Tính chất cơ học của vật liệu

§ TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU NHA KHOA
(Mechanical Properties of Dental Materials)
Tính chất cơ học của vật liệu được xác định bằng các định luật về cơ học, nghĩa là khoa học
vật lý đề cập đến các lực và sự tác động trên các vật thể và kết quả của sự tác động trên các vật thể
đó: chuyển động, biến dạng, các ứng suất… Trong nha khoa, tính chất cơ học của vật liệu chủ yếu
nghiên cứu trên những vật thể tĩnh, tuy vậy, đặc tính mỏi (fatigue properties) do chịu tải lực có chu
kỳ cũng sẽ được đề cập.
TỪ KHĨA
Giịn (brittle): vật liệu tương đối khơng có khả năng biến dạng dẻo trước khi bị gãy.
Biến dạng (deformation): thay đổi kích thước vật liệu do tác dụng của lực. Nếu sự biến dạng hồi
phục khi loại bỏ lực, gọi là biến dạng đàn hồi; nếu sự biến dạng khơng hồi phục hồn tồn khi loại
bỏ lực, là biến dạng dẻo hay biến dạng vĩnh viễn.
Tính dễ kéo sợi (ductility): lượng biến dạng dẻo mà vật liệu có thể chịu được dưới lực làm căng
trước khi gãy. Tính chất này được biểu diễn định lượng bằng phần trăm dãn dài.
Giới hạn đàn hồi (elastic limit) độ lớn của mức ứng suất đàn hồi vượt trên mức ứng suất xuất
hiện biến dạng dẻo.
Mođun đàn hồi / mođun Young (elastic modulus / modulus of elasticity / Young’s modulus): sự
kháng biến dạng đàn hồi của vật liệu do lực, tính bằng tỷ số giữa ứng suất đàn hồi và biến dạng
đàn hồi.
Độ cứng (hardness): sức kháng của bề mặt vật liệu đối với biến dạng dẻo. Biến dạng bề mặt được
thử nghiệm bằng cách nén ép một hình cầu hoặc một mũi lên bề mặt vật liệu.
Tính dát mỏng/rèn được (malleability): vật liệu có thể hàn hoặc cán mỏng mà khơng bị gãy.
Áp suất (pressure): lực tác động lên bề mặt vật liệu trên đơn vị diện tích. Cần phân biệt với ứng
suất, để chỉ sự phân bố lực bên trong vật liệu.
Giới hạn tỷ lệ (proportional limit): độ lớn của ứng suất đàn hồi mà dưới mức này, ứng suất duy trì
tỷ lệ với biến dạng trên đường cong ứng suất-biến dạng.
(sự) Hồi phục (resilience): mức năng lượng đàn hồi trên đơn vị thể tích mà nó được duy trì khi
chịu tải lực và được giải phóng khi khơng chịu tải của mẫu vật liệu thử nghiệm.
Biến dạng (strain): sự thay đổi kích thước so với (đơn vị) kích thước ban đầu. Trong thử nghiệm
cơ học, đánh giá bằng sự thay đổi chiều dài; sự biến dạng gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo
Độ bền / sức bền (strength): (1) Ứng suất tại điểm mà vật liệu bị gãy; tùy theo phương pháp gia

tải, có độ bền căng (tensile), độ bền nén (compressive), độ bền trượt/cắt (shear), độ bền xoắn
(torsional), độ bền uốn (flexural), độ bền va đập (impact). (2) Ứng suất tối đa mà một cấu trúc có
thể chịu được mà vẫn duy trì mức biến dạng dẻo đặc hiệu, là giới hạn chảy dẻo (yield strength).
Ứng suất (stress): Lực trên đơn vị diện tích bên trong cấu trúc bị lực tác dụng. Tùy theo hướng của
lực đối với vật, có ứng suất căng (tensile), ứng suất nén (compressive) và ứng suất trượt/cắt
(shear).
Tập trung ứng suất (stress concentration): Vùng hoặc điểm có ứng suất cao hơn hẳn, xuất hiện do
cấu trúc không liên tục do vết nứt hoặc lỗ rỗ hoặc thay đổi kích thước.
Độ dai (toughness): Khả năng hấp thụ năng lượng và biến dạng dẻo của vật liệu trước khi gãy;
được đánh giá bằng toàn bộ diện tích dưới đồ thị ứng suất căng ứng với biến dạng.
Ma sát học (tribology): Nghiên cứu và ứng dụng các ngun lý về ma sát, mịn và bơi trơn.

