خواص ترموفيزيکي
 

رسانايي گرمايي
 

انتقال گرما از ميان مواد جامد عموما بوسيله ي مکانيزم رسانش انجام مي شود. رسانش گرما از ميان فلزات بوسيله ي ميانکنش هاي شبکه ي کريستالي (ارتعاش اتمي(و بوسيله ي حرکت الکترون ها و ميانکنش آنها با اتم ها رخ مي دهد. رسانايي گرمايي (k) مقياس ترموفيزيکي از ميزان انتقال گرما از ميان ماده بوسيله ي جريان رسانش است. اندازه گيري رسانش گرمايي در حالت تعادل انجام مي شود. تحت شرايط تعادل ، دما در سيستم يکسان است. سرعت جريان يافتن گرما از ميان ساختار به ناحيه اي که گرما از آن انتقال مي يابد و گراديان دمايي طرفين ساختار بستگي دارد. بنابراين اگر تخلخل فراوان درساختار وجود داشته باشد، ناحيه ي مهيا براي رسانش کاهش مي يابد. و نرخ جريان گرمايي کاسته مي شود. رسانايي گرمايي يا ضريب رسانش گرمايي ميزان گرمايي است که در هر ثانيه از ميان نمونه هاي با ضخامت يک سانتيمتر و با سطح مقطع يک سانتيمتر مربع مي گذرد. که در اين حالت واحد گرما کالري وگراديان دمايي ميان دو طرف نمونه يک کلوين است. با توجه به قانون دوم ترموديناميک، جريان گرما از نقطه هاي با دماي بالاتر به نقاط با دماي پايين تر انجام مي شود.
موادي که داراي رسانش گرمايي بالايي هستند رسانا ناميده مي شوند. در حالي که مواد رسانايي کم عايق ناميده مي شوند. در سيستم SI واحد رسانش گرمايي وات بر متر بر ثانيه بر درجه ي کلوين است.رسانايي گرمايي بالاتر در يک ماده بدين معناست که ماده قابليت بيشتري براي انتقال انرژي گرمايي دارد. يک کامپوزيت زريني داراي رسانايي گرمايي پايين تري نسبت به مواد ترميم کننده ي فلزي دارد. رسانش بيشتر فلز نسبت به کامپوزيت زريني باعث پديد آمدن حساسيت دندان ها مي شود که مي تواند باعث پديد آمدن درد در دماهاي کم، متوسط و زياد در بيماران شود.
ضريب پخش گرمايي
عدد ضريب پخش گرمايي ماده کنترل کننده ي نرخ زمان تغيير دمايي در هنگام عبور گرما از ميان ماده است. اين ضريب بوسيله ي سرعت رسيدن به پايداري گرمايي يک بدنه از حالتي است که دما در آن يکسان نباشد. اگر چه رسانايي گرمايي اکسيد روي - ايگنول (zinc oxide- eugenol) مقدار بسيار کوچکي از رسانايي گرمايي عاج دندان است ولي ضريب بخش آن بيش از دو برابر عاج دندان است. ريشه ي دوم ضريب به صورت غير مستقيم با قابليت عايق کاري حرارتي ماده متناسب است. در حالي که ضخامت پايه ي سيماني به طور مستقيم با خاصيت عايق کاري رابطه دارد. بنابراين ضخامت خطي يک فاکتور مهم تر نسبت به ضريب پخش در عايق بودن سراميک هاست در ادامه رابطه ي ضريب پخش بيان مي شود.
دما در طي فرآيند خردايش غذا در محيط دهاني ثابت نيست. در اين شرايط غير پايدار، انتقال دما از ميان ماده گراديان دمايي را کاهش مي دهد. تحت چنين شرايطي، پخش گرمايي بسيار اهميت پيدا مي کند. رابطه ي زير نشان دهنده ي ارتباط بخش گرمايي (h) و رسانايي گرمايي (k) است :
h= k/Cpφ
دراين فرمول :
K : رسانايي گرمايي
Cp : ظرفيت گرمايي در فشار ثابت
φ : دانستيه ي وابسته با دما
در سيتم SI واحد ضريب پخش متر بتوان دو بر ثانيه (M^2/S ) است. به هر حال، در اغلب موارد از واحد سانتيمتر مربع بر ثانيه نيز استفاده مي شود. در جدول 1 برخي از خواص فيزيکي مواد دنداني آورده شده است.

