1、材料的性能,第 三 章,口腔材料學(xué),材料的性能包括：,一 物理性能 二 力學(xué)性能 三 化學(xué)性能 四 生物性能,一、物理性能,(一) 尺寸變化 (二) 線脹系數(shù) (三) 熱導(dǎo)率(導(dǎo)熱系數(shù)) (四) 流電性 (五) 表面張力和濕潤(rùn)現(xiàn)象 (六) 色彩性,意義: 表示材料制品在化學(xué)、物理、機(jī)械作用下產(chǎn)生的形變,一、物理性能,式中： 為尺寸變化,0 為原長(zhǎng),L 為變化后長(zhǎng)度,1. 尺寸變化 dimensional change,意義：表示每1度溫度變化引起的單位長(zhǎng)度的材料在長(zhǎng)度上的改變。,式中： L 溫度為T時(shí)的線脹系數(shù)(K),1 溫度為1時(shí)試樣的長(zhǎng)度（）,L2 溫度為2時(shí)試樣的長(zhǎng)度（）,2. 線脹系數(shù)

2、 linear expansion coefficient,3.體脹系數(shù) cubic expansion coefficient,式中： V 溫度為T時(shí)的體脹系數(shù)(K-1),V 溫度為T時(shí)式樣的體積（mm3）,dV 物體體積的改變,dT 溫度的變化,意義：表示單位體積材料受單位溫度變化引起的體積上的改變。,4.熱導(dǎo)率 thermal conductivity,=單位面積熱流量/溫度梯度,式中: 熱導(dǎo)率（又稱導(dǎo)熱系數(shù)） 單位：瓦(特)每米開(kāi) (爾文)，W/(mK) 單位面積熱流量=熱流量/面積，瓦(特)每平方米，W/m-2 熱流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)一個(gè)面的熱量，瓦(特)，W,意義：?jiǎn)挝粶囟忍荻认碌?/p>

3、單位面積熱流量,5.流電性 galvanism,在口腔環(huán)境中存在異種金屬修復(fù)體相接觸時(shí)，由于不同金屬之間的電位不同，將會(huì)出現(xiàn)電位差，導(dǎo)致微電流產(chǎn)生。,- Zn,Cu +,H2SO4,原電池工作原理示意圖,意義：避免在口腔內(nèi)存在兩種金屬修復(fù)體相接觸，以避免不適感、腐蝕和保護(hù)牙髓組織不受損傷,（四）表面張力與濕潤(rùn)現(xiàn)象,表面張力：擴(kuò)張表面單位所需要的力， 單位： 每米牛(N/m) 潤(rùn) 濕 性：液體在固體表面擴(kuò)散的趨勢(shì)， 為液體對(duì)固體的潤(rùn)濕性， 用接觸角（）表示其大小。 接 觸 角：液體與固體表面接觸作切線 與固、液界面之間的夾角。, 0 固體被液體完全潤(rùn)濕 90 液體的潤(rùn)濕性良好 90 液體的潤(rùn)濕性

4、差 180 液體完全不潤(rùn)濕,潤(rùn)濕與接觸角的關(guān)系,意義: 接觸角愈小、潤(rùn)濕性愈好、親水親組織性愈好,(五) 色彩性,色彩的三個(gè)特性： 色調(diào)hue ： 指顏色的名稱 彩度chroma(飽和度):指顏色的純度 明度value(明亮度):物體對(duì)光的反射性,（非彩色只有明度的區(qū)別）,幾種常用的描述顏色方法 (1) 肉眼觀察 (2) 色卡、色片、比色板比色 (3) 光譜、光電測(cè)定 (4) 孟塞爾色度系統(tǒng),二、力學(xué)性能,(一) 應(yīng)力與應(yīng)變 (五)疲勞與疲勞強(qiáng)度 (二) 彈性與塑性 (六)延性與展性 (三) 應(yīng)力-應(yīng)變曲線 (七)硬度 (四) 回彈性與韌性 (八)蠕變,(一)應(yīng)力與應(yīng)變 stress and

