静态压缩载荷,以测定压缩强度。压缩强度是在试样上施加压缩载荷至破裂(脆性材料)或产生屈服现象(非脆性材料)时,原单位截面积上所能承受的载荷(单位为kg/cm2)。
挠曲试验 把试样绕一定直径的弯心进行弯曲,以鉴定其韧性、延伸性和表面质量的试验。弯曲强度即挠曲强度: 在断裂或破裂瞬时,样条外层所受之最高应力。冲击试验 测定材料在一定条件下承受冲击载荷 (弯曲、拉力、扭转等)的能力的试验。
硬度试验 硬度是衡量材料软硬的一个指标。硬度值的物理意义随着试验方法的不同,其含意也不同。压入法的硬度值是材料表面抵抗另一物体压入时,所起的塑性变形能力。回跳法硬度值是代表金属弹性变形功能的大小。因此,硬度值实际上不是一个单纯的物理量,它表征着材料的弹性、塑性、形变强化率,强度和韧性等,为一系列不同物理量组合的一种综合性能指标。最常用的是静负荷压入硬度试验法,如布氏硬度,简称B.H.N; 洛氏硬度,简称R. H. N;维氏硬度,简称V.H.N;努氏硬度,简称K. H. N。回跳法硬度试验法,是以肖氏硬度为代表。在口腔应用材料中,常用来测试塑料和橡胶类材料。
人牙和有关材料的硬度(布氏):钴铬合金270~370,牙釉质260~300,铬镍不锈钢180,银汞合金90,牙本质60~70,硅水门汀58,锌水门汀36,复合树脂25~35,两烯酸酯塑料18~22。