【口腔醫(yī)學(xué)總結(jié)】口腔材料概述

概述口腔材料學(xué)（scince of dental materials）是一門和口腔醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)工程學(xué)、材料學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)等密切相關(guān)的交叉性邊緣學(xué)科。它是研究口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域各種材料的組成、性能和應(yīng)用，以及口腔與生物材料的互相關(guān)系，從而達(dá)到利用人工材料和制品，替代和恢復(fù)因各種原因造成的天然牙或骨缺損、缺失后的生理外形和重建已喪失的生物功能的一門學(xué)科?？谇徊牧蠈W(xué)是口腔醫(yī)學(xué)的重要組成部分?？谇徊牧虾w了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的許多方面，并隨著整個(gè)社會的科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展。其產(chǎn)品依托厚重的科學(xué)技術(shù)背景條件?，F(xiàn)代口腔治療水平的進(jìn)步和提高，常伴有口腔材料的改進(jìn)或新的口腔材料出現(xiàn)；而一種新的口腔材料的發(fā)展，也使口腔治療、修復(fù)技術(shù)有了質(zhì)的改變；因此，口腔醫(yī)學(xué)和口腔材料學(xué)是相互促進(jìn)，相互發(fā)展。作為一名現(xiàn)代口腔醫(yī)師或口腔技師除了必須掌握口腔醫(yī)學(xué)知識外，還要掌握口腔材料的基礎(chǔ)知識，以及應(yīng)用技術(shù)。只有基于對所用口腔材料的充分了解，掌握性能特點(diǎn)和應(yīng)用要求后，才能完成高質(zhì)量的口腔治療和修復(fù)。一、 口腔材料學(xué)的發(fā)展簡史 口腔材料的應(yīng)用歷史悠久，與口腔醫(yī)師活動幾乎是同時(shí)產(chǎn)生和發(fā)展的?？谇徊牧显诳谇会t(yī)療實(shí)踐活動中的應(yīng)用歷史，最早可以追溯到公元前2500年前，在埃及王朝墓葬中發(fā)現(xiàn)有用蠟、黏土和木制的假鼻、眼眶、耳和牙齒。公元前700500年已有了用黃金制作的牙冠及橋體。公元1世紀(jì)羅馬的Celsus在拔除齲齒之前，曾用棉絨、鉛和其他物質(zhì)充填大的齲洞，避免在拔牙過程中牙齒破碎，這可能是最早的齲洞充填材料。在公元7世紀(jì)的中國，唐高宗時(shí)期頒布的唐新本草有用銀膏補(bǔ)牙的記載，起銀膏的主要成分為銀、汞和錫，與現(xiàn)在和銀汞合金成分很相似。據(jù)記載，公元10151122年間，人們用研碎的乳香、明礬和蜂蜜充填齲齒。約1480年，有意大利人開始用金箔充填齲洞。 多數(shù)學(xué)者認(rèn)為近代牙科學(xué)開始于1728年法國Pierre Fauchard發(fā)表的專著，該著作涉及口腔醫(yī)學(xué)的許多領(lǐng)域，論及了多種牙科修復(fù)料和操作技術(shù)，并包括以象牙制作義齒的方法。1756年P(guān)faff發(fā)表了以蠟分段制取口腔印模，并用煅石膏灌注模型的論文。1770年，Jean Darcent開始將低熔點(diǎn)合金用于牙科，1788年法國人Nicholas Dubois de Chamant發(fā)明了瓷牙修復(fù)技術(shù)，并于1792年獲專利。1839年Charles Goodyear使用硫化橡膠制作義齒基托。 進(jìn)入19世紀(jì)后，口腔材料發(fā)展迅速，先后發(fā)現(xiàn)了牙膠、氧化鋅丁香酚水門汀和磷酸鋅水門汀等材料，這些材料現(xiàn)在仍在廣泛使用。在19世紀(jì)中葉發(fā)明了銅汞合金和銀錫汞合金，并不斷地加以改進(jìn)，1895年Black提出了相應(yīng)的洞型標(biāo)準(zhǔn)和工藝步驟，他在硫化橡膠用于基托制作害人面部贗復(fù)，陶瓷用于義齒和人工牙種植等方面也作了大量的研究。 在20世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新興學(xué)科的出現(xiàn)，口腔材料也得到極大的發(fā)展，除對已有的材料進(jìn)行改進(jìn)，并建立了規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)還研制出了許多新的材料。1937年出現(xiàn)的丙烯樹脂基托材料取代了硫化橡膠基托材料，是合成高分子材料在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用最早的實(shí)例。50年代后期，溫室硫化硅橡膠作用印模材料，5060年代金屬烤瓷修復(fù)技術(shù)用于臨床。1960年聚羧酸水門汀問世，1971年美國學(xué)者Wilson綜合了磷酸鋅水門汀和聚羥酸水門汀的優(yōu)點(diǎn)而開發(fā)出玻璃離子水門汀。1963年美國學(xué)者R.L Bowen取得牙科復(fù)合樹脂的專利。在復(fù)合樹脂的應(yīng)用逐漸擴(kuò)大的同時(shí)，合成樹脂類牙科粘結(jié)劑及粘結(jié)技術(shù)也迅速開發(fā)。60年代，Branemark提出骨整合理論，并吧鈦和鈦合金用于種植體，該研究獲得極大成功，促進(jìn)了口腔金屬種植材料的發(fā)展。