口腔金属材料.ppt

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1、|具有良好的物理机械性能和具有良好的物理机械性能和一定的生物相容性能一定的生物相容性能|广泛用作口腔修复、正畸、广泛用作口腔修复、正畸、充填和种植等材料。充填和种植等材料。第一节第一节 概概 述述金属的特性可大致归纳为以下几点：金属的特性可大致归纳为以下几点：1.在溶液中能被电离释放离子，离子化时形成在溶液中能被电离释放离子，离子化时形成阳离子如阳离子如a2+、+、e3+。2.固体状态时呈结晶，具有金属光泽。固体状态时呈结晶，具有金属光泽。3.是电和热的良导体。是电和热的良导体。4.密度大，不透明。密度大，不透明。一、一、金属的特性金属的特性5.塑性变形较大，富有延展性。塑性变形较大，富有延展

2、性。6.金属易被氧化，氧化物多数显碱性如金属易被氧化，氧化物多数显碱性如Fe2O3。7.合金化能改变其性能。合金化能改变其性能。二、金属的结构二、金属的结构晶体晶体结点结点 晶格晶格 晶胞晶胞金属晶格的三种常规结构为体心立方晶格、金属晶格的三种常规结构为体心立方晶格、面心六方晶格和密排六方晶格。面心六方晶格和密排六方晶格。体心立方晶格体心立方晶格的单位晶胞为正立方体，立方的单位晶胞为正立方体，立方体的体的8个顶角和个顶角和1个体心上各有个体心上各有1个原子。属于个原子。属于这种晶格的类型的金属有这种晶格的类型的金属有-铁、铬、钼、铁、铬、钼、-钛钛等。等。面心六方晶格面心六方晶格面心六方晶格面

3、心六方晶格的单位晶胞也是由的单位晶胞也是由的单位晶胞也是由的单位晶胞也是由8 8个原子构成的立方个原子构成的立方个原子构成的立方个原子构成的立方体，但立方体的六个面心上还各有体，但立方体的六个面心上还各有体，但立方体的六个面心上还各有体，但立方体的六个面心上还各有1 1个原子。属于这个原子。属于这个原子。属于这个原子。属于这种晶格类型的金属有铝、铜、镍、银和金等。种晶格类型的金属有铝、铜、镍、银和金等。种晶格类型的金属有铝、铜、镍、银和金等。种晶格类型的金属有铝、铜、镍、银和金等。密排立方晶格密排立方晶格密排立方晶格密排立方晶格的单位晶胞为六方柱体，原子排列在的单位晶胞为六方柱体，原子排列在的

4、单位晶胞为六方柱体，原子排列在的单位晶胞为六方柱体，原子排列在六方柱体的每个角上和上、下面的中心，在柱体中六方柱体的每个角上和上、下面的中心，在柱体中六方柱体的每个角上和上、下面的中心，在柱体中六方柱体的每个角上和上、下面的中心，在柱体中间还有间还有间还有间还有3 3个原子，属于这种晶格类型的金属有镁、锌、个原子，属于这种晶格类型的金属有镁、锌、个原子，属于这种晶格类型的金属有镁、锌、个原子，属于这种晶格类型的金属有镁、锌、镉和铍等。镉和铍等。镉和铍等。镉和铍等。金属中的原子以金属中的原子以“金属键金属键”的形式结合。金的形式结合。金属键的键能较高，依靠金属键足以把这些结属键的键能较高，依靠金

5、属键足以把这些结点连接一起形成牢固的金属结晶，并在金属点连接一起形成牢固的金属结晶，并在金属发生一定变形时不至被破坏。发生一定变形时不至被破坏。三、三、金属的熔融与凝固金属的熔融与凝固金属的结晶过程分为两个阶段金属的结晶过程分为两个阶段在液态金属中产生结晶微粒在液态金属中产生结晶微粒 结晶中心或晶核结晶中心或晶核结晶中心或晶核成长、增多，结晶中心或晶核成长、增多，直到液体完全消失。直到液体完全消失。液液态态 固固态态凝凝固固（结结晶晶）熔熔 融融温度温度-时间曲线时间曲线 熔融的纯金属在冷却时，熔融的纯金属在冷却时，将温度随时间变化的相应值记录下来并绘制将温度随时间变化的相应值记录下来并绘制成