5、strain,應(yīng)力: 指物體內(nèi)部各點(diǎn)各個(gè)方向的力學(xué) 狀態(tài) = F / S 式中： F：外力（N） S：受力面積（mm2） ：應(yīng)力（MPa）,應(yīng)力的形式：,拉應(yīng)力：(tensile stress) 外力為拉力 壓應(yīng)力：(compressive stress) 外力為壓力 切應(yīng)力：(shear stress） 外力為剪切力 （旋轉(zhuǎn)應(yīng)力、綜合應(yīng)力）,F,F,F,F,F,F,應(yīng)變：指材料在外力作用下形狀 變化的量 =L/Lo 式中： 應(yīng)變 L：長(zhǎng)度增量（mm） Lo ： 指定參考狀況下的長(zhǎng)度(mm),（二）彈性變形與塑性變形,彈性變形階段 比例極限 彈性極限（可逆） 塑性變形階段 屈服強(qiáng)度 極限強(qiáng)度

6、斷裂強(qiáng)度（不可逆）,（三）應(yīng)力應(yīng)變曲線,研究材料機(jī)械性能常用的方法是測(cè)定應(yīng)力-應(yīng)變曲線。 它是以應(yīng)力為縱坐標(biāo)，應(yīng)變?yōu)闄M坐標(biāo)繪制的曲線。對(duì)材料施加拉力、壓力、剪切力或彎曲力均可得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖 P：比例極限 E：彈性極限 Y：上屈服點(diǎn) Y:下屈服點(diǎn) A：極限強(qiáng)度 C：斷裂強(qiáng)度 彈性模量：E = 應(yīng)力/應(yīng)變 （比例變形階段）,O,（四）回彈性和韌性,材料在彈性階段，單位體積所吸收的能量叫回彈，或回彈模量。 回彈性是材料抵抗永久變形的能力。 韌性是材料抵抗開(kāi)裂的能力。,（五）疲勞與疲勞強(qiáng)度,疲勞：是指材料在循環(huán)（交變）應(yīng)力作用下發(fā)生的破壞。所受應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于極限強(qiáng)度，甚至小于彈性極限。 疲勞強(qiáng)度：

7、指材料抵抗疲勞破壞的能力。它表示在交變應(yīng)力作用下經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次循環(huán)而不發(fā)生破壞的能力。 在實(shí)際工作中，常在工作應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度時(shí)發(fā)生斷裂，疲勞斷裂常產(chǎn)生于應(yīng)力高度集中或強(qiáng)度低的部位。 常見(jiàn)的沖擊疲勞，冷熱疲勞、接觸疲勞、腐蝕疲勞等。,（六）延性和展性,塑性：是材料在靜載荷作用下，產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力。 延性：材料受到拉力產(chǎn)生破壞之前的塑性變形能力，表示材料能夠塑性伸長(zhǎng)、拉絲的能力。 延伸率：拉伸斷裂后，總伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比，是反應(yīng)材料塑性變形的能力指標(biāo)。一般低延伸率于5%為脆性材料；高于5%為塑性材料，或延展性材料。金合金為19%。 展性：壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的性能，反應(yīng)

8、被加工塑成薄片的能力。,(七) 硬度,硬度（hardness）:固體材料局部抵抗硬物壓人其表面的能力，代表材料抵抗彈性變形、塑性變形或破壞的能力。 布氏硬度 靜負(fù)荷試驗(yàn) 洛氏硬度 魏氏硬度 努普硬度 動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn) 肖氏硬度,負(fù)荷,（八）蠕變,蠕變：是在恒應(yīng)力作用下，塑性應(yīng)變隨時(shí)間不斷增加的現(xiàn)象。該應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于屈服應(yīng)力；如銀汞合金、蠟 蠕變與塑性變形不同，塑性變形通常在應(yīng)力超過(guò)彈性極限之后才出現(xiàn)，而蠕變只要應(yīng)力的作用時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，它在應(yīng)力小于彈性極限時(shí)也能出現(xiàn)。,三、化學(xué)性能,（一）腐蝕和變色 （二）老化 （三）擴(kuò)散和吸附 （四）化學(xué)性粘接,（一）腐蝕和變色,腐蝕 材料由于周圍環(huán)境的生物和化學(xué)侵 蝕