1


LỰC
Lực (force) được sinh ra khi một vật tác động qua lại với một vật khác. Lực có thể tác động
trực tiếp hoặc gián tiếp. Lực tác động trên một vật làm thay đổi vị trí hoặc làm biến dạng, tùy thuộc
vào vật đó là cứng hay có thể biến dạng, được giữ cố định hay để tự do. Nếu vật được giữ cố định,
lực làm cho vật bị biến dạng; nếu vật không được giữ, lực tác dụng làm vật bị dịch chuyển. Lực có
ba đặc trưng: điểm tác dụng, cường độ và hướng, trong đó, hướng là đặc trưng điển hình của lực.
Đơn vị quốc tế (International System of Units – SI) của lực là Newton (N). 1N là lực gây ra cho một
vật có khối lượng 1kg, một gia tốc 1 m/s² :
1N = 1 kg . m/s²
LỰC NHAI
Một trong những ứng dụng quan trọng của khoa học vật liệu trong nha khoa là nghiên cứu về
lực tác dụng trên răng và vật liệu nha khoa phục hồi. Theo nhiều tài liệu, lực tối đa tác dụng lên răng
là từ 200 N đến 3500 N. Lực ở vùng răng sau, nơi gần khớp thái dương hàm là lớn nhất, giảm dần ở
vùng răng trước. Vùng răng cối lớn: 400 N đến 800 N; răng cối nhỏ: 300 N; răng nanh: 200 N; răng
cửa: 150 N. Ở trẻ em, lực cắn tăng dần trung bình khoảng 22 N/năm để đạt đến lực cắn ở người

trưởng thành.
LỰC TÁC DỤNG TRÊN PHỤC HỒI
Nghiên cứu lực và ứng suất (ứng lực) tác động trên phục hồi răng là một khía cạnh quan
trọng. Các phục hồi có thể là miếng trám, inlay-onlay, các phục hình cố định đơn lẻ hoặc cầu răng,
hàm giả từng phần hoặc toàn bộ , bao gồm các phục hình trên implant.
Bệnh nhân mang hàm giả tháo lắp từng phần có lực nhai từ 65 đến 235 N. Trên người mang
hàm giả toàn bộ tháo lắp, lực nhai ở vùng răng sau khoảng 100 N, vùng răng trước khoảng 40 N.
Nói chung, nữ giới có lực nhai thấp hơn nam giới.
ỨNG SUẤT (ứng lực) (STRESS)
Khi một lực (ngoại lực) tác động trên một vật bị giữ cố định, một lực kháng lại ngoại lực
xuất hiện: lực kháng bên trong (internal resistance) được tạo ra. Lực bên trong này có cường độ
bằng với ngoại lực (external force) và có hướng ngược lại, gọi là ứng suất /ứng lực (stress), ký hiệu
S hoặc ϭ. Cả lực tác động và ứng suất cùng phân bố trên bề mặt của vật. Do việc đo đạc trực tiếp lực
kháng bên trong, về mặt thực hành là không thực hiện được, ứng suất bên trong một cấu trúc được
tính bằng lực/đơn vị diện tích:
Lực
Ứng suất =
Đơn vị diện tích

Đơn vị quốc tế của ứng suất là Pascal (1 Pa = 1 N/m2 = 1 MN/mm2). Trong sách báo,
megaPascals (MPa) cũng thường được dùng, 1MPa = 106 Pa.
Vì ứng suất tỷ lệ thuận với lực và tỷ lệ nghịch với diện tích, nên diện tích mà trên đó, lực tác
động là một yếu tố được quan tâm (hình 1).