1960年多孔氧化鋁陶瓷及其組織學(xué)研究報(bào)告發(fā)表，1978年羥基磷灰石等生物陶瓷作為植入材料應(yīng)用于口腔臨床，這些促進(jìn)了對生物相容性和生物活性較好的陶瓷類種植材料研究。 隨著口腔材料的不斷發(fā)展，現(xiàn)在人們好不質(zhì)疑口腔材料在口腔醫(yī)學(xué)中的重要作用和地位，口腔材料學(xué)早就成為一門獨(dú)立的學(xué)科。自1920年建立了口腔材料制品的第一項(xiàng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)銀汞合金的選擇和分級規(guī)格以來，目前已經(jīng)建立了各種口腔材料、器械和設(shè)備的國際標(biāo)準(zhǔn)。目前世界上（包括我國）已有相當(dāng)數(shù)量的專門人才從事口腔材料學(xué)的研究和教學(xué)工作，國內(nèi)許多口腔醫(yī)學(xué)院內(nèi)設(shè)立了專門的口腔材料學(xué)教研、研究室或中心，開設(shè)了口腔材料學(xué)課程，還授予這門學(xué)科碩士和博士學(xué)位；近年來一些綜合性大學(xué)也開始了口腔材料的研究工作。在我國，口腔材料學(xué)已成為與口腔解剖生理學(xué)、口腔組織病理學(xué)并列的口腔專業(yè)主要的基礎(chǔ)課程之一。二、 口腔材料的標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)話組織 口腔材料的標(biāo)準(zhǔn)（或稱質(zhì)量規(guī)格）是評價(jià)特定的口腔材料性能的技術(shù)文件，即對某種材料的性能提出具體的技術(shù)要求，當(dāng)某種材料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)確定之后，各生產(chǎn)廠家要向有關(guān)的質(zhì)量管理部門申報(bào)，經(jīng)測試確實(shí)符合標(biāo)準(zhǔn)后，才可以給予注冊、投放市場?？谇会t(yī)師必須對這些標(biāo)準(zhǔn)有一定的了解。 口腔材料的第一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)是有美國國家標(biāo)準(zhǔn)局于1920年組織完成的牙科銀汞合金標(biāo)準(zhǔn)，此后有關(guān)研究人員又進(jìn)行了鍛制合金、鑄造合金等材料的研究。1928年改由美國牙科協(xié)會（American debtal association，ADA）組織者方面的工作，先后已制定60多項(xiàng)美國牙科協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)，隨著知識的更新及技術(shù)的發(fā)展，不斷對已制定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂和補(bǔ)充。國際牙科聯(lián)盟（federation dentaire internationai，F(xiàn)DI）和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（international standards organization，ISO）等機(jī)構(gòu)為此目標(biāo)進(jìn)行了大量工作。 ISO是一個(gè)國際性的、非政府性的組織，其分支機(jī)構(gòu)牙科學(xué)技術(shù)委員會（technical committees 106，dentistry）簡稱ISO/TC106,dentistry。ISO的主要目的是制定國際標(biāo)準(zhǔn)化，106-dentistry的責(zé)任是為各種口腔材料、器械和設(shè)備制定標(biāo)準(zhǔn)化的專業(yè)技術(shù)術(shù)語、測試方法和質(zhì)量規(guī)格。 1987年12月，中國國家技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督局代表中國作為ISO標(biāo)準(zhǔn)委員會（簡稱TC99）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)劃、制定和管理等工作的正式成員，負(fù)責(zé)我國口腔材料和器械設(shè)備的國家標(biāo)準(zhǔn)、口腔材料的分類。三、口腔材料的分類 現(xiàn)有口腔材料的品種繁多，加之新的口腔材料不斷研發(fā)并應(yīng)用于口腔臨床，造成分類標(biāo)準(zhǔn)和分類方法不一。從科教、教學(xué)和臨床應(yīng)用的不同角度，可采用不同的分類方法。通常有以下幾種分類法：（一）按材料主要應(yīng)用臨床科室分類 1、口腔內(nèi)科材料 2、口腔頜面外科材料 3、口腔修復(fù)材料 4、口腔正畸材料 5、口腔預(yù)防保健操了（二）按材料性質(zhì)分類 1、有機(jī)高分子材料 2、無機(jī)非金屬材料 3、金屬材料（三）按材料用途分類 1、印模材料 2、模型材料 3、義齒材料4、充填材料 5、粘結(jié)材料 6、種植材料 7、齒科預(yù)防保健材料此外還包括包埋材料、磨平拋光材料、襯層材料、頜面修復(fù)材料等。