6、曲线，又称成曲线，又称冷却曲线冷却曲线。温度温度时间时间ABBCDTfTsTfTf：熔点：熔点 凝固点凝固点四、合金的结构与性质四、合金的结构与性质两种或两种以上的金属元素或金属与非金属两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素熔合在一起，具有金属性质的物质。元素熔合在一起，具有金属性质的物质。制成合金可以改善金属性能，目前在口腔临制成合金可以改善金属性能，目前在口腔临床应用的金属材料大多数为合金。床应用的金属材料大多数为合金。概念概念（一）（一）合金的结构合金的结构组元：组元：组成合金的独立的最基本的单元。可组成合金的独立的最基本的单元。可以是金属元素或非金属元素，也可以是稳定以是金属元素或

7、非金属元素，也可以是稳定的化合物。例如铁碳合金中，纯铁和碳都是的化合物。例如铁碳合金中，纯铁和碳都是组元。组元。相：合金中化学成分、晶体结构和性能相同相：合金中化学成分、晶体结构和性能相同的部分。相与相之间有明显的界面。合金的的部分。相与相之间有明显的界面。合金的性能是由组成合金的各相的组织结构和性能性能是由组成合金的各相的组织结构和性能所决定的，不同的相具有不同的性能。所决定的，不同的相具有不同的性能。合金相有两种基本结构类型合金相有两种基本结构类型固溶体固溶体化合物化合物1 1.固溶体固溶体 一种组元均匀地溶解于另一种一种组元均匀地溶解于另一种组元中所形成的晶体相称为固溶体。与液体组元中所

8、形成的晶体相称为固溶体。与液体溶液相同，固溶体中也有溶剂和溶质之分，溶液相同，固溶体中也有溶剂和溶质之分，保持晶格不变的组元称为溶剂，晶格消失的保持晶格不变的组元称为溶剂，晶格消失的组元称为溶质。所以固溶体的晶格就是溶剂组元称为溶质。所以固溶体的晶格就是溶剂的晶格。的晶格。固溶体由于晶格发生畸变，增加了位错运固溶体由于晶格发生畸变，增加了位错运动通过的困难，因而合金的抗塑性变形能动通过的困难，因而合金的抗塑性变形能力提高，而导电性下降。力提高，而导电性下降。2 2化合物化合物 金属化合物构成了合金的晶体金属化合物构成了合金的晶体相，化合物的元素可由金属元素组成，也可相，化合物的元素可由金属元素

9、组成，也可由金属元素与非金属元素组成，如由金属元素与非金属元素组成，如FeFe3 3C C。化合物不能单独构成合金，只能作为组元弥散化合物不能单独构成合金，只能作为组元弥散地分布在固溶体或纯金属元素中地分布在固溶体或纯金属元素中提高合金的塑性变形抗力和抗磨性提高合金的塑性变形抗力和抗磨性改善合金的机械性能和热处理性能改善合金的机械性能和热处理性能单一化合物一般硬而脆不能单独使用单一化合物一般硬而脆不能单独使用（二）（二）合金的性质合金的性质合金的性质与纯金属的差别：合金的性质与纯金属的差别：合金的性质与纯金属的差别：合金的性质与纯金属的差别：1 1 1 1熔点与凝固点熔点与凝固点熔点与凝固点熔

10、点与凝固点 纯金属的熔点与凝固点为恒定不变的温度且两点纯金属的熔点与凝固点为恒定不变的温度且两点纯金属的熔点与凝固点为恒定不变的温度且两点纯金属的熔点与凝固点为恒定不变的温度且两点温度相同。温度相同。温度相同。温度相同。合金开始熔化与最后完全熔化的温度相差很大，合金开始熔化与最后完全熔化的温度相差很大，合金开始熔化与最后完全熔化的温度相差很大，合金开始熔化与最后完全熔化的温度相差很大，在凝固时亦然。在凝固时亦然。在凝固时亦然。在凝固时亦然。合金的熔点一般较凝固点为低。合金的熔点一般较凝固点为低。合金的熔点一般较凝固点为低。合金的熔点一般较凝固点为低。2延性、展性、韧性延性、展性、韧性合金的延性

11、及展性一般均较所组成的金属合金的延性及展性一般均较所组成的金属为低，而韧性则增高。为低，而韧性则增高。3.硬度硬度合金的硬度较其所组成的纯金属为高。金合金的硬度较其所组成的纯金属为高。金属与合金热处理后均可改变其原有硬度。属与合金热处理后均可改变其原有硬度。4.传导性传导性包括导电和导热性。金属及合金均包括导电和导热性。金属及合金均具有传导性。但合金的传导性一般均较原有具有传导性。但合金的传导性一般均较原有金属差，其中尤以导电性减弱更为明显。金属差，其中尤以导电性减弱更为明显。5.色泽色泽合金的色泽与所组成金属有关。合金的色泽与所组成金属有关。6腐蚀性腐蚀性金属及合金由于周围介质对它的化金属及