2


Phụ nữ, 50 kg

Hình 1: Ứng suất = lực / diện tích

Trong nha khoa, vì diện tích các phục hồi thường nhỏ và diện tiếp xúc của răng đối diện trên
phục hồi thường là những điểm hoặc diện nhỏ.
Thí dụ: một miếng trám có diện tích 4 mm2, chịu lực nhai là 400 N, ứng suất tạo ra
là 100 MPa. Trên thực tế, ứng suất trên phục hồi có thể đạt đến hàng nghìn MPa vì
diện chịu lực của miếng trám thường là một điểm hoặc diện nhỏ chứ không phải là
diện tích của tồn bộ phục hồi.
CÁC LOẠI ỨNG SUẤT
Lực tác động trên một vật thể có thể theo nhiều hướng, tạo ra ứng suất tương ứng trong cấu
trúc. Có thể tổng quát gồm các lực sau:
Lực theo trục (axial)
Lực kéo căng (tention)
Lực nén (compression)
Lực xé/trượt (shear)
Lực uốn (bending)
Lực xoắn (torsion)
Có thể tóm tắt các lực và biến dạng trong sơ đồ dưới đây
Lực (force)

Biến dạng (deformation)
Dãn dài (elongation)

Theo trục
Thu ngắn/nén (compression)
Trượt

Trượt (shear)

Xoắn (twisting moment)

Xoắn (torsion)

Uốn (bending moment)

Uốn (bending)

--------------------------------

3


BIẾN DẠNG (STRAIN)
Như đã nêu trên, lực có thể gây biến dạng vật. Mỗi loại ứng suất tạo ra loại biến dạng tương
ứng:
Lực kéo căng gây dãn dài vật theo trục của lực tác dụng,
Lực nén gây đè ép hoặc nén ngắn
Biến dạng (strain), ký hiệu ɛ, là sự thay đổi độ dài (ΔL = L – Lₒ) chia cho độ dài ban đầu (Lₒ)
của vật khi chịu một tải lực:
Biến dạng (ɛ) = Mức biến dạng / Độ dài ban đầu
= (L - Lₒ) / Lₒ = ΔL / Lₒ
Biến dạng có thể được trình bày bằng % hoặc bằng đơn vị chiều dài (thí dụ mm/mm; µm/µm
Biến dạng là một thông số được quan tâm trong nha khoa, thí dụ: các dây móc của
khí cụ cần có độ uốn mà không bị gãy; các vật liệu lấy dấu cần độ biến dạng đàn hồi
(deform elastically) thích hợp…
LIÊN HỆ GIỮA ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG: ĐƯỜNG CONG ỨNG SUẤT-BIẾN DẠNG
(STRESS-STRAIN CURVE)
Giữa ứng suất và biến dạng có mối liên hệ nhân quả mật thiết. Khi có tác động của ngoại
lực, một ứng suất được tạo ra trong vật thể, làm thay đổi kích thước (tức biến dạng) của vật. Mối
liên hệ giữa ứng suất và biến dạng thường được dùng để xác định tính chất cơ học (mechanical
property) của vật liệu.
Các dữ liệu về tính chất cơ học của vật liệu thu được từ thiết bị thử nghiệm (mechanical

