【口腔醫(yī)學(xué)總結(jié)】口腔材料概述

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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。口腔材料學(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(huì)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(shí)外，還要掌握口腔材料的基礎(chǔ)知識(shí)，以及應(yīng)用技術(shù)。只有基于對(duì)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(jiǎn)史 口腔材料的應(yīng)用歷史悠久，與口腔醫(yī)師活動(dòng)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(dòng)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700~500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(guò)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(guó)，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1015~1122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(guó)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(guó)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(duì)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，50~60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(wèn)世，1971年美國(guó)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(guó)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(duì)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(jí)規(guī)格以來(lái)，目前已經(jīng)建立了各種口腔材料、器械和設(shè)備的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。目前世界上（包括我國(guó)）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(guó)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(lái)一些綜合性大學(xué)也開始了口腔材料的研究工作。在我國(guó)，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(píng)價(jià)特定的口腔材料性能的技術(shù)文件，即對(duì)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(cè)試確實(shí)符合標(biāo)準(zhǔn)后，才可以給予注冊(cè)、投放市場(chǎng)。口腔醫(yī)師必須對(duì)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(guó)國(guó)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(guó)牙科協(xié)會(huì)（American debtal association，ADA）組織者方面的工作，先后已制定60多項(xiàng)美國(guó)牙科協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，隨著知識(shí)的更新及技術(shù)的發(fā)展，不斷對(duì)已制定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂和補(bǔ)充。國(guó)際牙科聯(lián)盟（federation dentaire internationai，F(xiàn)DI）和國(guó)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(guó)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(huì)（technical committees 106，dentistry）簡(jiǎn)稱ISO/TC106,dentistry。ISO的主要目的是制定國(guó)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(yǔ)、測(cè)試方法和質(zhì)量規(guī)格。 1987年12月，中國(guó)國(guó)家技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督局代表中國(guó)作為ISO標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（簡(jiǎn)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(guó)口腔材料和器械設(shè)備的國(guó)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(wú)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(zhǎng)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(duì)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(guó)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(guò)程中，由于物理及化學(xué)因素影響，引起長(zhǎng)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(zhǎng)度或體積變化的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。其表達(dá)式是： ε=L-LO/LO*100% 式中ε:尺寸變化 LO:原長(zhǎng)(mm) L：變化后的長(zhǎng)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(duì)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(duì)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(guò)程中尺寸變化。標(biāo)準(zhǔn)化組織根據(jù)臨床需要對(duì)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 thermal Expansion）是描述物體長(zhǎng)度長(zhǎng)度（或體積）隨溫度變化的物理量，當(dāng)用長(zhǎng)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(cè)量材料的線熱脹系數(shù)，其表達(dá)式為：αL=1/L?dL/dT 該式子使用于壓強(qiáng)為恒量的條件下。 式中：αL：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(zhǎng)度（mm） dL：物體長(zhǎng)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(hào)K-1 圖1-1為新鮮無(wú)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(zhǎng)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(cè)定某一溫度范圍的平均線脹系數(shù)更有意義。 為了便于測(cè)量，通常以環(huán)境溫度時(shí)試樣長(zhǎng)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： α=（L2-L2）/L0(T2-T1) 式中：αL：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(zhǎng)度（mm） L1：溫度為T1時(shí)試樣長(zhǎng)度（mm） L2：溫度為T2時(shí)試樣長(zhǎng)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： αv=1/V?dV/Dt 式中：αv：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(hào)為K-1.如果固體是各向同性的，則其αv=3αL。 口腔材料的熱膨脹系數(shù)事材料性質(zhì)的主要指標(biāo)，對(duì)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(lái)補(bǔ)償鑄造合金在鑄造過(guò)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(huì)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(huì)在長(zhǎng)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(hào)為λ，即溫度梯度為1C/m，單位時(shí)間通過(guò)1m的熱量（瓦特）。單位是瓦特每米開[爾文]，符號(hào)為W/（m?K）。 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(duì)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(rùn)性 液體在固體表面擴(kuò)散的趨勢(shì)稱為液體對(duì)固體的濕潤(rùn)性(wettability)，濕潤(rùn)是粘結(jié)的必要條件。濕潤(rùn)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(zhǎng)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(hào)是γLV；固體的表面張力是指固體與空氣界面的表面張力，符號(hào)為γSV；固體與液體界面的表面張力則是γSL。三種界面及產(chǎn)生的表面張力關(guān)系如下列公式表示： γSV=γSV+γSL?cosθ θ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(lái)或取得一定形狀而達(dá)到平衡。通過(guò)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θ，稱為接觸角。接觸角θ越小，液體在固體表面濕潤(rùn)性越好，反之，θ越大，濕潤(rùn)性越差。當(dāng)θ=0，表明液體對(duì)固體完全濕潤(rùn)或理想濕潤(rùn);當(dāng)θ=180時(shí)，表明液體對(duì)固體完全不濕潤(rùn)。