Samenvatting 'Phillips' Science of Dental Materials' (H4+12) Cyclus 2.1.1.
25 views 0 purchase
Course
Gecompromitteerde gezondheid 1 (THK2.1TK)
Institution
Rijksuniversiteit Groningen (RuG)
Book
Phillips\' Science of Dental Materials - eBook
Samenvatting van het boek 'Phillips' Science of Dental Materials' (H4 + H12), voor het vak Materiaalkunde en fysische chemie, gevolgd op de RUG tijdens jaar 2, cyclus 2.1.1. (nieuwe curriculum). In combinatie met alle andere samenvattingen (zie mijn account) heb ik een 10 gehaald! Ik kan het docume...
Boek: Philips’ science of dental materials
H4 – Mechanische eigenschappen van THK-materialen
Vertaalde woorden
Body = object; stress = spanning; strain = vervorming; load = belasting; brittleness = broosheid (brosse materialen zijn keramiek,
amalgaan, composiet en cement); resilience = weerstand; cyclic fatigue process = cyclische vermoeidheidsproces; Yield strength
= geen idee; Yielding = buigzaamheid; drukbelasting = compressive load
Wat zijn mechanische eigenschappen?
• Mechanische eigenschappen: maatstaven voor de reactie/weerstand van een object (body1) tegen vervorming,
scheurgroei of breuk onder een uitgeoefende kracht of druk en de daarbij geïnduceerde spanning.
- In H4 gaat het vooral om statische objecten (in rust) i.p.v. om dynamische objecten (in beweging).
o Meestal uitgedrukt in spanning (stress) en/of vervorming (strain).
§ Spanningssnelheid is ook belangrijk, want als de snelheid waarmee spanning wordt opgewekt stijgt,
dan neemt de sterkte van brosse materialen toe.
§ Vermoeidheidslimiet: spanningsniveau waaronder een oneindig aantal belastingscycli op een
(dynamisch) materiaal kan worden toegepast zonder vermoeidheidsbreuken te veroorzaken à
belangrijk voor brosse materialen.
o De gemeten reacties zijn:
1. Elastisch: omkeerbaar bij krachtvermindering (bv. proportionele limiet, weerstand en
elasticiteitmodulus).
2. Plastisch: onomkeerbaar, niet-elastisch (bv. rek-% en hardheid).
3. Combi van elastisch en plastisch (bv. taaiheid en Yield strength).
• Sterkte: het vermogen van een materiaal om weerstand te bieden aan geïnduceerde spanning zonder breuk of
blijvende vervorming (plastische vervorming). Plastische vervorming treedt op wanneer de elastische spanningslimiet
(proportionele limiet) van het materiaal wordt overschreden.
o Sterkte is geen betrouwbare eigenschap voor het schatten van de houdbaarheid van brosse materialen, want
hij:
§ neemt toe met de grootte en met de spanningssnelheid.
§ neemt af met het aantal spanningscycli.
§ wordt sterk beïnvloed door oppervlakteschade.
o Breuktaaiheid is veel betrouwbaarder voor het beschrijven van de weerstand tegen scheurverspreiding van
brosse materialen.
• De spanning (stress) die nodig is om een materiaal te breken neemt in de loop der tijd af, mogelijk vanwege de zeer
langzame verspreiding van hele kleine ‘foutjes’, die tijdens het cyclische vermoeidheidsproces microscheurtjes zijn
geworden. Wanneer het materiaal zijn ‘faalniveau’ heeft bereikt, breekt het.
Spanningen en vervormingen
• Een uitgeoefende, externe druk of kracht op een (elastische) vaste stof leidt tot een reactie van atomen/moleculen op
en onder het belastingsgebied, en tot een even grote, maar tegengestelde reactie ergens anders in de structuur (bv.
een gebied dat de vaste stof ondersteunt, om de kracht tegen te werken) à 3e wet van Newton: actie = -reactie.
o Wanneer spanning wordt veroorzaakt door een externe kracht of druk, treedt vervorming op.
§ Geproduceerde spanning in een vast materiaal = uitgeoefende kracht / gebied waar het op werkt.
