口腔材料概述

θ是指液体在固体表面的接触角 当把液体滴在固体表面上，它可以铺展开来或取得一定形状而达到平衡。通过液滴与固体表面接触点作液滴曲面的切线，该切线与固、液界面之间的夹角θ，称为接触角。接触角θ越小，液体在固体表面湿润性越好，反之，θ越大，湿润性越差。当θ=0o，表明液体对固体完全湿润或理想湿润;当θ=180o时，表明液体对固体完全不湿润。图1-2所示为液体在固体表面形成的液滴。 （五）流电性

在电解质溶液中，异种金属相接触，由于不同金属之间的电位不同，将会出现电位差，导致微电流，这种性质称为流电性（galavnism），该现象称为电流现象。流电现象产生的原理同原电池原理。

在口腔环境中唾液就类似电解质，当口腔内存在不同金属的修复体或金属充填物时，就会产生流电现象。表现为患者在咬合时，两修复体接触，相当于电池两级短路，有较大的电流产生即流电现象，患者感觉极为不舒服，同时还导致修复体的不断溶解、锈蚀（出现电化学）。因此，临床上应尽量避免不同种金属在口腔中接触。此外，同一种金属修复体由于加工中金属污染或不同部位所含各类元素浓度不同也会发生上述现象。银汞合金充填体在口腔中与硫化物、氯化物反应所引起的锈蚀、失去光泽、变色的现象也属于电流现象。 （六） 色彩性

口腔治疗,修复的目的不但要恢复软,硬组织的形态和功能，而且还要达到美观，和谐的效果。随着人们对口腔治疗的要求不断提高，修复体的自然，协调成为医师和患者关注的重要内容之一。

物体的颜色是不同波长的可见光作用于眼睛的结果，任何色彩具备有三个基本要素，即色相，明度和彩度。

色相是指色彩的类型；明度是指色彩的明暗程度；彩度是指色彩的饱和度或纯度，它们相互作用而影响色彩。为了对色彩进行统一和规范，现多采用孟塞尔表色系作为国际上通用标准。

天然牙的色彩除了和牙齿自身组织颜色有关外，还受到牙周组织，黏膜，皮肤，年龄，环境等因素的影响。一般通过仪器色法或比色法来测量牙齿的颜色，从而确定修复体的颜色，在测量时还会受到生理，心里作用的影响。

在选择材料时，必须考虑材料的色彩性，同时还要考虑影响色彩的各类因素。 二、机械性能

材料的机械性能或力学性能是指材料受到外力作用时所表现出来的形变和破坏等特性。形变是分子之间距离发生改变的宏观现象。分子距离减少产生斥力，分子距离增大产生引力。这些引力或斥力的矢量和称为内力。内力与外力共同保持材料受载状态下的平衡。内力与外力大小相等，方向相反。通过外力的研究来了解内力的规律是普遍采用的方法。 （一）应力

应力是描述物体内部各点各个方向的力学状态。单位面积所受的内力即为应力。材料受到外力或外载荷而产生的应力称为外应力，外力和应力大小相等，方向相反；材料内部结构或非外载荷变化产生的应力，称为内应力，如温度变化产生的应力。 若外力均匀且垂直于受力面上，应力简化为： ζ=F/S

式中：ζ：应力（MPa） F : 外力（N）

S : 受力面积（m㎡）

当外力为拉力时，材料产生拉应力（tensile stress）;当外力为压力时，材料产生压应

力（compressive stress）;当外力是剪切力时，材料产生剪切应力（shear stress）或切应力。 （二），应变

应变（strain）是描述材料在外力作用下形状变化的量。口腔材料通常研究的是线应变（linear strain）,又叫正应变，简称应变。在研究正畸弓丝性能时还涉及角应变。应变可表示为： ε=ΔL/L0

式中：ε：应变（可以用绝对值或百分比表示，如0.01或者1%） ΔL:长度变化量（mm） L0:原长（mm） （三）应力-应变曲线

研究材料的机械性能时，测量应力和其对应的应变作一曲线，为应力-应变曲线（stress-strain curves）。测定应力-应变曲线是研究材料性能的基本方法。对材料施加拉力、压力、剪切力或弯曲力均可得到应力-应变曲线（图1-4）。 下面对应力=应变曲线各段及应变点的含义进行描述。

1、比例极限（proportional limit）是材料受外力作用时，应用于应变能保持关系即符合胡克定律时的最大应力值。在图1-4中，即P点所对应的应力值，通常以ζP表示，单位与应力相同。P点的意义是材料应力不超过ζP时，其应力与应变呈现线性变化。E点对应值是弹性极限值，即材料不发生变化永久变形所能承受的最大应力值。 材料在弹性形变阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量（modulus of elasticity），也称杨氏模量（Young’s modulus），是材料刚性的指标，单位为N/mm2。其表达式为： E=ζE/Εe