testing machine). Hầu hết thiết bị thử nghiệm hiện nay ứng dụng cơng nghệ cao, trong đó có thể
tăng biến dạng ở một mức độ cho trước và đo ứng suất hoặc ngược lại (tăng ứng suất và đo biến
dạng).
Đường cong ứng suất-biến dạng (stress-strain curve) hay đường cong biến dạng
(deformation curve) của một cấu trúc có dạng điển hình như trên hình 2.
Có thể thấy:
- Tương quan tuyến tính (tỷ lệ thuận) giữa ứng
suất và biến dạng từ gốc tọa độ cho đến điểm P,
- Từ điểm P, ứng suất tăng làm tăng tỷ lệ biến
dạng đến điểm T (không tuyến tính),
- Tại điểm T, vật liệu bị gãy.
Nếu thử nghiệm là kéo căng, thu được độ bền
kéo (tensile strength); nếu là thử nghiệm nén,
thu được độ bền nén (compressive strength).
Giá trị của ứng suất tại giới hạn của sự tăng
tuyến tính giữa ứng suất và biến dạng (điểm P)

4


Hình2: Đường cong ứng suất-biến dạng điển hình

GIỚI HẠN TỶ LỆ (proportional limit)
Giới hạn tỷ lệ, ký hiệu SPL hoặc ϭPL là ứng suất lớn nhất mà vật liệu có thể chịu được mà
khơng lệch khỏi đoạn tuyến tính của đường cong ứng suất-biến dạng.
Dưới giới hạn tỷ lệ, cấu trúc khơng có sự biến dạng vĩnh viễn: khi loại bỏ ứng suất, cấu trúc
trở lại với hình dạng ban đầu, nghĩa là biến dạng có sự hồn ngun hay đàn hồi. Vùng của đường
ứng suất-biến dạng trước giới hạn tỷ lệ gọi là vùng đàn hồi (elastic region).
KHẢ NĂNG HỒI PHỤC (resilience)
Khả năng hồi phục là sức kháng của một vật liệu

đối với sự biến dạng vĩnh viễn. Nghĩa là lực cần thiết để
làm biến dạng vật liệu đến giới hạn tỷ lệ. Trên hình 3,
khả năng hồi phục là vùng dưới đoạn tuyến tính của
đường cong ứng suất-biến dạng.
Khả năng hồi phục đặc biệt quan trọng trong
lượng giá và sử dụng dây đàn hồi trong chỉnh hình, thí
dụ, lực mong muốn để di chuyển răng của một lò xo…
ĐỘ DAI (toughness)
Là sức kháng của vật liệu đối với sự gãy. Vùng
dưới tỷ lệ đàn hồi và tỷ lệ dẻo của đường cong ứng
suất-biến dạng thể hiện độ dai của vật liệu (hình 4). Đơn
vị của độ dai cũng là đơn vị của khả năng hồi phục:
mMN / m³ hoặc mMPa / m.
Các vật liệu giịn có độ dai thấp vì chỉ có sự biến
dạng dẻo nhỏ diễn ra trước khi bị gãy.
ĐÀN HỒI (elastic) và DẺO (plastic)
Các khái niệm về đàn hồi (elastic) và dẻo (plastic)
được minh họa trên hình 8
Biến dạng của nguyên tử của chất rắn dưới ứng
suất. Khi khơng có ứng suất (A), và khi có ứng suất (B)
mà các lực này ở dưới mức giá trị giới hạn tỷ lệ. Khi đặt
một ứng suất lớn hơn giới hạn tỷ lệ, các nguyên tử có thể
đến vị trí như trên hình 3 và khi ngừng tác dụng, các
nguyên tử vẫn giữ nguyên vị trí mới. Tác dụng một lực
nhỏ hơn giới hạn tỷ lệ hoặc giới hạn đàn hồi làm vật bị
biến dạng có hồn nguyên (reversible strain); trong khi
lực lớn hơn giới hạn tỷ lệ hoặc giới hạn đàn hồi làm vật
bị biến dạng khơng hồn ngun hay biến dạng vĩnh viễn
(irreversible / permanent strain).