براي حجم معيني از ماده، ميزان گرمايي مورد نياز جهت افزايش دماي آن به ظرفيت گرمايي يا گرمايي ويژه و دانستيه بستگي دارد. هنگامي که ضرب cp درρ عددي برزگ باشد، ضريب پخش کاهش مي يابد، حتي اگر رسانايي گرمايي نسبتاً بالا باشد بنابراين رسانايي گرمايي در پخش گرمايي دوپارامتر مهم در پيش بيني انتقال گرما از ميان ماده است. به دليل وجود حالت ناپايدار در انتقال گرمايي در طي فرآيند بلع غذا و مايعات سرد يا گرم، پخش گرمايي مواد ترميم کننده ي دنداني ممکن است مهم تر از رسانايي گرمايي آنها باشد. همانگونه که از جدول 1 فهميده مي شود. لعاب و عاج دندان عايق هاي گرمايي خوبي هستند. رسانايي گرمايي آنها و پخش گرمايي شان را مي توان به خوبي با آجر سيليسي و آب مقايسه کرد. البته اين خواص نسبت به فلزات بسيار پايين است.
به هر حال، همانند همه ي عايق ها، ساختار دندان ها نيز بايد با ضخامت کافي تهيه شود. تا فرآيند سمنتايت به طور موثر انجام شود . هنگامي که لايه ي عاج دندان بين کف حفره ي دندان و مغز دندان بسيار نازک گردد، بايد توسط دندانپزشک با يک لايه ي عايق ديگر پوشش دهي شود. سودمندي مواد در جلوگيري از انتقال گرما به طور مستقيم با ضخامت لايه و به طور معکوس با ريشه ي دوم پخش گرمايي ارتباط دارد. بنابراين صخامت عاج دندان و پايه بسيار مهم مي باشد و خواص گرمايي مواد مورد استفاده از درجه ي دوم اهميت برخوردار است. رسانايي گرمايي پايين لعاب و عاج دندان باعث کاهش شک حرارتي و دردهاي حاصله در هنگام سرد وگرم شدن دندان ها مي شود. به هر حال حضور هر نوع ماده ي ترميمي در بدن باعث تغيير محيط مي شود. در واقع بسياري از مواد ترميمي دنداني فلزي هستند. (به خاطر آنکه فلزات داراي الکترون آزاد هستند) اين مواد داراي رسانايي گرمايي خوبي بوده که اين مسئله باعث مي شود. ريشه ي دندان ها از تغييرات گرمايي سطوح بالايي دندان تاثير مخالف بگيرند.در بسياري از موارد اتفاق افتاده اين مسئله ضروري است که يک عايق را در بين مواد ترميم کننده و ساختار دندان قرار مي دهيم. با توجه به اين مسئله ، يک ماده ي ترميمي که داراي رسانايي گرمايي کمتري است ، مطلوب تر است. به عبارت ديگر دندان هاي مصنوعي در يک پايه ي دنداني نگه داري مي شوند. که معمولا از يک رزين مصنوعي ساخته مي شود. و رسانايي گرمايي ضعيفي دارد در بخش بالايي دندان مصنوعي ، اين پايه معمولا بوسيله ي سقف دهان پوشانده مي شود. رسانش گرمايي کم اين ماده منجر مي شود که تبادل گرما ميان بافت سخت ساپورت کننده و حفره هاي دهاني انجام نشود. بنابراين بيماران احساس سردي و گرمي را به طور جزئي از دست مي دهند. استفاده از پايه ي دنداني فلزي ممکن است مناسب تر باشد و بيشتر ترجيح داده شود.

