Φυσικές ιδιότητες οδοντικών υλικών

Transcript

1 Φυσικές ιδιότητες οδοντικών υλικών Η γνώση των µηχανικών ιδιοτήτων των υλικών είναι ουσιώδης για την επιλογή ενδεδειγµένης χρήσης και την µακρόχρονη λειτουργικότητά τους. Στη στοµατική κοιλότητα διαµορφώνεται µια δυναµική κατάσταση και το υλικό βρίσκεται κάτω από ποικιλία συνθηκών. (δυνάµεις που ασκούνται κατά τη µάσηση από Ν) Στο στοµατικό περιβάλλον τα οδοντικά υλικά δέχονται τάσεις λόγω της µάσησης. Οι δυνάµεις αυτές δρουν τόσο στα δόντια όσο και στα πρόσθετα υλικά προκαλώντας αντιδράσεις που µε τη σειρά τους οδηγούν σε παραµορφώσεις. Η διαδικασία αυτή είναι δυνατόν να επηρεάσει την αντοχή των υλικών. Οταν µια δύναµη ασκείται σε ένα σώµα αναπτύσσεται µια ίση και αντίθετη αντίδραση. Το αποτέλεσµα είναι η ανάπτυξη εσωτερικής τάσης. Η αντίδραση λόγω της άσκησης εξωτερικής δύναµης µπορεί να µετρηθεί. Σαν τάση ορίζεται το πηλίκο δύναµης προς την επιφάνεια σ= F/A (N/mm 2 ) Ανάλογα µε τα χαρκτηριστικά της εφαρµοζόµενης τάσης η αντίδραση του υλικού µπορεί να είναι διαφορετική. Η τάση µπορεί να οδηγήσει σε παραµόρφωση. εχόµαστε την αρχή της οµοιοµορφίας: το σώµα αντιδρά οµοιόµορφα σε όλα του τα στρώµατα. Κάθε υλικό χαρακτηρίζεται από µια καµπύλη τάσης παραµόρφωσης. Εαν η τάση είναι ανάλογη της παραµόρφωσης και η παραµόρφωση δεν είναι µόνιµη το υλικό βρίσκεται στην ελαστική περιοχή του. Η αναλογία ισχύει µέχρι το όριο αναλογίας. Από τη γραµµική αυτή περιοχή καθορίζεται η ελαστικότητα ενός υλικού και η ποσοτική της έκφραση είναι το µέτρο ελαστικότητας ή µέτρο του Young. Εαν η εφαρµοζόµενη τάση υπερβεί το όριο ελαστικότητας η παραµόρφωση είναι µόνιµη ή πλαστική. Η µέγιστη τάση που αντέχει ένα υλικό είναι το όριο θραύσης του. Το εµβαδό κάτω από το γραµµικό κοµµάτι της καµπύλης τάσης παραµόρφωσης αντιπροσωπεύει την πλαστικότητα του υλικού. Αντιστοιχεί στην αντίσταση του υλικού σε µόνιµη παραµόρφωση και υποδεικνύει το ποσό ενέργειας που απαιτείται ώστε το υλικό να φτάσει στο όριο αναλογίας. Το συνολικό εµβαδόν κάτω από την καµπύλη τάσης παραµόρφωσης αντίστοιχα χαρακτηρίζει τη σκληρότητα του υλικού και αντιπροσωπεύει το ποσό ενέργειας που απαιτείται για να σπάσει το υλικό. Οταν ένα σώµα υπόκειται σε αξονικές αντίθετες δυνάµεις υφίσταται εφελκυσµό. Το αποτέλεσµα των εφελκυστικών δυνάµεων είναι η επιµήκυνση του σώµατος. Από µια καµπύλη τάσης παραµόρφωσης για τον εφελκυσµό µπορούν να προσδιοριστούν το µέτρο ελαστικότητας, το όριο θραύσης, η πλαστικότητα και η σκληρότητα ενός υλικού.

2 ιαµετρική συµπίεση

3 Η θραύση σε χαµηλές τάσεις χαρακτηρίζει εύθραυστα υλικά. Σε αυτές τις περιπτώσεις δοκιµάζεται η αντοχή στη συµπίεση ή θλίψη. Στην περίπτωση αυτή η εφαρµοζόµενη τάση είναι σ=2f/πdt. D: διάµετρος κυκλικού δείγµατος Τ: πάχος δείγµατος Τάση συµπίεσης Ακολουθείται η ίδια διαδικασία µε τον εφελκυσµό. Τα περισσότερα υλικά έχουν διαφορετική συµπεριφορά στον εφελκυσµό και στη θλίψη. Λόγος Poisson Η άσκηση τάσης σέ ένα υλικό κατά τη διεύθυνση ενος άξονα προκαλεί παραµόρφωση και στον κάθετό του άξονα π.χ. αξονική συµπίεση ενός κυλινδρικού θα δείγµατος προκαλέσει αύξηση της διατοµής και µέιωση του µήκους. Εαν οι παραµορφώσεις αυτές είναι στην ελαστική περιοχή, ο λόγος κάθετης προς την αξονική παραµόρφωση, ονοµάζεται λόγος Poisson. Τάση κάµψης Η ικανότητα κάµψης ενός σώµατος πριν τη θραύση του.