Hình 3: vùng khả năng hồi phục

Hình 4: vùng dẻo

5


Hình 8: Sơ đồ mơ hình ngun tử minh họa biến dạng do lực trượt (shear force):
A- Trạng thái ban đầu (khơng có lực trượt)
B- Biến dạng đàn hồi của mẫu dưới lực trượt ngược chiều nhau ở đầu trên và đầu dưới
C- Biến dạng đàn hồi do lực theo hướng ngược chiều nhau (ở gần mặt trượt); chú ý sự khác
nhau về lượng biến dạng đàn hồi do sự dịch chuyển của các nguyên tử so với điều đó ở B
D- Biến dạng dẻo khi các nguyên tử đã dịch chuyển đến vị trí mới và lực đã ngưng tác dụng.
 Shear stress: ứng suất trượt
 Shear strain: biến dạng trượt.
elastic strain: biến dạng trượt đàn hồi; plastic strain: biến dạng trượt dẻo
GIỚI HẠN ĐÀN HỒI (elastic limit)
Một ứng suất lớn hơn giới hạn tỷ lệ gây ra biến dạng khơng hồn ngun hay biến dạng vĩnh
viễn cấu trúc. Vùng đường ứng suất biến dạng sau giới hạn tỷ lệ gọi là vùng dẻo (plastic region).
Trạng thái này ứng với các vật liệu đàn hồi tuyến tính (linearly elastic materials), nghĩa là có sự liên
hệ tuyến tính cho đến điểm ứng suất rão.
Giới hạn đàn hồi SEL hoặc ϭEL là ứng suất tối đa mà vật liệu có thể chịu đựng mà không bị
biến dạng vĩnh viễn.
Đối với vật liệu đàn hồi tuyến tính, giới hạn tỷ lệ và giới hạn đàn hồi thể hiện tại cùng mức
ứng suất và hai thuật ngữ này có thể dùng thay thế lẫn nhau.
Đối với cùng một vật liệu, giá trị của giới hạn đàn hồi thu được trong thử nghiệm kéo căng
(tention) so với thử nghiệm nén (compression) sẽ khác khau.

6

GIỚI HẠN (CHẢY) DẺO (yield strength)
Giới hạn (chảy) dẻo (yield strength), ứng suất gây chảy dẻo hay ứng suất rão (yield stress)
hay điểm rão (yield point), ký hiệu YS hoặc σy của vật liệu là tính chất thường dùng để mơ tả ứng
suất mà tại đó, vật liệu bắt đầu thể hiện tính dẻo. Tại mức ứng suất này, một biến dạng vĩnh viễn
nhỏ xảy ra trong vật liệu. Giới hạn chảy dẻo được định nghĩa là ứng suất mà tại đó một vật liệu biến
dạng dẻo và có một lượng biến dạng xác định diễn ra. Lượng biến dạng dẻo được chọn lựa một cách
tự ý cho vật liệu thử nghiệm, có thể là 0,1 %, 0,2 % hay 0,5 %. Lượng biến dạng vĩnh viễn gọi là
“khoảng dịch” (percent offset), tính bằng %, thông thường, 0,2 % được chọn, nhưng điều này còn
phụ thuộc vào tính dẻo của vật liệu (hình 5)
Ứng suất rão được xác định bằng cách chọn khoảng dịch mong muốn tức biến dạng trên trục
hoành (trục x) và vẽ đường song song với đoạn tuyến tính trên đường cong ứng suất-biến dạng.
Điểm mà đường song song cắt đường cong ứng suất-biến dạng là ứng suất rão (xem hình 2, đường y
và y’). Cần chú ý là khi cấu trúc đã biến dạng vĩnh viễn, ngay cả mức rất nhỏ, nó sẽ khơng hồn tồn
trở lại với kích thước ban đầu khi ứng suất đã bị loại bỏ. Vì vậy, giới hạn đàn hồi và giới hạn chảy
dẻo của vật liệu là những tính chất rất quan trọng vì chúng xác định sự dịch chuyển trạng thái từ đàn
hồi sang dẻo.
Mọi phục hồi bị biến dạng vĩnh viễn do lực nhai thường bị mất chức năng. Thí dụ, một cầu
ba đơn vị bị biến dạng vĩnh viễn do ứng suất bằng hoặc lớn hơn ứng suất rão, đưa đến thay đổi tiếp
xúc nhai, có thể gây hậu quả trên hệ thống nhai do các cản trở khớp cắn.
ỨNG SUẤT RÃO (yield stress)
Khi ứng suất tăng đến mức độ nhất định, sự biến dạng không hồi phục.
Ứng suất rão (yield stress), ký hiệu YS hoặc ϭy, còn gọi là giới hạn chảy dẻo (yield strength) hay
điểm rão (yield point), là ứng suất tối đa mà một vật liệu có thể chịu được mà khơng bị biến dạng
vĩnh viễn.
Trên đồ thị, ứng suất rão là tại điểm E. Trong thực nghiệm, do khó thu được chính xác giá trị
ứng suất rão, người ta thường dùng giới hạn tỷ lệ (xem phần trên) để đại diện (hình 5).
Hình 5: Đường cong ứng suất-biến dạng
của dây thép không rỉ trong thử nghiệm
căng.