(四)按材料與口腔組織的接觸方式分類 1、直接、暫時(shí)與口腔組織接觸的材料 2、直接、長期與口腔組織接觸的材料 3、間接與口腔組織接觸的材料 （五）按材料的應(yīng)用部位分類 1、非植入人體的材料 2、植入人體的材料 以上分類法各有側(cè)重，各有優(yōu)缺點(diǎn)。本教材突出高職教育的特點(diǎn)，體現(xiàn)實(shí)用性原則，并考慮到材料應(yīng)用的習(xí)慣和邏輯關(guān)系，采用按材料主要應(yīng)用臨床科室分類進(jìn)行分章，每章中又按照其用途或名稱分為若干節(jié)。對多個(gè)臨床科室用材料一般按其主要用途在某一章集中介紹。第二章 材料的性能 口腔材料的性能主要指其口腔臨床應(yīng)用并行使功能密切相關(guān)的性質(zhì)，是保證口腔材料臨床應(yīng)用安全有效的基礎(chǔ)。臨床應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)室研究證明，材料的臨床效果與材料的性質(zhì)有著密切的關(guān)系。為了保證材料符合臨床要求，ISO/TC 106及各國標(biāo)準(zhǔn)化組織研究制定了口腔材料性能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了不同口腔材料應(yīng)滿足的性能要求及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?？谇徊牧显谀撤矫婊ハ嘟徊?，難以嚴(yán)格分類。下面主要介紹描述口腔材料物理性能、機(jī)械性能、化學(xué)性能、生物性能等的一些概念。一、物理性能 （一）尺寸變化口腔材料在制作和使用過程中，由于物理及化學(xué)因素影響，引起長度或體積大小的變化，稱為尺寸變化（dimensional change）,尺寸變化通常用長度或體積變化的百分?jǐn)?shù)來表示。其表達(dá)式是：=L-LO/LO*100%式中:尺寸變化 LO:原長(mm) L：變化后的長度（mm） 口腔材料的尺寸穩(wěn)定是材料的基礎(chǔ)性能要求，具有重要的臨床意義。如印模材料、模型材料的尺寸穩(wěn)定性對修復(fù)體得制作精度有重要影響。充填材料固化期間的尺寸變化對充填體與窩洞之間的密合性也有很大影響。因此在研制印模材料。模型材料和充填材料時(shí)必須努力減少使用過程中尺寸變化。標(biāo)準(zhǔn)化組織根據(jù)臨床需要對材料的尺寸變化做了相應(yīng)規(guī)定，表1-1列舉了幾種材料在固化期間的尺寸變化的允許值。 （二）熱膨脹 幾乎所有的材料均受熱時(shí)膨脹，冷卻時(shí)收縮的現(xiàn)象。熱膨脹系數(shù)（coefficient of thermalExpansion）是描述物體長度長度（或體積）隨溫度變化的物理量，當(dāng)用長度的變化表示熱膨脹系數(shù)時(shí)稱為線脹系數(shù)（linear expansion coefficient）。通常測量材料的線熱脹系數(shù)，其表達(dá)式為：L=1/LdL/dT 該式子使用于壓強(qiáng)為恒量的條件下。式中：L：溫度為T時(shí)的線脹系數(shù)（K-1） L：溫度為T時(shí)式樣的長度（mm） dL：物體長度的變化 dT：溫度的變化 線脹系數(shù)的單位為每開爾文或負(fù)一次方開爾文，符號K-1圖1-1為新鮮無齲齒牙根、牙冠的線脹系數(shù)。曲線上個(gè)點(diǎn)的微商除以試樣長度所得的商即為相應(yīng)溫度下的線脹系數(shù)，由曲線可知：同種材料不同溫度時(shí)的線脹系數(shù)不同。然而在實(shí)際應(yīng)用中，測定某一溫度范圍的平均線脹系數(shù)更有意義。 為了便于測量，通常以環(huán)境溫度時(shí)試樣長度L0代替式中L，則溫度范圍在T1-T2時(shí)的線脹系數(shù)可表示為：=（L2-L2）/L0(T2-T1)式中：L：溫度T1至T2范圍內(nèi)平均線脹系數(shù)（K-1） L0：環(huán)境溫度時(shí)試樣的長度（mm）L1：溫度為T1時(shí)試樣長度（mm）L2：溫度為T2時(shí)試樣長度（mm） 當(dāng)用體積的變化表達(dá)熱膨脹系數(shù)時(shí)，則稱為體脹系數(shù)（cubic expansion coefficient）。表達(dá)式為：v=1/VdV/Dt式中：v：溫度為T時(shí)的體脹系數(shù)（K-1） V：溫度為T時(shí)試樣的體積（mm3） dV：物體體積的改變 dT：溫度的變化 體脹系數(shù)的單位為每開爾文或負(fù)一次方開爾文，符號為K-1.如果固體是各向同性的，則其v=3L。 口腔材料的熱膨脹系數(shù)事材料性質(zhì)的主要指標(biāo)，對臨床應(yīng)用有很大影響。如包埋材料要求具有一定的熱膨脹系數(shù)來補(bǔ)償鑄造合金在鑄造過程中的修復(fù)體收縮，烤瓷材料和烤瓷合金熱膨脹系數(shù)不匹配會影響瓷與合金的結(jié)合等。若充填體與牙體熱膨脹系數(shù)有差別，也會在長期使用后出現(xiàn)充填體產(chǎn)生微裂或在充填體與窩洞之間產(chǎn)生縫隙，唾液及食物殘?jiān)冗M(jìn)入裂隙，引起繼發(fā)齲及牙周炎。表1-2列出牙體組織及一些口腔材料的線脹系數(shù)。（三）熱導(dǎo)性 熱導(dǎo)性是物體傳遞熱量的性能。熱導(dǎo)率（thermal conductivity）又稱導(dǎo)熱系數(shù)（coefficient of thermal conductivity），是量度材料導(dǎo)熱性能的物理量，起定義為面積熱流量除以溫度梯度。