• In een elastische vaste stof kunnen de atomen zo worden samengedrukt dat hun interatomaire evenwichtsafstanden
tijdelijk wordt verkleind tot de kracht vermindert/verdwijnt (heeft te maken met buigzaamheid/plastische
vervormbaarheid).
1
Body = een afzonderlijk object dat massa heeft (‘t is gemaakt van moleculen).
, o Echter, als de spanning de proportionele limiet (= maximale elastische spanning) overschrijdt, kan permanente
verplaatsing van atomen of breuk van interatomaire bindingen optreden, en zal het oppervlak zich niet
(volledig) herstellen. Voor brosse materialen die alleen elastisch vervormen (niet plastisch) leidt dit tot breuk.
• Sterkte van een materiaal: het gemiddelde spanningsniveau waarbij het materiaal een zekere mate van initiële
plastische vervorming (Yield strength) vertoont of waarbij breuk optreedt (uiteindelijke sterkte) in
onderzoeksmonsters van dezelfde vorm en grootte.
o Sterkte is afhankelijk van:
§ Spanningssnelheid
§ Vorm van het testmonster
§ Aantal spanningscycli
§ Omgeving waarin het materiaal wordt getest.
• Spanning: de kracht per oppervlakte-eenheid die inwerkt op miljoenen atomen of moleculen in een bepaald
materiaalvlak. Spanning wordt beschreven aan de hand van z’n grootte + het soort vervorming dat het veroorzaakt.
o De geïnduceerde spanning neemt af naarmate je verder van het kracht-/drukuitoefeningsgebied komt
(behalve in sommige buigsituaties en bij sommige gladde objectvormen).
§ De spanningsverdelingen van het belaste oppervlak en het weerstandsoppervlak zijn dus bijna nooit
hetzelfde. We gaan hier echter wel van uit voor het bepalen van mechanische eigenschappen.
o Elastische spanningen zorgen voor omkeerbare vervorming.
o Spanningen > proportionele limiet (PL) zorgen voor permanente vervorming, of (indien hoog genoeg).
§ Brosse materialen kunnen niet plastisch vervormen!! à Ze breken als de PL wordt overschreden.
• Bij grote gebreken of bij spanningsconcentratiegebieden vanwege een onjuist ontwerp neemt de sterkte van brosse
materialen af. Bij veel lage uitgeoefende kracht kan het materiaal dan breken à de gelokaliseerde spanning
overschrijdt de sterkte van het materiaal daar waar de kritische fout zit (spanningsconcentratie).
• Trekspanning (𝝈) = trekkracht per oppervlakte-eenheid loodrecht op de krachtrichting.
o SI-eenheid van spanning of druk: pascal (Pa) = 1 N/m2.
§ Megapascal (MPa) heeft voorkeur, want = consistent met SI-systeem.
• Vervorming (verandering in lengte per lengte-eenheid): de relatieve deformatie van een voorwerp dat aan spanning
wordt blootgesteld.
o Elastische vervorming: omkeerbaar à object krijgt oorspronkelijke vorm terug als kracht wordt weggenomen.
o Plastische vervorming: permanent à neemt niet af wanneer de kracht verdwijnt.
o Elastische + plastische vervorming: materiaal wordt vervormd tot over de elastische limiet heen (komt in
plastisch gebied terecht). Alleen de elastische vervorming wordt na krachtverwijdering hersteld.
o Visco-elastische vervorming: materialen krijgen zowel viskeuze als elastische eigenschappen tijdens
vervorming.
§ Elastische component:
- uitrekken, maar niet verbreken van atomaire/moleculaire bindingen en in een geordende vaste stof.
§ Viskeuze component:
- Viskeuze materialen weerstaan bij geïnduceerde spanning schuifstroom en rek lineair met de tijd.
- Viscositeit = resultaat van de herschikking van atomen of moleculen in amorfe materialen (viskeuze
component)
Trekspanning (tensile stress)
• Bij trekspanning is er altijd trekvervorming betrokken, maar het is lastig om pure trekspanning in een materiaal te
creëren (waardoor deze uitgerekt of verlengd wordt) want als bij trekbelasting een kleine hoeveelheid buiging
optreedt, is de resulterende spanningsverdeling een combi van trek-, compressie én schuifcomponenten.
o Microrektest: testmonster wordt langs zijn lange as geladen (waarbij de machine een verkeerde uitlijning van
het geladen monster minimaliseert).