Giới hạn tỷ lệ (proportional limit-PL) =
1020 MPa; [giới hạn đàn hồi hơi cao
hơn (không được đánh dấu thể hiện)]
Ứng suất rão (Yield stength-YS) ở mức

7


Trong thực hành, vật liệu để làm hàm khung cần có giới hạn tỷ lệ cao ở phần nối để không bị
biến dạng (hợp kim thường được sử dụng là cobalt-chromium (Co/Cr)).
ĐỘ BỀN KÉO (căng) CỦA VẬT LIỆU (tensile properties)
Biến dạng do lực kéo căng đưa đến sự dãn dài (elongation), tổng dãn dài gồm dãn dài đàn
hồi và dãn dài dẻo.
Chiều dài sau thử nghiệm
Phần trăm dãn dài =
Chiều dài ban đầu x100
Nhiều vật liệu nha khoa có độ bền kéo (tensile strength) kém hơn độ bền nén. Như vậy, thiết
kế lỗ trám khi sửa soạn (thí dụ cho amalgam, sứ …) cần khác với cho các vật liệu có tính dễ kéo sợi
(thí dụ, hợp kim). Việc thu hẹp mặt nhai cần thiết cho vật liệu vật liệu giòn (amalgam, sứ) cần nhiều
hơn so với vật liệu dễ kéo sợi (hợp kim), vì sứ cần một thiết diện lớn hơn để đạt được cùng sức
kháng của hợp kim; độ dày tối thiểu của amalgam trong lỗ trám, của sứ trên mặt nhai và đường hoàn
tất cũng cần lớn hơn so với hợp kim.
ĐỘ BỀN CĂNG GIỚI HẠN (ultimate tensile strength - UTS/ tensile strength- TS/ ultimate
strength)
Độ bền căng giới hạn là ứng suất tối đa mà vật liệu có thể chịu được khi chịu lực kéo căng
trước khi gãy.
CƠ CHẾ GÃY VẬT LIỆU (mechanism of fracture)
Trong nha khoa, các khái niệm về cơ chế gãy vật liệu thường được áp dụng. Cơ chế gãy mô
tả trạng thái vật liệu với những khe nứt (flaws, cracks). Các khe nứt này có thể xuất hiện một cách
tự nhiên trong vật liệu hoặc có mầm mống xuất hiện sau một thời gian sử dụng. Trong cả hai trường