符號為，即溫度梯度為1C/m，單位時(shí)間通過1m的熱量（瓦特）。單位是瓦特每米開爾文，符號為W/（mK）。 在牙體修復(fù)時(shí)，為避免充填后牙齒在口腔環(huán)境中出現(xiàn)冷熱刺激反應(yīng)，口腔充填材料應(yīng)具備較小的導(dǎo)熱率，特別是接近牙髓的部位必須選用導(dǎo)熱率低的材料，以隔絕溫度變化對牙髓的刺激。在使用銀汞合金等這類導(dǎo)熱率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于牙齒硬組織的材料時(shí)，必須用導(dǎo)熱率較低的水門汀墊底后才可充填。表1-3列出牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)及部分口腔材料的導(dǎo)熱率。（四）濕潤性 液體在固體表面擴(kuò)散的趨勢稱為液體對固體的濕潤性(wettability)，濕潤是粘結(jié)的必要條件。濕潤性和物體的表面張力密切相關(guān)，表面張力是研究物體表面特性的物理量，指作用在物體表面上單位長度的力，單位為每米牛（N/m）。表面能是從能量的角度描述物體表面特征。 現(xiàn)實(shí)條件下物體的表面是指界面。液體的表面張力是指液體與空氣界面的表面張力，符號是LV；固體的表面張力是指固體與空氣界面的表面張力，符號為SV；固體與液體界面的表面張力則是SL。三種界面及產(chǎn)生的表面張力關(guān)系如下列公式表示：SV=SV+SLcos是指液體在固體表面的接觸角當(dāng)把液體滴在固體表面上，它可以鋪展開來或取得一定形狀而達(dá)到平衡。通過液滴與固體表面接觸點(diǎn)作液滴曲面的切線，該切線與固、液界面之間的夾角，稱為接觸角。接觸角越小，液體在固體表面濕潤性越好，反之，越大，濕潤性越差。當(dāng)=0，表明液體對固體完全濕潤或理想濕潤;當(dāng)=180時(shí)，表明液體對固體完全不濕潤。圖1-2所示為液體在固體表面形成的液滴。（五）流電性在電解質(zhì)溶液中，異種金屬相接觸，由于不同金屬之間的電位不同，將會出現(xiàn)電位差，導(dǎo)致微電流，這種性質(zhì)稱為流電性（galavnism），該現(xiàn)象稱為電流現(xiàn)象。流電現(xiàn)象產(chǎn)生的原理同原電池原理。在口腔環(huán)境中唾液就類似電解質(zhì)，當(dāng)口腔內(nèi)存在不同金屬的修復(fù)體或金屬充填物時(shí)，就會產(chǎn)生流電現(xiàn)象。表現(xiàn)為患者在咬合時(shí)，兩修復(fù)體接觸，相當(dāng)于電池兩級短路，有較大的電流產(chǎn)生即流電現(xiàn)象，患者感覺極為不舒服，同時(shí)還導(dǎo)致修復(fù)體的不斷溶解、銹蝕（出現(xiàn)電化學(xué)）。因此，臨床上應(yīng)盡量避免不同種金屬在口腔中接觸。此外，同一種金屬修復(fù)體由于加工中金屬污染或不同部位所含各類元素濃度不同也會發(fā)生上述現(xiàn)象。銀汞合金充填體在口腔中與硫化物、氯化物反應(yīng)所引起的銹蝕、失去光澤、變色的現(xiàn)象也屬于電流現(xiàn)象。（六） 色彩性口腔治療,修復(fù)的目的不但要恢復(fù)軟,硬組織的形態(tài)和功能，而且還要達(dá)到美觀，和諧的效果。隨著人們對口腔治療的要求不斷提高，修復(fù)體的自然，協(xié)調(diào)成為醫(yī)師和患者關(guān)注的重要內(nèi)容之一。物體的顏色是不同波長的可見光作用于眼睛的結(jié)果，任何色彩具備有三個(gè)基本要素，即色相，明度和彩度。 色相是指色彩的類型；明度是指色彩的明暗程度；彩度是指色彩的飽和度或純度，它們相互作用而影響色彩。為了對色彩進(jìn)行統(tǒng)一和規(guī)范，現(xiàn)多采用孟塞爾表色系作為國際上通用標(biāo)準(zhǔn)。天然牙的色彩除了和牙齒自身組織顏色有關(guān)外，還受到牙周組織，黏膜，皮膚，年齡，環(huán)境等因素的影響。一般通過儀器色法或比色法來測量牙齒的顏色，從而確定修復(fù)體的顏色，在測量時(shí)還會受到生理，心里作用的影響。在選擇材料時(shí)，必須考慮材料的色彩性，同時(shí)還要考慮影響色彩的各類因素。 二、機(jī)械性能材料的機(jī)械性能或力學(xué)性能是指材料受到外力作用時(shí)所表現(xiàn)出來的形變和破壞等特性。形變是分子之間距離發(fā)生改變的宏觀現(xiàn)象。分子距離減少產(chǎn)生斥力，分子距離增大產(chǎn)生引力。這些引力或斥力的矢量和稱為內(nèi)力。內(nèi)力與外力共同保持材料受載狀態(tài)下的平衡。內(nèi)力與外力大小相等，方向相反。通過外力的研究來了解內(nèi)力的規(guī)律是普遍采用的方法。（一）應(yīng)力應(yīng)力是描述物體內(nèi)部各點(diǎn)各個(gè)方向的力學(xué)狀態(tài)。單位面積所受的內(nèi)力即為應(yīng)力。材料受到外力或外載荷而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為外應(yīng)力，外力和應(yīng)力大小相等，方向相反；材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)或非外載荷變化產(chǎn)生的應(yīng)力，稱為內(nèi)應(yīng)力，如溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力。