式中：E：弹性模量（MPa）

ζE：弹性极限时应力（MPa） εE：弹性极限时应变

弹性模量越大，材料的刚性越大，材料越不易发生变形。在选择合适修复材料和充填材料，要考虑材料的用途和使用部位，如用于牙体修复或充填时，要选择弹性模量偏大，和牙釉质相近的合金或陶瓷等材料，可阻止咀嚼产生的应力使修复体或充填体出现过大的变形，而用于基托的材料则弹性模量可适当偏小，与口腔组织有较好的力学相容性。表1-4是牙体组织及一些齿科材料的弹性模量。

2、弹性极限（elastic limit） 图1-4中OE阶段尽管应力与应变呈非线性变化，然而卸载后应变可完全恢复，此阶段称为弹性阶段。E点所对应的应力值称为弹性极限，是材料不发生永久形变所承受的最大应力，E点的意义是材料的应力不超过ζE时不发生塑性形变，去除应力，材料的形变可以回复。

3、屈服强度（yield strength） 从应力应变曲线的Y点开始材料表现出塑性，即应力去除后，应变不能完全恢复。Y点称为屈服点，所应对的应力值称为屈服强度，记为ζy。表1-5是一些材料的屈服强度。

4、极限强度（ultimate strength） 材料在断裂过程中产生的应力值称为极限强度，记为ζA。ζA可出现在断裂时，极限强度压缩强度；应力为剪切应力时，极限强度为剪切强度；应力为弯曲应力时，极限强度为挠曲强度（或弯曲强度）。从表1-6可知材料的拉伸强度和压缩强度有很大区别。如牙釉质、银汞合金或复合树脂其压缩强度远大于压缩强度。 从以上分析可以看到，当应力达到屈服点ζY时，材料会产生显著的塑性变形，当应力达到极限强度ζA时，材料会由于局部变形而导致断裂。因此屈服强度和极限强度是反映材料强

度的两个重要指标。

5、延伸率（elongation） 延伸率是材料受拉伸力作用直到断裂后所增加的长度与原长之比。可用下式计算： Δs=ΔL／L×100％ 式中：δs：延伸率

ΔL：断裂后式样的绝对伸长（mm） L：试样的原始长度（mm）

延伸率是材料延展性的标志，表示材料塑性变形的能力。

6、回弹性（resilience）和韧性（toughness） 回弹性是使材料出现永久变单位体积所需要的量，反映材料抵抗永久变形的能力。韧性是材料断裂时单位体积所需的量，反映材料抵抗断裂的能力。在应力应变曲线上分别用弹性区及塑性区的面积表示，图1-5A、B中的阴影的面积分别表示了材料的回弹性和韧性。 (四)硬度

硬度（hardness）是固体材料抵抗弹性形变、塑性变形或破坏的能力，或抵抗其中两种或三种情况同时发生的能力。是衡量材料软硬的一个指标。它表征材料表面局部区域抵抗压缩变形和断裂的能力。 按施加负荷情况，可将硬度试验分为静负荷试验和动负荷试验两大类。测定硬度多采用静负荷试验压入法，即以一定的载荷，将具有特殊形状的较硬的物体（压头）压入被测材料的表面，使材料表面产生局部塑性变形而形成压痕，以负荷与压痕的深度或表面积的关系表达不同的硬度。如布氏硬度（Brinell hardness）、洛氏硬度（Rockwell hardness）、维氏硬度（Vickers hardness）、努普硬度（Knoop hardness）等。动负荷试验是在动负荷作用下，使压头冲击材料来测硬度，如肖氏硬度（Shere hardness）等。 布氏硬度试验是用一定直径的淬火钢球，在一定负荷作用下压入被测材料表面，维持一定一定时间后，测量压痕面积，压痕面积除负荷得到布氏硬度值，符号是BHN，单位为帕[卡斯]（Pa）。该方法的优点是试验数据稳定，重复性强；压痕面积大，能反映较大范围内材料的平均性能。常用于金属或树脂的硬度。不适于小范围或局部硬度的测定，也不适用于牙体组织和易碎材料的测定；由于钢球自身也会出现变形，不能测试布氏硬度在450以上的材料。 维氏硬度试验是用顶角为136o的正四棱锥形金刚石为压石，以一定负荷压入被测材料表面，然后测量压痕对角线长度，计算出压痕面积，除负荷得到维氏硬度，符号是VHN，单位帕[斯卡]（Pa）。维氏硬度试验实质不存在压头形变问题，压痕清晰，测量精确，可测量硬度高的面积材料。显微硬度实质是负荷小与1kg的维氏硬度试验。一般使用的负荷为2~200g，测试件加工有专门要求，可测试金属、陶瓷及脆性非金属材料。 努氏硬度试验也使用也使用四棱锥形金刚石为压头，一对顶角为172.5o，另一对为130o，和维氏压头相比要钝些。压痕浅但面积大。测量压痕面积的投影面积，除负荷得到努氏硬度，符号KHN，单位帕[]斯卡（Pa）。努氏硬度试验也可以进行显微硬度测试，可测量各类软硬材料。