12、合金由于周围介质对它的化学作用而发生的破坏称为学作用而发生的破坏称为腐蚀腐蚀。纯金属一般不。纯金属一般不易被腐蚀，对合金的腐蚀则视其结构及组成不易被腐蚀，对合金的腐蚀则视其结构及组成不同而各异。同而各异。在合金中加入一定量的抗腐蚀元素如铬等，可在合金中加入一定量的抗腐蚀元素如铬等，可提高抗腐蚀性，不锈钢等均属于此类。提高抗腐蚀性，不锈钢等均属于此类。四、四、金属的形变金属的形变应力和应变：当材料受到外力作用时，材料内部应力和应变：当材料受到外力作用时，材料内部应力和应变：当材料受到外力作用时，材料内部应力和应变：当材料受到外力作用时，材料内部所产生的与外力大小相同而方向相反的抗力，称所产生的与

13、外力大小相同而方向相反的抗力，称所产生的与外力大小相同而方向相反的抗力，称所产生的与外力大小相同而方向相反的抗力，称为应力。此时在材料内部原子间产生的距离变化为应力。此时在材料内部原子间产生的距离变化为应力。此时在材料内部原子间产生的距离变化为应力。此时在材料内部原子间产生的距离变化称为应变。称为应变。称为应变。称为应变。弹性形变：当应力小时，材料可产生与原来外形弹性形变：当应力小时，材料可产生与原来外形弹性形变：当应力小时，材料可产生与原来外形弹性形变：当应力小时，材料可产生与原来外形不一致现象。当除去负何后，材料就可以恢复原不一致现象。当除去负何后，材料就可以恢复原不一致现象。当除去负何后

14、，材料就可以恢复原不一致现象。当除去负何后，材料就可以恢复原来形状，称为弹性形变。来形状，称为弹性形变。来形状，称为弹性形变。来形状，称为弹性形变。塑性形变：塑性形变：当应力达到某种限度，除去负荷，当应力达到某种限度，除去负荷，材料不能完全恢复原形而产生永久变形时，这材料不能完全恢复原形而产生永久变形时，这种永久性变形称为塑性形变。金属的塑性形变种永久性变形称为塑性形变。金属的塑性形变的基本特征是晶格内平面产生滑移，并伴晶粒的基本特征是晶格内平面产生滑移，并伴晶粒间的移动和转动（即晶间变形）。间的移动和转动（即晶间变形）。室温条件下金属材料的塑性形变也称冷加工。室温条件下金属材料的塑性形变也称

15、冷加工。强度：金属材料在静外力作用下抵强度：金属材料在静外力作用下抵抗破坏和断裂的能力称为强度。抗破坏和断裂的能力称为强度。五、五、金属的冷加工与热处理金属的冷加工与热处理（一）冷加工（一）冷加工金属在再结晶温度以下进行的变形加工金属在再结晶温度以下进行的变形加工称为冷加工。一般通过锻造、冲压、轧称为冷加工。一般通过锻造、冲压、轧制、挤压和拉拔等加工过程，使金属产制、挤压和拉拔等加工过程，使金属产生塑性形变。生塑性形变。冷加工导致冷加工导致6金属内部产生应变硬化金属内部产生应变硬化6硬度、强度、弹性和磁性增加硬度、强度、弹性和磁性增加6延展性、韧性和抗腐蚀性降低延展性、韧性和抗腐蚀性降低6微观

16、来看，晶体内部晶粒破碎，晶格畸变严微观来看，晶体内部晶粒破碎，晶格畸变严重，位错大量增加。重，位错大量增加。6上述金属在塑性形变后的组织结构是不稳定上述金属在塑性形变后的组织结构是不稳定的，具有趋于结构最稳定的状态。的，具有趋于结构最稳定的状态。（二）热处理（二）热处理加热使金属的温度升高，原子活动能力加热使金属的温度升高，原子活动能力增大，可使结构还原。这种对金属加热增大，可使结构还原。这种对金属加热处理的方法称为热处理。处理的方法称为热处理。1 1热处理的结构变化热处理的结构变化 回复回复 再结晶再结晶 晶粒长大晶粒长大变形晶体内晶格畸变逐渐缩小的过变形晶体内晶格畸变逐渐缩小的过程，可使变