若外力均勻且垂直于受力面上，應(yīng)力簡化為：=F/S 式中：應(yīng)力（MPa） F : 外力（N） S : 受力面積（m）當(dāng)外力為拉力時(shí)，材料產(chǎn)生拉應(yīng)力（tensile stress）;當(dāng)外力為壓力時(shí)，材料產(chǎn)生壓應(yīng)力（compressive stress）;當(dāng)外力是剪切力時(shí)，材料產(chǎn)生剪切應(yīng)力（shear stress）或切應(yīng)力。 （二），應(yīng)變應(yīng)變（strain）是描述材料在外力作用下形狀變化的量?？谇徊牧贤ǔＱ芯康氖蔷€應(yīng)變（linear strain）,又叫正應(yīng)變，簡稱應(yīng)變。在研究正畸弓絲性能時(shí)還涉及角應(yīng)變。應(yīng)變可表示為：=L/L0式中：應(yīng)變（可以用絕對值或百分比表示，如0.01或者1%） L:長度變化量（mm） L0:原長（mm）（三）應(yīng)力-應(yīng)變曲線研究材料的機(jī)械性能時(shí)，測量應(yīng)力和其對應(yīng)的應(yīng)變作一曲線，為應(yīng)力-應(yīng)變曲線（stress-strain curves）。測定應(yīng)力-應(yīng)變曲線是研究材料性能的基本方法。對材料施加拉力、壓力、剪切力或彎曲力均可得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線（圖1-4）。 下面對應(yīng)力=應(yīng)變曲線各段及應(yīng)變點(diǎn)的含義進(jìn)行描述。 1、比例極限（proportional limit）是材料受外力作用時(shí)，應(yīng)用于應(yīng)變能保持關(guān)系即符合胡克定律時(shí)的最大應(yīng)力值。在圖1-4中，即P點(diǎn)所對應(yīng)的應(yīng)力值，通常以P表示，單位與應(yīng)力相同。P點(diǎn)的意義是材料應(yīng)力不超過P時(shí)，其應(yīng)力與應(yīng)變呈現(xiàn)線性變化。E點(diǎn)對應(yīng)值是彈性極限值，即材料不發(fā)生變化永久變形所能承受的最大應(yīng)力值。材料在彈性形變階段，其應(yīng)力和應(yīng)變成正比例關(guān)系（即符合胡克定律），其比例系數(shù)稱為彈性模量（modulus of elasticity），也稱楊氏模量（Youngs modulus），是材料剛性的指標(biāo)，單位為N/mm。其表達(dá)式為：E=E/e式中：E：彈性模量（MPa）E：彈性極限時(shí)應(yīng)力（MPa）E：彈性極限時(shí)應(yīng)變 彈性模量越大，材料的剛性越大，材料越不易發(fā)生變形。在選擇合適修復(fù)材料和充填材料，要考慮材料的用途和使用部位，如用于牙體修復(fù)或充填時(shí)，要選擇彈性模量偏大，和牙釉質(zhì)相近的合金或陶瓷等材料，可阻止咀嚼產(chǎn)生的應(yīng)力使修復(fù)體或充填體出現(xiàn)過大的變形，而用于基托的材料則彈性模量可適當(dāng)偏小，與口腔組織有較好的力學(xué)相容性。表1-4是牙體組織及一些齒科材料的彈性模量。2、彈性極限（elastic limit） 圖1-4中OE階段盡管應(yīng)力與應(yīng)變呈非線性變化，然而卸載后應(yīng)變可完全恢復(fù)，此階段稱為彈性階段。E點(diǎn)所對應(yīng)的應(yīng)力值稱為彈性極限，是材料不發(fā)生永久形變所承受的最大應(yīng)力，E點(diǎn)的意義是材料的應(yīng)力不超過E時(shí)不發(fā)生塑性形變，去除應(yīng)力，材料的形變可以回復(fù)。3、屈服強(qiáng)度（yield strength） 從應(yīng)力應(yīng)變曲線的Y點(diǎn)開始材料表現(xiàn)出塑性，即應(yīng)力去除后，應(yīng)變不能完全恢復(fù)。Y點(diǎn)稱為屈服點(diǎn)，所應(yīng)對的應(yīng)力值稱為屈服強(qiáng)度，記為y。表1-5是一些材料的屈服強(qiáng)度。4、極限強(qiáng)度（ultimate strength） 材料在斷裂過程中產(chǎn)生的應(yīng)力值稱為極限強(qiáng)度，記為A。A可出現(xiàn)在斷裂時(shí)，極限強(qiáng)度壓縮強(qiáng)度；應(yīng)力為剪切應(yīng)力時(shí)，極限強(qiáng)度為剪切強(qiáng)度；應(yīng)力為彎曲應(yīng)力時(shí)，極限強(qiáng)度為撓曲強(qiáng)度（或彎曲強(qiáng)度）。從表1-6可知材料的拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度有很大區(qū)別。如牙釉質(zhì)、銀汞合金或復(fù)合樹脂其壓縮強(qiáng)度遠(yuǎn)大于壓縮強(qiáng)度。從以上分析可以看到，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)Y時(shí)，材料會產(chǎn)生顯著的塑性變形，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到極限強(qiáng)度A時(shí)，材料會由于局部變形而導(dǎo)致斷裂。