hợp, những khiếm khuyết đó làm yếu vật liệu, kết quả là bị gãy bất ngờ tại ứng suất thấp hơn ứng
suất rão (ứng suất chảy dẻo). Sự gãy bất ngờ, có tính phá hủy xảy ra một cách điển hình trên các vật
liệu giịn, khơng có khả năng biến dạng dẻo và tái phân bố ứng suất.
Thí dụ đơn giản minh họa về khiếm khuyết đối với vật liệu giòn là để bẻ tấm kính hoặc tấm
gạch ceramic lát sàn vốn rất cứng, người ta thường dùng mũi kim cương hoặc carbide vạch lên đó.
Mục đích của việc này là tạo một khiếm khuyết, nó lan dần khi có thêm một lực (ứng suất) đặt vào.
Nếu việc này được thực hiện cho một vật liệu dẻo, vật liệu bị uốn cong chứ không gãy ở nơi đã vạch
lên. Nói chung, khiếm khuyết càng lớn, ứng suất cần thiết để làm gãy vật liệu càng thấp vì ứng suất
bình thường sinh ra trong tồn khối vật liệu thì nay tập trung vào đỉnh của khiếm khuyết.
MỎI và ĐỘ BỀN MỎI (fatigue and fatigue strength)
Mỏi là sự gãy diễn tiến dưới tải lực lặp đi lặp lại. Thử nghiệm mỏi được thực hiện bằng cách
tác động một ứng suất lặp lại có cường độ dưới mức giới hạn chảy dẻo (yield strength) tức ứng suất
rão (yield stress) cho đến khi mẫu thử bị gãy.
Độ bền mỏi là mức ứng suất mà tại đó, vật liệu bị phá hủy dưới tải lực lặp đi lặp lại.
Xác định tính mỏi của vật liệu được quan tâm trong nha khoa, vì các vật liệu phục hồi chịu
tải lực lặp đi lặp lại trong hoạt động nhai mà theo tính tốn, có thể đạt 300.000 chu kỳ một năm.

8


MÔ ĐUN ĐÀN HỒI (elastic modulus, modulus of elasticity, Young’s modulus

Bảng 1: mô đun đàn hồi của một số
vật liệu

Mô đun đàn hồi ký hiệu E thể hiện độ cứng của vật liệu trong khoảng đàn hồi (elastic range).
Mô đun đàn hồi có thể được xác định trên đường ứng
suất biến dạng bằng cách tính tỷ số ứng suất/biến dạng hay
độ dốc của đoạn tuyến tính trên đường ứng suất biến dạng
(hình 6 và hình 7):

Mơ đun đàn hồi = Ứng suất/Biến dạng:
E = ϭ/ɛ

Hình 6: đường ứng suất biến dạng của hai vật liệu giả định (A và B) khác nhau về thành
phần:
Quan sát các đường cho thấy:
- Tại một mức ứng suất cho trước, vật liệu A ít biến dạng hơn B,
- Như vậy, mô đun đàn hồi của A lớn hơn B.
9


Có thể tính được mơ đun đàn hồi của từng vật liệu tại cùng ứng suất 300 MPa như sau:
Vật liệu A có biến dạng 0,010 tức 1%, mơ đun đàn hồi E bằng:
E = 300 MPa / 0,010 = 30.000 MPa = 30 GPa
Vật liệu B có biến dạng 0,020 tức 2%, mô đun đàn hồi E bằng:
E = 300 MPa / 0,020 = 15.000 MPa = 15 GPa
Quan sát trên đường ứng suất biến dạng, vật liệu A có độ dốc đoạn tuyến tính lớn hơn vật
liệu B, có nghĩa là:
Để có cùng mức biến dạng, cần một ứng suất lớn hơn đối với vật liệu A so với vật liệu B.
Trên hình, ở cùng mức biến dạng 1%, ứng suất của vật liệu A là 300 MPa, trong khi vật liệu
B chỉ là 150 MPa.
TÍNH (DỄ) KÉO SỢI (ductility) và TÍNH DÁT MỎNG (malleability - DẺO/RÈN ĐƯỢC)
Hai đặc tính của hầu hết kim loại và hợp kim là tính dễ kéo sợi và dát mỏng. Tính dễ kéo sợi
của vật liệu là nó có thể bị kéo dài và tạo thành dạng dây bằng cách kéo căng. Khi tác động một lực
căng, sợi được tạo thành do sự biến dạng vĩnh viễn. Tính dát mỏng của vật liệu là khả năng nó bị
đập mỏng hoặc cán thành lá mỏng mà khơng bị gãy.
Tính dễ kéo sợi là đặc điểm có liên quan đến thao tác trên miệng (có thể điều chỉnh bờ, làm
bóng bề mặt (thí dụ: amalgam) trên miệng). Vàng và bạc dùng trong nha khoa là những vật liệu dễ
dát mỏng.