17、形金属的内应力下降，程，可使变形金属的内应力下降，所需温度较低。所需温度较低。进一步升高温度后，原子重新进行进一步升高温度后，原子重新进行排列，金属内部出现等轴晶粒代排列，金属内部出现等轴晶粒代替旧的变形晶粒的现象。替旧的变形晶粒的现象。回复回复再结晶再结晶再结晶后，晶粒内的晶格畸变消失，没有再结晶后，晶粒内的晶格畸变消失，没有残存的内应力，位错数量显著减少，金属残存的内应力，位错数量显著减少，金属强度和硬度下降，塑性增加。再结晶温度强度和硬度下降，塑性增加。再结晶温度与金属的纯度、原始晶粒大小、加热时间与金属的纯度、原始晶粒大小、加热时间及塑性形变的程度有关。及塑性形变的程度有关。温度继续升

18、高或保温时间延长，则使晶粒温度继续升高或保温时间延长，则使晶粒互相吞并而长大，在高于再结晶温度下进互相吞并而长大，在高于再结晶温度下进行加工时，晶格也会产生滑移和塑性形变，行加工时，晶格也会产生滑移和塑性形变，但不产生应变硬化，这种塑性形变称为但不产生应变硬化，这种塑性形变称为热热加工加工，反而导致金属机械性能下降。，反而导致金属机械性能下降。晶粒长大晶粒长大2 2热处理的方法热处理的方法 根据需要可将金属在固态下进行加温、保温根据需要可将金属在固态下进行加温、保温和用不同的冷却方式进行和用不同的冷却方式进行例如钢的热处理可分为退火、正火、淬火、例如钢的热处理可分为退火、正火、淬火、回火和表面

19、热处理等回火和表面热处理等5 5种方法。种方法。口腔科常用的有软化热处理、硬化热处理和口腔科常用的有软化热处理、硬化热处理和消除应力热处理。消除应力热处理。六、六、金属的成形法金属的成形法锻造锻造电铸电铸粉末粉末冶金冶金铸造铸造金属金属成形法成形法(1)铸造：将熔化的金属或合金浇注到预先制铸造：将熔化的金属或合金浇注到预先制成的铸型中成为铸件的过程称为铸造。成的铸型中成为铸件的过程称为铸造。临床常用的失蜡浇注法，可获得高精度的修临床常用的失蜡浇注法，可获得高精度的修复体。复体。(2)锻造：金属或合金在再结晶温度以下通过锻造：金属或合金在再结晶温度以下通过外力（拉、压、锤等）而产生的塑性形变称外

20、力（拉、压、锤等）而产生的塑性形变称为锻造。为锻造。临床常用的不锈钢丝、镍铬合金片等均是锻临床常用的不锈钢丝、镍铬合金片等均是锻造而成。造而成。粉末冶金：指金属粉末经加压成形，通过粉末冶金：指金属粉末经加压成形，通过烧结以提高强度。烧结以提高强度。电铸：指利用电解过程，在导电性物质上电铸：指利用电解过程，在导电性物质上镀上所需金属。镀上所需金属。铸造和锻造均为口腔临床常用的金属成形法，铸造和锻造均为口腔临床常用的金属成形法，而粉末冶金和电铸法尚处于研究阶段。而粉末冶金和电铸法尚处于研究阶段。电铸可以用于金沉积冠的制作，适合性好。电铸可以用于金沉积冠的制作，适合性好。八、八、金属的腐蚀与防腐蚀金

21、属的腐蚀与防腐蚀 金属的腐蚀到处可见，全世界有金属的腐蚀到处可见，全世界有10%10%的金属的金属制件是因腐蚀而被损坏的。若用于口腔临制件是因腐蚀而被损坏的。若用于口腔临床的金属材料被腐蚀，不但使机械性能下床的金属材料被腐蚀，不但使机械性能下降，还可能给人体带来危害。因此了解金降，还可能给人体带来危害。因此了解金属的腐蚀和采取合理的防腐蚀措施显得非属的腐蚀和采取合理的防腐蚀措施显得非常重要。常重要。（一）（一）金属的腐蚀金属的腐蚀分为分为化学腐蚀化学腐蚀和和电化学腐蚀电化学腐蚀两种。两种。1.化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀指金属和周围介质直化学腐蚀指金属和周围介质直接发生化学作用使金属损坏的现象。这