因此屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度是反映材料強(qiáng)度的兩個(gè)重要指標(biāo)。5、延伸率（elongation） 延伸率是材料受拉伸力作用直到斷裂后所增加的長度與原長之比?？捎孟率接?jì)算：s=LL100式中：s：延伸率L：斷裂后式樣的絕對伸長（mm）L：試樣的原始長度（mm）延伸率是材料延展性的標(biāo)志，表示材料塑性變形的能力。6、回彈性（resilience）和韌性（toughness） 回彈性是使材料出現(xiàn)永久變單位體積所需要的量，反映材料抵抗永久變形的能力。韌性是材料斷裂時(shí)單位體積所需的量，反映材料抵抗斷裂的能力。在應(yīng)力應(yīng)變曲線上分別用彈性區(qū)及塑性區(qū)的面積表示，圖1-5A、B中的陰影的面積分別表示了材料的回彈性和韌性。(四)硬度 硬度（hardness）是固體材料抵抗彈性形變、塑性變形或破壞的能力，或抵抗其中兩種或三種情況同時(shí)發(fā)生的能力。是衡量材料軟硬的一個(gè)指標(biāo)。它表征材料表面局部區(qū)域抵抗壓縮變形和斷裂的能力。 按施加負(fù)荷情況，可將硬度試驗(yàn)分為靜負(fù)荷試驗(yàn)和動負(fù)荷試驗(yàn)兩大類。測定硬度多采用靜負(fù)荷試驗(yàn)壓入法，即以一定的載荷，將具有特殊形狀的較硬的物體（壓頭）壓入被測材料的表面，使材料表面產(chǎn)生局部塑性變形而形成壓痕，以負(fù)荷與壓痕的深度或表面積的關(guān)系表達(dá)不同的硬度。如布氏硬度（Brinell hardness）、洛氏硬度（Rockwell hardness）、維氏硬度（Vickers hardness）、努普硬度（Knoop hardness）等。動負(fù)荷試驗(yàn)是在動負(fù)荷作用下，使壓頭沖擊材料來測硬度，如肖氏硬度（Shere hardness）等。 布氏硬度試驗(yàn)是用一定直徑的淬火鋼球，在一定負(fù)荷作用下壓入被測材料表面，維持一定一定時(shí)間后，測量壓痕面積，壓痕面積除負(fù)荷得到布氏硬度值，符號是BHN，單位為帕卡斯（Pa）。該方法的優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)；壓痕面積大，能反映較大范圍內(nèi)材料的平均性能。常用于金屬或樹脂的硬度。不適于小范圍或局部硬度的測定，也不適用于牙體組織和易碎材料的測定；由于鋼球自身也會出現(xiàn)變形，不能測試布氏硬度在450以上的材料。 維氏硬度試驗(yàn)是用頂角為136的正四棱錐形金剛石為壓石，以一定負(fù)荷壓入被測材料表面，然后測量壓痕對角線長度，計(jì)算出壓痕面積，除負(fù)荷得到維氏硬度，符號是VHN，單位帕斯卡（Pa）。維氏硬度試驗(yàn)實(shí)質(zhì)不存在壓頭形變問題，壓痕清晰，測量精確，可測量硬度高的面積材料。顯微硬度實(shí)質(zhì)是負(fù)荷小與1kg的維氏硬度試驗(yàn)。一般使用的負(fù)荷為2200g，測試件加工有專門要求，可測試金屬、陶瓷及脆性非金屬材料。 努氏硬度試驗(yàn)也使用也使用四棱錐形金剛石為壓頭，一對頂角為172.5，另一對為130，和維氏壓頭相比要鈍些。壓痕淺但面積大。測量壓痕面積的投影面積，除負(fù)荷得到努氏硬度，符號KHN，單位帕斯卡（Pa）。努氏硬度試驗(yàn)也可以進(jìn)行顯微硬度測試，可測量各類軟硬材料。 洛氏硬度是用錐角為120的金剛石圓錐或直徑為1.588mm的鋼球，在材料表面，施加一定負(fù)荷，測量壓痕的深度，然后換算成洛氏硬度值，符號PHV.壓頭類型不同，標(biāo)度也不同，常用的標(biāo)準(zhǔn)有HRA、HRB、HRC三種。各種洛氏硬度不能比較。常用于測量金屬或樹脂。 肖氏硬度試驗(yàn)是一直動負(fù)荷試驗(yàn)，用一定質(zhì)量的金剛石圓頭或鋼球，從一定高度落于測試材料表面，測量球的回彈高度來衡量材料的硬度，符號為HS。肖氏硬度值只能表示一些材料的硬度值，適用于對彈性模量相同的材料之間比較，常用與塑料和橡膠的測試。 從表1-7可看出，牙釉質(zhì)和陶瓷是高硬度材料，未加填料的丙烯酸樹脂是低硬度材料。 （五）應(yīng)變-時(shí)間曲線 應(yīng)變不但與應(yīng)力有關(guān)，應(yīng)變與加荷的時(shí)間也存在復(fù)雜的關(guān)系，這種關(guān)系可以用應(yīng)變-時(shí)間曲線（strain-time curves）來描述。加荷時(shí)間越長或載荷越大，其形變越大。口腔修復(fù)體或充填物在長期使用過程中，會導(dǎo)致應(yīng)變增加，甚至破壞。 蠕變是指材料在恒應(yīng)力持續(xù)作用下，應(yīng)變隨時(shí)間不斷增加的現(xiàn)象。該應(yīng)力常常遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于屈服應(yīng)力。口腔用高分子化合物、合金等均會在咀嚼壓力的作用下發(fā)生緩慢的塑性變形。特別是銀汞合金的蠕變是其重要性能，規(guī)定蠕變值小于3%。（六）耐磨度 兩個(gè)物體在一定的壓應(yīng)力的作用下，抵抗相互產(chǎn)生表面破壞的性能，也指材料抵抗磨耗的能力。口腔充填材料、修復(fù)材料的耐磨性能和其在口腔中的使用及保存有重要的影響。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對銀汞合金、復(fù)合樹脂、基托樹脂進(jìn)行耐磨性能測試，銀汞合金耐磨強(qiáng)度最大，基托樹脂最小。