ضريب انبساط گرمايي
 

يکي از خواص حرارتي که براي دندانپزشکان مهم مي باشد. ضريب انبساط حرارتي است اين ضريب عبارتست از تغيير طول نمونه بخش برطول اوليه ماده هنگامي که دمايش به اندازه ي يک درجه ي کلوين بالا برده شود. اعداد مربوط به انبساط حرارتي برخي از موارد مورد استفاده در دندانسازي در جدول 2 آورده شده است. واحد ضريب انبساط گرمايي
Mm/(m°k) يا ppm/(°k) است.
بخش ترميم شده ي دندان ها ممکن است به گونه اي انبساط يا انقباض پيدا کنند که متناسب با دندان بناشد. بنابراين ممکن است بخش ترميمي تراوشاتي انجام دهند و يا بخش ترميمي از دندان جدا گردد. با توجه به اعداد موجود در جدول 2 مي توان گفت مواد ترميمي ممکن است انبساط، انقباضي بيش از چهار برابر انقباض – انبساط لعاب دندان داشته باشند. به هر حال اگر چه ابعاد يک الگوي مومي ممکن است با تغيير دماي 20c° به طور محسوسي تغيير کند. انقباض نسبي يک ترميم کننده ي آمالگلامي که 10 ميليمتر عرض داشته باشد تنها 5Mm است. (اين درحالي است که دماي محيط دهاني 20c° کاهش مي يابد). اين در حالي است که انقباض لعاب دندان تقريبا 2.2 Mm است. بنابراين تفاوت خالص تنها 2.7 Mm که بسيار کوچکتر از تغيير ابعادي 220 Mm اتفاق افتاده در هنگام پليمريزاسيون کامپوزيت هاي پايه ي رزيني است.
ضريب انبساط حرارتي بالا موم هاي قالب گيري نيز مهم مي باشند؛ زيرا تغييرات ابعاد اين مواد با دما زياد است. براي مثال يک الگوي مومي دقيق که براي تهيه ي دندان ساخته شده است. هنگامي که از دندان ها يا از قالب جدا شود و در يک محيط سرد قرار گيرد، دچار انقباض مي شود. اين تغيير ابعاد به ماده ي ترميمي قالب گيري شده نيز منتقل مي گردد. که اين مسئله مي تواند موجب بروز مشکلاتي در استفاده از دندان مصنوعي توسط بيمار شود.
تنش هاي گرمايي که از تفاوت انقباض – انبساط گرمايي مواد تشکيل دهنده ايجاد مي شود، در توليد مواد ترميمي سراميک – فلز مهم مي باشد.
يک پوشش پرسلاني را در نظر بگيريد که بر روي يک ماده ي فلزي پخت مي گردد. در طي فرآيند سرد کردن تغييرات انبساطي- انقباضي اين دو ماده (فلز و سراميک) متفاوت است. و از اين رو تنش هاي کششي مماسي يا تنش هاي کششي محيطي در پرسلان بوجود مي آيد. که اين تنش ها مي توانند باعث تشکيل ترک در داخل سطح پرسلان شوند. البته اين فرايند تشکيل ترک ممکن است به سرعت يا در دراز مدت رخ دهد. اگر چه نمي توان از بوجود آمدن کامل اين تنش هاي گرمايي جلوگيري شود ولي مي توان آنها را کاهش داد. در واقع با انتخاب موادي که ضريب انبساط حرارتي نزديک به هم دارند از بوجود آمدن تنش در ماده ي حاصل جلوگيري مي شود. (تفاوت اين ضريب بايد زير 4 درصد باشد)