• Je kunt een trekspanning genereren d.m.v. een trekkracht, maar ook door de structuur te buigen (zie kopje
buigspanning verderop à afbeelding).
• De meeste THK-materialen zijn vrij bros en daarmee zeer gevoelig voor het ontstaan van scheurtjes (als ze
oppervlaktefouten vertonen en worden blootgesteld aan trekspanning). Er is vaak breuk zonder enige waarschuwing,
omdat er weinig of geen vervorming optreedt die zou kunnen duiden op hoge spanningen.
, Drukspanning (compressive stress)
• Drukspanning: de interne weerstand tegen een drukbelasting die een materiaal neigt samen te drukken of te verkorten
(druk-vervorming).
o Berekenen: uitgeoefende kracht / dwarsdoorsnede-oppervlak loodrecht op de as van de uitgeoefende kracht.
Schuifspanning (shear stress)
• Schuifspanning: de weerstand tegen het glijden/draaien van een deel van een materiaal over een ander deel van dat
materiaal, óf de spanning veroorzaakt door een draaiwerking op een materiaal.
o Berekenen: kracht / gebied evenwijdig aan de krachtrichting.
• Schuifbreuk in de mond is onwaarschijnlijk, want:
1. Veel van de brosse materialen in herstelde tanddelen hebben een redelijk ruw, gebogen oppervlak
2. Er zijn afschuiningen, bevels of krommingsfluctuaties v/e gebonden tandoppervlak.
3. Daar is een uitgeoefende kracht direct naast het grensvlak voor nodig à is vrij moeilijk te bewerkstelligen,
zelfs bij gepolijste, vlakke grensvlakken.
§ Hoe verder weg de belasting van de interface wordt aangebracht, hoe groter de kans op
buigspanningen à er treedt eerder trekbreuk op dan afschuifbreuk.
4. Bij brosse materialen ligt de treksterkte vaak ver onder de afschuifsterkte à trekbreuk is waarschijnlijker.
Buigspanning
• Trek-, schuif en drukspanning ontwikkelen zich a/d hand van de aard v/d gehanteerde krachten en de vorm v/h object.
o Een buigkracht kan alle drie de spanningen veroorzaken, maar meestal treedt bij buiging breuk op door de
trekspanning-component:
§ Trek- en drukspanning zijn axiale spanningen (= spanningen langs de lengte-as)
§ Schuifspanning is een combinatie van trek- en drukcomponenten.
• Buigspanningen ontstaan bij:
o Een THK-materiaalontwerp met een driepuntsbelasting à eindpunten vastgezet + kracht uitgeoefend tussen
die eindpunten.
o Een vrijdragend THK-materiaalontwerp die aan slechts één uiteinde wordt ontwerp à belasting langs een
willekeurig deel van het niet-ondersteunende gedeelte.
o Voortanden wanneer een patiënt er mee afbijt (de krachten staan daar in een hoek met de lange assen van de
tanden)
• Afbeelding:
De trekspanning ontwikkelt zich bij de driedelige brug (A) aan de
gingivale kant. Tussen deze 2 gebieden heb je de neutrale as à
toestand zonder trek- en drukspanning.
De trekspanning ontwikkelt zich bij de vrijdragende brug (B) aan de
occlusale kant, want het gebied buigt naar beneden toe, waardoor
het occlusale deel meer convex/uitgerekt wordt (= trekgebied) en
het gingivale deel meer samengedrukt wordt.
o Zulke spanningsgebieden vertegenwoordigen potentiële breukinitiatieplaatsen (vooral in brosse materialen
met weinig/geen plastisch vervormingspotentieel).
• Afbeelding
o In het bovenste deel van afbeelding-A wordt een schuifkracht uitgeoefend op
afstand d/2 van interface a-b.
o Naarmate de kracht groter wordt, wordt eerst een elastische schuif-vervorming
geproduceerd, die terugkeert naar 0 als de schuifkracht verdwijnt. Als de
schuifkracht op het buitenoppervlak voldoende vergroot wordt, zal plastische
vervorming optreden (zie afbeelding B).
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller Mariecusters. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $10.18. You're not tied to anything after your purchase.