（七）撓曲強(qiáng)度和撓度 口腔咀嚼是一個(gè)復(fù)雜的力學(xué)過程，修復(fù)體或充填材料承受的不是單純的壓力或拉力，而是多點(diǎn)受力。如圖1-6，材料兩端受切應(yīng)力，中部中界面OO以上受壓應(yīng)力，以下受拉力應(yīng)力。撓曲強(qiáng)度（flexure strength）又稱變曲強(qiáng)度，是描述材料承受這樣復(fù)雜應(yīng)力下的性能。撓曲強(qiáng)度是反映復(fù)合樹脂充填材料及義齒基托樹脂機(jī)械性能的重要參數(shù)。 其檢驗(yàn)方法如下：按照常規(guī)方法講復(fù)合樹脂制成矩形樣式，按圖1-7受力狀態(tài)進(jìn)行加荷，直至試樣斷裂，記錄最大加荷值，按下式計(jì)算撓曲強(qiáng)度：-3FL/2BH式中：撓曲強(qiáng)度（MPa） F:最大加荷值（N） L:下加荷臺兩加荷點(diǎn)間的距離（mm）B：試樣寬度（mm）H：試樣高度（mm）撓度（deflection）是材料承受其比例極限內(nèi)的應(yīng)力所發(fā)生的彎曲形變，盡管撓曲強(qiáng)度和撓度都是衡量材料彎曲韌性的指標(biāo)，但因撓曲強(qiáng)度反映的是材料在持續(xù)受力直至斷裂時(shí)的強(qiáng)度，而在口腔中，修復(fù)體常常是受到比例極限內(nèi)應(yīng)力的反復(fù)作用下所產(chǎn)生的彎曲變形。所以撓曲能更精確地反映材料在口腔環(huán)境中的受力與彎曲變形情況。 （八）熱應(yīng)力 由于充填材料在牙齒硬組織熱膨脹系數(shù)不一致，當(dāng)溫度升高或降低時(shí)，充填材料受到牙體組織的限制產(chǎn)生壓應(yīng)力和拉應(yīng)力?？谇粶囟炔粩嘧兓?，充填體就不斷經(jīng)受這種交變應(yīng)力的作用。這種由于溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。熱應(yīng)力長期作用的結(jié)果，充填體出現(xiàn)疲勞損傷，甚至出現(xiàn)裂紋。所以，充填材料的熱膨脹系數(shù)應(yīng)與牙體組織的熱膨脹系數(shù)相接近。三、化學(xué)性能 由于唾液分泌、飲食等原因，口腔環(huán)境非常復(fù)雜溫度、pH的變化很大，并不斷受到各種物質(zhì)的刺激作用，因此對空氣材料的化學(xué)性能有很高的要求。理想的口腔材料應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)定性，即在口腔環(huán)境中不溶解、不腐蝕，主要成分保持穩(wěn)定。 （一）腐蝕 材料與外界介質(zhì)之間發(fā)生反應(yīng)，而使材料被破壞或材料變質(zhì)的現(xiàn)象，稱為腐蝕（corrosion）。腐蝕對材料的影響表現(xiàn)為色澤改變和結(jié)構(gòu)性能改變。最常見的腐蝕現(xiàn)象為金屬及合金的腐蝕，主要分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。機(jī)械、物理或生物作用可加速腐蝕。 腐蝕類型有干腐蝕和濕腐蝕。干腐蝕為化學(xué)腐蝕，金屬在空氣中發(fā)生反應(yīng)，表面產(chǎn)生氧化層，均勻、致密、穩(wěn)定的氧化層起到保護(hù)作用，使腐蝕趨于停止;而疏松、不穩(wěn)定的氧化層則致使下面的金屬繼續(xù)和空氣接觸，使腐蝕繼續(xù)進(jìn)行。濕腐蝕是指有水存在的腐蝕，如在潮濕的環(huán)境中，在唾液中等，金屬和電解質(zhì)溶液接觸，產(chǎn)生類似原電池作用，造成金屬腐蝕。腐蝕的形態(tài)可分為均勻腐蝕和局部腐蝕。均勻腐蝕是物質(zhì)表面均受外界化學(xué)作用時(shí)迅速產(chǎn)生全面的腐蝕現(xiàn)象，也稱全面腐蝕。有些腐蝕只發(fā)生在材料表面局部，但腐蝕可向材料深部發(fā)展，危害性較大。常見有孔蝕、晶間腐蝕、疲勞腐蝕、應(yīng)力腐蝕、選擇性腐蝕等。在口腔環(huán)境中，唾液、食物及其分解產(chǎn)物構(gòu)成了腐蝕的環(huán)境條件，由于熱處理或冷加工不當(dāng)及咀嚼應(yīng)力的作用，金屬修復(fù)體容易發(fā)生腐蝕。腐蝕發(fā)生的初期階段，主要為變色，修復(fù)體表面失去光澤，影響美觀，同時(shí)其物理機(jī)械性能已受到影響，縮短其壽命。非金屬材料也存在腐蝕現(xiàn)象，如用氫氟酸處理陶瓷表面，溶解某些成分，使表面產(chǎn)生微小孔隙，這屬于化學(xué)腐蝕。這種處理可改善樹脂類材料和陶瓷的粘結(jié)強(qiáng)度。（二）溶解 物體中原子和分子向周圍移動的現(xiàn)象稱為擴(kuò)散。材料均勻地、穩(wěn)定地分散在溶劑中的過程，稱為溶解。材料在口腔環(huán)境中的溶解和吸附有利有弊，例如，玻璃離子水門汀釋放出的氟離子可使牙齒產(chǎn)生氟磷灰石，起到防齲作用，而氫氧化鈣水門汀的溶解有利于Ca2+的析出促進(jìn)窩洞基底鈣化和形成繼發(fā)性牙本質(zhì)；而磷酸鋅水門汀凝固時(shí)釋放的游離酸可刺激牙髓，出現(xiàn)牙髓炎癥狀，同時(shí)在唾液中的溶解使其機(jī)械性能下降，不宜作長期的充填材料。但過量地吸水和溶解都會使材料的機(jī)械性能下降，不宜作長期的充填材料。但過量地吸水和溶解都會使材料的機(jī)械性能下降直至喪失功能。 