4 Η τάση κάµψης σ=3fl/2bd 2, l: απόσταση στηριγµάτων, b: πλάτος δείγµατος, d:πάχος δείγµατος. Αντίσταση στην κόπωση οκιµάζεται η συµπεριφορά των υλικών σε διακεκοµµένες, χαµηλές τάσεις. Η µέτρηση αφορά όριο κόπωσης µετά από συγκεκριµένο αριθµό εφαρµογών τάσης. Τεστ σκληρότητας επιφάνειας Τα επιφανειακά χαρακτηριστικά των υλικών αποτελούν ένα ακόµα αποφασιστικό παράγοντα, όταν αυτά χρησιµοποιούνται στο στοµατικο περιβάλλον. Από αυτά εξαρτάται η ικανότητα στίλβωσης, η δηµιουργία γρατζουνιών και η αντίσταση σε τάση. Επίσης η επιφανειακή σκληρότητα χρησιµοποείται για την εκτίµηση της επιφανειακής αντοχής σε παραµόρφωση λόγω διείσδυσης. Η σκληρότητα αυτή δεν αποτελεί καταστατική ιδιότητα του υλικού, ακριβώς ορισµένη µε όρους µάζας, µήκους ή χρόνου. Η τιµή Σκληρότητας προκύπτει από µια καλά ορισµένη µετρητική διαδικασία. Η συνήθης διαδικασία συνίσταται στην µέτρηση του βάθους ή της επιφάνειας του ίχνους που αφήνει ιχνευτής συγκεκριµένου σχήµατος όταν εφαρµόζει πάνω στο υλικό συγκεκριµένη δύναµη για συγκεκριµένο χρόνο. Οι τέσσερεις πιο διαδεδοµένες µέθοδοι είναι οι: Brinell, Rockwell, Vickers και Knoop. Η κλίµακα κατάταξης για το καθένα βασίζεται σε συνδυασµό της εφαρµοζόµενης δύναµης και του σχήµατος του ιχνευτή. Η µέθοδος Brinell είναι η παλαιότερη, σηµαδεύει το υλικό µε ατσάλινη σφαίρα διαµέτρου 10mm. Χρησιµοποιείται για τον έλεγχο µετάλλων και κραµάτων. Η µέθοδος Rockwell χρησιµοποεί κώνο από διαµάντι και δοκιµάζει συνήθως πλαστικά υλικά. Η µέθοδος Vickers χρησιµοποιεί ιχνευτή από διαµάντι σε σχήµα πυραµίδας µε τετράγωνη βάση και γωνία 1360 µεταξύ των απέναντι επιφανειών. Οι δυνάµεις που ασκούνται είναι από 1-100kgf. Η εφαρµογή διαρκεί από 10-15sec. Μετρώνται οι διαγώνιοι του ίχνους και το εµβαδόν της πλάγιας επιφάνειας. Χρησιµοποιείται για µικρές επιφάνειες και σκληρά υλικά. Η µέθοδος Knoop είναι η πιο ευαίσθητη σε επιφανειακά χαρακτηριστικά. Ο ιχνευτής είναι πυραµίδα από διαµάντι µε λόγο διαγωνίων 7:1. Το βάθος του ίχνος

5 είναι το 1/30 του µήκους του. Μετράται µόνο η µακρύτερη διαγώνιος και η KHN υπολογίζεται από: ΚΗΝ=F/l 2 C p, όπου l το µήκος της µεγάλης διαγωνίου, C p σταθερά κανονικοποίησης του εµβαδού του ίχνους. Η µέθοδος Knoop χρησιµοποιείται για επιφάνειες από σµάλτο. Μια από τις δυσκολίες που παρουσιάζει είναι η προετοιµασία µιας πολύ γυαλισµένης επίπεδης επιφάνειας.

6 Υλικό Οριο θραύσης Οριο θραύσης εφελκυσµού συµπίεσης Dentine Σµάλτο Αµάλγαµα Χρυσά κράµατα Σύνθετα υλικά Πορσελάνη