9、而造成的破壞或變質(zhì) 變色 腐蝕開(kāi)始發(fā)生的階段，修復(fù)體表面 變色或失去光澤 （口腔用金屬短期內(nèi)將發(fā)生變色和腐蝕）,均勻腐蝕：,局部腐蝕：腐蝕只發(fā)生在材 料表面某些部位,腐蝕的形態(tài),腐蝕的類型,濕 腐 蝕：有水存在,干 腐 蝕：無(wú)水存在,物質(zhì)受外界生物化學(xué)作用，迅速 產(chǎn)生全面腐蝕,7種局部腐蝕類型 孔蝕：表面小孔狀局部腐蝕 縫隙腐蝕：發(fā)生在材料的縫隙內(nèi)，隙縫內(nèi)外離子或氣體濃度差別造成 晶間腐蝕：發(fā)生于金屬晶粒邊界附近，金屬熱處理或冷加工不當(dāng)造成,磨損腐蝕：金屬表面同時(shí)受流體的磨損和腐蝕作用引起的破壞 應(yīng)力腐蝕：當(dāng)應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)同時(shí)存在時(shí)發(fā)生 疲勞腐蝕: 周期應(yīng)力與腐蝕的共同作用引起材料的破壞 選擇

10、性腐蝕：成分和結(jié)構(gòu)不一的材料，一部分元素被腐蝕浸出，只剩其余組分構(gòu)成海綿狀物質(zhì),（二）老化,老化：材料在加工、儲(chǔ)存和使用過(guò)程中物理、 化學(xué)性質(zhì)和機(jī)械性能下降和破壞的現(xiàn)象 在口腔環(huán)境中材料均會(huì)發(fā)生老化，以高分子材料較明顯。,老化原因,外因,內(nèi)因,物理、化學(xué)、生物,機(jī)械、加工成型,材料的組成和結(jié)構(gòu),（三）擴(kuò)散和吸附,擴(kuò)散：物體原子、分子向周圍移動(dòng)的現(xiàn)象 （主要表現(xiàn)為化學(xué)性溶解） 吸附：離子、原子或分子之間，借助于靜 電力或分子間的范德華力所產(chǎn)生的 吸著現(xiàn)象 （主要表現(xiàn)為化學(xué)性沉積）,（四）化學(xué)性粘接,粘接： 兩個(gè)固體借助于兩者界面間力的作 用而產(chǎn)生結(jié)合的現(xiàn)象，包括物理、 機(jī)械和化學(xué)性結(jié)合 化學(xué)性粘

11、接：粘接劑表面的原子或離子與 被粘體表面的原子或離子間的結(jié)合， 一般以共價(jià)鍵或離子鍵形式存在,四、生物學(xué)性能,（一）生物相容性（biocompatibility） （二）生物安全性（biological safety） （三）生物有效性（effectiveness ） （四）生物功能活性（biofunctionability）,（一）生物相容性,概念 影響因素 范圍 檢測(cè)方法 表征 評(píng)價(jià)方法,1、生物相容性概念,指生物體和材料的相互接納程度，即材料在宿主的特定環(huán)境和部位，與宿主直接或間接接觸時(shí)所產(chǎn)生相互反應(yīng)的能力。 生物相容性一方面是指材料在生物體內(nèi)能耐受宿主各系統(tǒng)作用而保持相對(duì)穩(wěn)定，不被排斥

12、和破壞；另一方面指材料盡可能不引起宿主的異源性識(shí)別反應(yīng)，并與宿主組織形成長(zhǎng)期的良好結(jié)合。 材料-組織界面是生物相容性的關(guān)鍵部位。,2、生物相容性的評(píng)價(jià),生物相容性受多種因素的影響，評(píng)價(jià)材料生物相容性應(yīng)從微觀至宏觀、從局部至整體、從靜態(tài)至動(dòng)態(tài)等反應(yīng)過(guò)程的規(guī)律和結(jié)果進(jìn)行體外和體內(nèi)綜合性評(píng)價(jià)，不能僅依靠單項(xiàng)指標(biāo)。,生物相容性評(píng)價(jià)的層次,組織水平,細(xì)胞水平,分子水平,基因組學(xué),蛋白組學(xué),代謝組學(xué),機(jī)體水平,分子水平三層次的評(píng)價(jià)不僅可以發(fā)現(xiàn)材料的微小生物學(xué)干擾，還可能揭示干擾的機(jī)制和過(guò)程,免疫學(xué)試驗(yàn),植入試驗(yàn),細(xì)胞學(xué)試驗(yàn),3、生物相容性評(píng)價(jià)試驗(yàn),體外試驗(yàn)揭示材料與組織之間的反應(yīng)性質(zhì)，了解材料與組織細(xì)胞的