Hình 7: Đường cong ứng
suất-biến dạng của men và ngà
dưới ứng suất nén:
- CS: độ bền nén giới hạn
(ultimate compressive strength)
- PL: giới hạn tỷ lệ (proportional
limit)
- E: modun đàn hồi (elastic
modulus)

ĐỘ BỀN NÉN (compressive strength)
Độ bền nén của vật liệu là độ bền dưới ứng suất nén tại mức ứng suất làm gãy. Độ bền nén là
một đặc điểm thường dùng nhất để so sánh các vật liệu. Đường cong ứng suất-biến dạng nén của
vật liệu tương tự trong thử nghiệm độ bền căng.
Ứng suất nén (compressive stress) = lực nén / đơn vị diện tích vng góc với hướng của lực
10


DẠNG ĐƯỜNG CONG ỨNG SUẤT-BIẾN DẠNG và THUỘC TÍNH CỦA VẬT LIỆU
Dạng của đường cong ứng suất-biến dạng và mức ứng suất và biến dạng cho phép phân loại
vật liệu theo những thuộc tính chung của chúng. Các đường cong ứng suất-biến dạng điển hình trên
hình 9 biểu diễn các kết hợp khác nhau của đặc tính cơ học. Thí dụ:
 Các vật liệu từ 1 đến 4 có độ cứng (stiffness) cao;
 Các vật liệu 1, 2, 5, 6 có độ bền (strength) cao;
 Các vật liệu 1, 3, 5, 7 có tính kéo sợi (ductility) cao;
Nếu chỉ cần vật liệu có độ cứng, chọn các vật liệu từ 1 đến 4; nhưng nếu cần vật liệu vừa cứng
vừa bền, chỉ vật liệu 1 và 2 đáp ứng được; nếu cần vật liệu vừa cứng, bền và có tính kéo sợi thì
chỉ có vật liệu 1 được chọn.
Các thuộc tính độ cứng, độ bền và tính kéo sợi độc lập với nhau nhưng một vật liệu có thể thể
hiện những tổ hợp khác nhau các thuộc tính trên.

Hình 9: Dạng đường cong
ứng suất-biến dạng và
những kết hợp tính chất của
vật liệu

Hình 10: Các ứng suất tác động
trên cầu răng do lực uốn (P)
Chú ý: Ứng suất uốn (tensile
stress) tạo ra ở phía nướu của
cầu ba đơn vị (A) và ở phía nhai
của cầu vói (B)
Ứng suất nén (compressive

11


KẾT LUẬN
Vật liệu nha khoa phục hồi rất đa dạng về chủng loại, gồm cả bốn nhóm chính trong phân
loại vật liệu (hữu cơ-polymer, vô cơ-ceramic, kim loại-hợp kim, và composit). Kiến thức cơ sở về
khoa học vật liệu giúp bác sĩ nha khoa hiểu biết, lựa chọn và sử dụng đúng vật liệu trong nha khoa
phục hồi, mà cụ thể là giúp đọc và phân biệt được các thông số thường được các nhà sản xuất giới
thiệu.
Tính chất cơ học của vật liệu thể hiện bằng các phép đo và số liệu của chúng về:
1- Các biến dạng đàn hồi (tức có hồn ngun): giới hạn tỷ lệ, khả năng hồi phục, mođun
đàn hồi.
2- Các biến dạng dẻo (biến dạng khơng hồn ngun): % dãn dài, độ cứng
3- Kết hợp của biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo: độ dai, giới hạn chảy dẻo.

12