تيره شدن و خوردگي
 

در بيشتر اوقات خوردگي مناسب نيست. به هر حال در مواد دندانپزشکي، مقدار کمي خوردگي در اطراف گوشه هاي مواد ترميمي آمالگلامي ممکن است سودمند باشد زيرا محصولات حاصل از خوردگي باعث مي شود فضاهاي خالي آمالگلامي پر شود و از وارد شدن مايعات دهاني و باکتري ها به اين خطرات جلوگيري مي شود. برخي فلزات و آلياژها به خوردگي مقاوم اند زيرا در سطح آنها يک لايه ي اکسيد ي مقاوم (محافظت کننده) تشکيل مي شود.
يک مثال عمومي از خوردگي زنگ زدن آهن است. اين واکنش يک واکنش پيچيده است که در آن آهن با اکسيژن هوا و آب ترکيب مي شود. وo_3 f_e2 آبدار تشکيل مي شود. اين لايه ي اکسيد ي متخلخل، نامنظم ، ضعيف و شکننده تر از فلز اوليه است. به خاطر ضعف اين لايه ، فرآيند خوردگي پيشروي مي کند. (لايه ي اکسيدي ناپايدار است) يک روش براي جلوگيري از خوردگي آلياژ سازي است. مثلا مي توان از کروم استفاده کرد وآهن را به صورت فولاد ضد زنگ درآورد. (البته اين نوع فولاد علاوه بر کروم داراي برخي عناصر آلياژي ديگر نيز هست)
در دندانسازي فولادهاي ضد زنگ آستنيتي و مارتنزيتي کاربرد فراواني دارد.
آلياژهاي فلزي گران بهايي که در دندانسازي کاربرد دارند، داراي پايداري شيميايي بسيار خوبي هستند. اين مواد در محيط دهان دچار خوردگي قابل لمس نمي شوند. اجزاي عمده ي تشکيل دهنده ي اين آلياژها عناصري مانند طلا ، پالاديوم و پلاتين هستند. (ايريديوم ، اسميم ، روديم و روتنيوم نيز جزء عناصر گران بها هستند).
نقره به عنوان يک عنصر گران بها از نظر معيارهاي دندانپزشکي تلقي نمي شود. زيرا اين عنصر با اکسيژن، هوا، آب و سولفور واکنش مي دهد و سولفيد نقره توليد مي شود. سولفيد نقره يک ماده ي سياه رنگ است. فلزات در محيط متحمل واکنش هاي شيميايي و الکتروشيميايي مي شوند که نتيجه ي اين واکنش ها انحلال فلز و تشکيل ترکيبات شيميايي است که معمولا محصولات خوردگي ناميده مي شوند. اين محصولات ممکن است باعث سريع تر شدن خوردگي سطح فلز شوند و يا از گسترش خوردگي آن جلوگيري کنند و يا هيچ اثري بر روي خوردگي فلز نداشته باشند. بدبختانه اکثر فلزات مورد استفاده در دندانپزشکي محصولات خوردگي توليد مي کنند که باعث تسريع خوردگي ثانويه مي شود مثال آشنا از يک چنين فرايند خوردگي، خوردگي آهن است که به صورت شديد اتفاق مي افتد.
شرط ثانويه در استفاده از فلزات در کاربردهاي دندانسازي اين است که اين فلزات محصولات خوردگي مضر براي بدن توليد نکنند. برخي از فلزات که خود به طور کامل بي خطر هستند، محصولات خوردگي توليد مي کنند که بسيار خطرناک اند. نکته ي مهم اين است که اگر شرايط خوردگي محيط ما بسيار شديد نباشد، اين محصولات سمي ممکن است به آساني قابل تشخيص نباشند.
برخي از جنبه هاي محيط هاي دهاني براي خوردگي بسيار مستعد است مثلا دهان گرم است. که اين گرما به همراه رطوبت است. اين شرايط همواره با تغييرات دمايي نيز روبروست. غذاها و نوشيدني ها معمولا داراي PH متنوعي هستند. درطي فرآيند اتفاق افتاده در غذاها اسيد توليد مي شود (درمحيط دهاني) که اين اسيدها براي مواد ترميم کننده ي دنداني و فلزات بسيار مضر هستند. طلا به دليل تمايل کم به يونيزه شدن، در برابر عوامل شيميايي بسيار مقاوم است. از اين رو در طول تاريخ از اين ماده به وفور در ساخت ساختارهاي دنداني استفاده مي شده است.
منبع انگليسي مقاله : Dental materials/ Kenneth j. Anusavice