洛氏硬度是用锥角为120o的金刚石圆锥或直径为1.588mm的钢球，在材料表面，施加一定负荷，测量压痕的深度，然后换算成洛氏硬度值，符号PHV.压头类型不同，标度也不同，常用的标准有HRA、HRB、HRC三种。各种洛氏硬度不能比较。常用于测量金属或树脂。 肖氏硬度试验是一直动负荷试验，用一定质量的金刚石圆头或钢球，从一定高度落于测试材料表面，测量球的回弹高度来衡量材料的硬度，符号为HS。肖氏硬度值只能表示一些材料的硬度值，适用于对弹性模量相同的材料之间比较，常用与塑料和橡胶的测试。

从表1-7可看出，牙釉质和陶瓷是高硬度材料，未加填料的丙烯酸树脂是低硬度材料。 （五）应变-时间曲线

应变不但与应力有关，应变与加荷的时间也存在复杂的关系，这种关系可以用应变-时间曲线（strain-time curves）来描述。加荷时间越长或载荷越大，其形变越大。口腔修复体或充填物在长期使用过程中，会导致应变增加，甚至破坏。 蠕变是指材料在恒应力持续作用下，应变随时间不断增加的现象。该应力常常远远小于屈服应力。口腔用高分子化合物、合金等均会在咀嚼压力的作用下发生缓慢的塑性变形。特别是银汞合金的蠕变是其重要性能，规定蠕变值小于3%。 （六）耐磨度

两个物体在一定的压应力的作用下，抵抗相互产生表面破坏的性能，也指材料抵抗磨耗的能力。口腔充填材料、修复材料的耐磨性能和其在口腔中的使用及保存有重要的影响。根据国家标准对银汞合金、复合树脂、基托树脂进行耐磨性能测试，银汞合金耐磨强度最大，基托树脂最小。

（七）挠曲强度和挠度

口腔咀嚼是一个复杂的力学过程，修复体或充填材料承受的不是单纯的压力或拉力，而是多点受力。如图1-6，材料两端受切应力，中部中界面OO＇以上受压应力，以下受拉力应力。挠曲强度（flexure strength）又称变曲强度，是描述材料承受这样复杂应力下的性能。挠曲强度是反映复合树脂充填材料及义齿基托树脂机械性能的重要参数。

其检验方法如下：按照常规方法讲复合树脂制成矩形样式，按图1-7受力状态进行加荷，直至试样断裂，记录最大加荷值，按下式计算挠曲强度： δ-3FL/2BH2

式中：δ：挠曲强度（MPa） F:最大加荷值（N）

L:下加荷台两加荷点间的距离（mm）

B：试样宽度（mm） H：试样高度（mm）

挠度（deflection）是材料承受其比例极限内的应力所发生的弯曲形变，尽管挠曲强度和挠度都是衡量材料弯曲韧性的指标，但因挠曲强度反映的是材料在持续受力直至断裂时的强度，而在口腔中，修复体常常是受到比例极限内应力的反复作用下所产生的弯曲变形。所以挠曲能更精确地反映材料在口腔环境中的受力与弯曲变形情况。 （八）热应力

由于充填材料在牙齿硬组织热膨胀系数不一致，当温度升高或降低时，充填材料受到牙体组织的限制产生压应力和拉应力。口腔温度不断变化，充填体就不断经受这种交变应力的作用。这种由于温度变化产生的应力称为热应力。热应力长期作用的结果，充填体出现疲劳损伤，甚至出现裂纹。所以，充填材料的热膨胀系数应与牙体组织的热膨胀系数相接近。 三、化学性能

由于唾液分泌、饮食等原因，口腔环境非常复杂温度、pH的变化很大，并不断受到各种物质的刺激作用，因此对空气材料的化学性能有很高的要求。理想的口腔材料应具有化学稳定性，即在口腔环境中不溶解、不腐蚀，主要成分保持稳定。 （一）腐蚀

材料与外界介质之间发生反应，而使材料被破坏或材料变质的现象，称为腐蚀（corrosion）。腐蚀对材料的影响表现为色泽改变和结构性能改变。最常见的腐蚀现象为金属及合金的腐蚀，主要分为化学腐蚀和电化学腐蚀。机械、物理或生物作用可加速腐蚀。 腐蚀类型有干腐蚀和湿腐蚀。干腐蚀为化学腐蚀，金属在空气中发生反应，表面产生氧化层，均匀、致密、稳定的氧化层起到保护作用，使腐蚀趋于停止;而疏松、不稳定的氧化层则致使下面的金属继续和空气接触，使腐蚀继续进行。湿腐蚀是指有水存在的腐蚀，如在潮