22、类接发生化学作用使金属损坏的现象。这类腐蚀的化学反应是氧化还原反应，其结果腐蚀的化学反应是氧化还原反应，其结果是金属表面生成氧化物等。是金属表面生成氧化物等。金属腐蚀的发生程度取决于腐蚀产物（氧化金属腐蚀的发生程度取决于腐蚀产物（氧化膜）的结构和性质。致密、稳定的氧化膜形膜）的结构和性质。致密、稳定的氧化膜形成后，腐蚀速度会明显减慢，如铬、铝等元成后，腐蚀速度会明显减慢，如铬、铝等元素形成的氧化膜紧密稳定。若氧化膜的结构素形成的氧化膜紧密稳定。若氧化膜的结构疏松，则腐蚀速度加快，并向内层扩展，如疏松，则腐蚀速度加快，并向内层扩展，如铁的氧化膜疏松，则容易被腐蚀。铁的氧化膜疏松，则容易被腐蚀。2

23、.2.电化学腐蚀电化学腐蚀 电化学腐蚀即为金属与电解质电化学腐蚀即为金属与电解质溶液相接触，形成原电池而发生的腐蚀损坏现溶液相接触，形成原电池而发生的腐蚀损坏现象。在腐蚀过程中必然伴有电流产生。金属的象。在腐蚀过程中必然伴有电流产生。金属的电化学腐蚀普遍存在。如船舶在海水中的腐蚀、电化学腐蚀普遍存在。如船舶在海水中的腐蚀、潮湿空气中的金属被腐蚀以及各种酸、碱或盐潮湿空气中的金属被腐蚀以及各种酸、碱或盐水溶液中金属的腐蚀等。水溶液中金属的腐蚀等。口腔内合金的腐蚀主要是电化学腐蚀，因口腔口腔内合金的腐蚀主要是电化学腐蚀，因口腔内唾液是稀的电解质溶液，摄取的食物中可能内唾液是稀的电解质溶液，摄取的食

24、物中可能含有大量的弱酸、弱碱性物质和盐类，停留于含有大量的弱酸、弱碱性物质和盐类，停留于牙间的食物残屑分解而发酵产生的有机酸等均牙间的食物残屑分解而发酵产生的有机酸等均可构成原电池而产生电化学腐蚀。若在牙科用可构成原电池而产生电化学腐蚀。若在牙科用合金内有两种不同组成的合金相并存，则可形合金内有两种不同组成的合金相并存，则可形成原电池。成原电池。电流从电极电位高的合金相流向电极电位低的电流从电极电位高的合金相流向电极电位低的合金相，使电极电位低的合金相不断溶解而腐合金相，使电极电位低的合金相不断溶解而腐蚀；不同金属或合金的接触也可形成原电池。蚀；不同金属或合金的接触也可形成原电池。口腔内两种不

25、同合金的修复体相接触时就会形口腔内两种不同合金的修复体相接触时就会形成原电池。电极电位低的合金形成正离子而被成原电池。电极电位低的合金形成正离子而被腐蚀，两种合金间的电位差愈大，则电流愈大，腐蚀，两种合金间的电位差愈大，则电流愈大，腐蚀愈快。腐蚀愈快。应力腐蚀也可形成原电池，由于冷加工而致金应力腐蚀也可形成原电池，由于冷加工而致金属内部的残余应力及铸造金属的晶粒内原子和属内部的残余应力及铸造金属的晶粒内原子和晶界处原子所处的能量状态不同而存在的应力，晶界处原子所处的能量状态不同而存在的应力，即晶粒内的原子排列规则，处于低能量状态，即晶粒内的原子排列规则，处于低能量状态，而晶界处的原子排列不太规则，处于高能量状而晶界处的原子排列不太规则，处于高能量状态，则其间存在着应力。有应力处的金属部分态，则其间存在着应力。有应力处的金属部分将成为负极而被腐蚀。将成为负极而被腐蚀。在防腐蚀方面就应该注意：在防腐蚀方面就应该注意：使合金组织结使合金组织结构均匀；构均匀；避免不同金属的接触；避免不同金属的接触；经冷经冷加工后所产生的应力可通过热处理给予减加工后所产生的应力可通过热处理给予减小或消除；小或消除；修复体表面保持光洁无缺陷；修复体表面保持光洁无缺陷；金属内加入某些抗腐蚀元素等。金属内加入某些抗腐蚀元素等。（二）（二）金属的防腐蚀金属的防腐蚀