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(huì)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(huì)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(jí)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(huì)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(duì)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(zhǎng)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(duì)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(guó)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(guò)儀器色法或比色法來(lái)測(cè)量牙齒的顏色，從而確定修復(fù)體的顏色，在測(cè)量時(shí)還會(huì)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(lái)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(guò)外力的研究來(lái)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(jiǎn)化為： σ=F/S 式中：σ：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(jiǎn)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： ε=ΔL/L0 式中：ε：應(yīng)變（可以用絕對(duì)值或百分比表示，如0.01或者1%） ΔL:長(zhǎng)度變化量（mm） L0:原長(zhǎng)（mm） （三）應(yīng)力-應(yīng)變曲線 研究材料的機(jī)械性能時(shí)，測(cè)量應(yīng)力和其對(duì)應(yīng)的應(yīng)變作一曲線，為應(yīng)力-應(yīng)變曲線（stress-strain curves）。測(cè)定應(yīng)力-應(yīng)變曲線是研究材料性能的基本方法。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1-4）。 下面對(duì)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(duì)應(yīng)的應(yīng)力值，通常以σP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(guò)σP時(shí)，其應(yīng)力與應(yīng)變呈現(xiàn)線性變化。E點(diǎn)對(duì)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（Young’s modulus），是材料剛性的指標(biāo)，單位為N/mm。其表達(dá)式為： E=σE/Εe 式中：E：彈性模量（MPa） σE：彈性極限時(shí)應(yīng)力（MPa） εE：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(guò)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(duì)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(guò)σE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(duì)的應(yīng)力值稱為屈服強(qiáng)度，記為σy。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(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力值稱為極限強(qiáng)度，記為σA。σA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)σY時(shí)，材料會(huì)產(chǎn)生顯著的塑性變形，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到極限強(qiáng)度σA時(shí)，材料會(huì)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(zhǎng)度與原長(zhǎng)之比?？捎孟率接?jì)算： Δs=ΔL／L100％ 式中：δs：延伸率 ΔL：斷裂后式樣的絕對(duì)伸長(zhǎng)（mm） L：試樣的原始長(zhǎng)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(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)兩大類。測(cè)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(cè)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(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)是在動(dòng)負(fù)荷作用下，使壓頭沖擊材料來(lái)測(cè)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(cè)材料表面，維持一定一定時(shí)間后，測(cè)量壓痕面積，壓痕面積除負(fù)荷得到布氏硬度值，符號(hào)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(cè)定，也不適用于牙體組織和易碎材料的測(cè)定；由于鋼球自身也會(huì)出現(xiàn)變形，不能測(cè)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(cè)材料表面，然后測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度，計(jì)算出壓痕面積，除負(fù)荷得到維氏硬度，符號(hào)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(wèn)題，壓痕清晰，測(cè)量精確，可測(cè)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2~200g，測(cè)試件加工有專門要求，可測(cè)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(duì)頂角為172.5，另一對(duì)為130，和維氏壓頭相比要鈍些。壓痕淺但面積大。測(cè)量壓痕面積的投影面積，除負(fù)荷得到努氏硬度，符號(hào)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(cè)試，可測(cè)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(cè)量壓痕的深度，然后換算成洛氏硬度值，符號(hào)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(cè)量金屬或樹脂。 肖氏硬度試驗(yàn)是一直動(dòng)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(cè)試材料表面，測(cè)量球的回彈高度來(lái)衡量材料的硬度，符號(hào)為HS。肖氏硬度值只能表示一些材料的硬度值，適用于對(duì)彈性模量相同的材料之間比較，常用與塑料和橡膠的測(cè)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(lái)描述。加荷時(shí)間越長(zhǎng)或載荷越大，其形變?cè)酱蟆？谇恍迯?fù)體或充填物在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變?cè)黾?，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?？谇挥酶叻肿踊衔?、合金等均會(huì)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)銀汞合金、復(fù)合樹脂、基托樹脂進(jìn)行耐磨性能測(cè)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(guò)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： δ-3FL/2BH 式中：δ：撓曲強(qiáng)度（MPa） F:最大加荷值（N） L:下加荷臺(tái)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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(dòng)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(guò)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(zhǎng)期的充填材料。但過(guò)量地吸水和溶解都會(huì)使材料的機(jī)械性能下降，不宜作長(zhǎng)期的充填材料。但過(guò)量地吸水和溶解都會(huì)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(huì)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(zhǎng)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(lái)越多的材料應(yīng)用于口腔臨床，世界各國(guó)對(duì)口腔材料的生物學(xué)性能的研究越來(lái)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(píng)價(jià)-牙科材料試驗(yàn)方法”國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)從1989年開始已相繼制定了一套口腔材料生物評(píng)價(jià)醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(píng)價(jià)，以后口腔生物學(xué)評(píng)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(duì)無(wú)毒、無(wú)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(píng)價(jià)材料生物安全性一般通過(guò)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(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖及形變的影響，評(píng)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(dòng)物試驗(yàn) 通過(guò)動(dòng)物試驗(yàn)來(lái)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(cè)材料對(duì)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(duì)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(duì)機(jī)體有害的物質(zhì)，并且機(jī)體環(huán)境對(duì)材料也無(wú)不良影響（如對(duì)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(zhǎng)期在體內(nèi)保持穩(wěn)定，不對(duì)機(jī)體產(chǎn)生損傷和破壞，而且能承受各種靜力和動(dòng)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。