牙用的聚合物也會受到唾液和某些溶劑作用，出現(xiàn)吸收、溶脹現(xiàn)象，同時(shí)一些成分被溶解，使其性能下降，如軟襯材料在唾液作用下變硬等。丙烯酸樹脂有被單體溶脹、溶解的特性，在修復(fù)義齒時(shí)常先用單體溶脹修復(fù)面，然后再修復(fù)。（三）老化 材料在加工、貯存和使用中理化性質(zhì)和機(jī)械性能變壞的現(xiàn)象，稱為老化?？谇桓叻肿硬牧先菀桩a(chǎn)生老化，其本質(zhì)是共價(jià)鍵破壞，分子鏈斷裂，分子量降低，出現(xiàn)講解，材料的性能明顯下降。光、熱、唾液、食物殘?jiān)⒚?、微生物、咀嚼?yīng)力等各種因素均可導(dǎo)致口腔高分子材料老化。必須從材料的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性，才能減緩老化速度，延長修復(fù)體的壽命。四、生物性能 口腔材料是用于人體的生物材料，良好的生物性能才能保證臨床應(yīng)用的安全有效。隨著越來越多的材料應(yīng)用于口腔臨床，世界各國對口腔材料的生物學(xué)性能的研究越來越受到重視。1984年ISO/TC106制定了ISO/TR7405-1997“牙科學(xué)-用于牙科的醫(yī)療器械生物相容性臨床前評價(jià)-牙科材料試驗(yàn)方法”國際標(biāo)準(zhǔn)。我國從1989年開始已相繼制定了一套口腔材料生物評價(jià)醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)對口腔新材料的研制、開發(fā)和應(yīng)用起到了重要的作用。隨著現(xiàn)代生物化學(xué)、分子生物學(xué)和免疫學(xué)等學(xué)科的發(fā)展并應(yīng)用于口腔材料的生物學(xué)評價(jià)，以后口腔生物學(xué)評價(jià)方法必將日臻完善，手段更加先進(jìn)。 口腔材料生物性能應(yīng)符合以下條件：(一)生物安全性生物安全性（biological safety） 是指口腔材料應(yīng)用于人體口腔材料應(yīng)用于人體后對無毒、無刺激、比致癌和不致畸變等。生物安全性是現(xiàn)代口腔材料的必備性能，是選擇、生產(chǎn)口腔材料時(shí)首先要考慮的因素。評價(jià)材料生物安全性一般通過三類完成： 1、體外實(shí)驗(yàn) 采用體外組織細(xì)胞培養(yǎng)的方法，觀察材料對細(xì)胞生長繁殖及形變的影響，評價(jià)材料的體外細(xì)胞毒性。常用的有細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞代謝及細(xì)胞其他功能實(shí)驗(yàn)、屏蔽實(shí)驗(yàn)等。此類試驗(yàn)快速、規(guī)范，成本低，并與材料在體外的毒性作用有一定的相關(guān)性。但不能完全反映材料的生物安全性。 2、動物試驗(yàn) 通過動物試驗(yàn)來全面了解材料和機(jī)體之間復(fù)雜、完整的反應(yīng)，有全身毒性試驗(yàn)、粘膜刺激試驗(yàn)、遺傳學(xué)試驗(yàn)、植入試驗(yàn)等。 3、臨床應(yīng)用前試驗(yàn) 主要檢測材料對擬使用部位組織的毒性作用。有牙髓牙本質(zhì)刺激試驗(yàn)、蓋髓及活髓切斷試驗(yàn)、根管內(nèi)應(yīng)用試驗(yàn)和牙種植體骨內(nèi)種植試驗(yàn)等。如果在試驗(yàn)人體進(jìn)行就等同于臨床試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果課得到材料的生物學(xué)性能的最終結(jié)論，難度也是最大的。（二）生物相容性 生物相容性（biocompatibility）通常是指在特定應(yīng)用條件下，材料與宿主保持相對穩(wěn)定而不被排斥的性質(zhì)。又稱為生物適應(yīng)性和生物可接受性。它包含兩方面的含義：即材料不對機(jī)體有害的物質(zhì)，并且機(jī)體環(huán)境對材料也無不良影響（如對材料的破壞）。材料的生物相容性取決于材料與宿主或組織之間的反應(yīng)，以及由此引起的生理、病理反應(yīng)。生物相容性主要包括生物化學(xué)相容性、生物物理機(jī)械相容性、生物電學(xué)相容性三大方面。（三）生物功能性 口腔材料除具有生物安全性、生物相容性外，還應(yīng)具有生物功能性（biofunctionality）。生物功能性是指材料在應(yīng)用部位行使其各方面性能的特性，生物材料發(fā)揮作用和其生物功能性密切相關(guān)。生物功能性和材料與機(jī)體之間的親和性有關(guān)。種植材料的表面特性影響組織的修復(fù)或恢復(fù)生理功能。材料的生物功能性還包括其力學(xué)性能與應(yīng)用部位的力學(xué)性能相匹配。如種植體進(jìn)行必要的表面處理，能和組織形成牢固的結(jié)合，而和該部位組織的彈性模量等協(xié)調(diào)，可保證力傳導(dǎo)有較好的力學(xué)相容性，組織中的應(yīng)力分布合理，防止組織產(chǎn)生不良的反應(yīng)，使材料能長期在體內(nèi)保持穩(wěn)定，不對機(jī)體產(chǎn)生損傷和破壞，而且能承受各種靜力和動力的作用，不斷促進(jìn)組織修復(fù)，發(fā)揮生物功能作用。同樣，充填材料的熱膨脹系數(shù)、彈性模量、硬度等和天然牙相近，才能有效發(fā)揮功能，保持穩(wěn)定，比損壞天然牙或其他組織。