13、反應(yīng)關(guān)系。如細(xì)胞學(xué)試驗(yàn)，遺傳學(xué)試驗(yàn)，血液學(xué)試驗(yàn)，蛋白吸附試驗(yàn)，分子生物學(xué)試驗(yàn)等。 體內(nèi)試驗(yàn)是為了進(jìn)一步對(duì)材料處于動(dòng)態(tài)時(shí)的生物學(xué)行為進(jìn)行生物相容性檢測(cè)。如皮下、骨植入試驗(yàn)，免疫學(xué)試驗(yàn)、全身毒性試驗(yàn)等。,4、生物相容性的判斷,生物體對(duì)材料的接納程度可以通過(guò)生物體對(duì)材料在不同層次上的反應(yīng)指標(biāo)來(lái)判斷。生物體對(duì)材料的反應(yīng)程度小，說(shuō)明接納程度大，生物相容性佳，反之則差。 比如： 組織反應(yīng)：材料周圍的纖維包膜越薄，生物相容性越好；材料周圍的炎性細(xì)胞越少，生物相容性越好。 細(xì)胞反應(yīng)：對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)，增殖影響越小，生物相容性越好；反之則差。,5、生物相容性的范圍,生物相容性的概念范圍不僅局限于材料與機(jī)體的生物學(xué)反應(yīng)

14、，還指材料與宿主產(chǎn)生相互作用時(shí)所涉及的生物物理學(xué)、生物化學(xué)，生物力學(xué)、生物電學(xué)等反應(yīng)系統(tǒng)的影響。 比如： 機(jī)械性質(zhì)：作為骨組織替代材料的生物材料，在材料比重，硬度，彈性模量等方面越接近天然骨越好。 電學(xué)性質(zhì)：材料的電學(xué)性質(zhì)與機(jī)體組織盡可能接近，在組織內(nèi)不能產(chǎn)生原電池效應(yīng)。,6、生物相容性的影響因素,1、材料自身的類型、形狀、成分結(jié)構(gòu)及其表面特性，材料的化學(xué)、物理機(jī)械和電性能。 2、材料與組織的接觸部位、方式、狀態(tài)與時(shí)間以及采用的方法。,（二）生物安全性,生物安全性：材料進(jìn)入臨床應(yīng)用前具有安全使用的性質(zhì),分類,按接觸性質(zhì)分類,按接觸時(shí)間分類,表面接觸材料 外部接入材料 植入材料,短期接觸 30d

15、,口腔材料的生物安全性評(píng)價(jià),1、體外試驗(yàn) 細(xì)胞毒性試驗(yàn) 采用體外組織細(xì)胞培養(yǎng)的方法，觀察材料對(duì)細(xì)胞增殖及形態(tài)的影響，評(píng)價(jià)材料的體外細(xì)胞毒性。 方法：鉻釋放法，分子過(guò)濾法，瓊酯覆蓋法等，簡(jiǎn)便快速靈敏,2、體內(nèi)動(dòng)物試驗(yàn),檢測(cè)材料對(duì)機(jī)體的全身毒性作用及局部組織反應(yīng),3、特殊試驗(yàn),為口腔臨床應(yīng)用前試驗(yàn)，檢測(cè)材料對(duì)擬使用部位的組織毒性作用,(三) 生物有效性,臨床試驗(yàn)：評(píng)價(jià)材料對(duì)疾病治療有效與否，同時(shí) 進(jìn)一步觀察體內(nèi)對(duì)人體安全與否 材料檢測(cè)：安全性評(píng)價(jià)，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，動(dòng)物試驗(yàn) 醫(yī)療機(jī)構(gòu)：臨床試驗(yàn)資質(zhì) 倫理要求：知情權(quán)，保密義務(wù)，權(quán)益保障 試驗(yàn)方案：全面系統(tǒng)，目的明確（14項(xiàng)內(nèi)容） 試驗(yàn)報(bào)告：全面記錄，正反兼顧（10項(xiàng)內(nèi)容） 全面考察材料對(duì)所治療疾病的有效程度和毒副作用,（四）生物功能活性,概念 范圍 性質(zhì),1、生物功能活性概念,生物功能活性是指材料與宿主相互之間發(fā)揮最大生理功