background image

BY 

Dr.Raied Alattar 


background image

 

Is defined as, 

  ―The Study of

 composition

 and 

properties

 of dental materials 

and the 

manner in which they 

interact with the environment

 in 

which they are placed‖. 

Science Of Dental 

Materials 


background image

 

 

Very demanding. 
 

There can be 

 

1.

Temperature variations. 

2.

pH Variations. 

3.

Variations in Masticatory forces. 

 
 

Oral Environment 


background image

 

Normal temperature of oral cavity (32℃ to 

37℃). 

 

On intake of a cold/hot food or drink 

temperature range increases (0℃ to 70℃). 

Temperature Variations 


background image

 

pH of saliva is neutral (7.0) 
 

 

On intake of acidic fruit juices 

or alkaline medicaments, pH 

may vary from 2.0 to 11.0 . 

 

pH Variations 


background image

 

1.

Analysis of the problem. 

2.

Consideration of the 

requirements. 

3.

Consideration of the available 

materials and their properties. 

4.

Choice of a suitable material. 

SELECTION OF DENTAL 

MATERIALS 


background image

 

Basic and very important step. 

Incorrect analysis may lead to 

wrong treatment plan. 

Poor prognosis and failure of 

treatment. 

  e.g. Selection of a filling material. 

1. Analysis of the 

problem 


background image

 

Enlist the requirements that a 

material must meet. 

Requirements of a material are 

dependent upon the situation. 

 

 

 

2. Consideration of the 

requirements 


background image

 

Clear concept about the properties. 

In case of immediate problem, 

  Must choose from the materials in hand. 

Dentist must be up to date with the 

advancements. 

  Thorough comparison of Properties of the 

available materials with requirements. 

 

 

3. Consideration of the available 

materials and their properties 


background image

 

Final step. 

Narrowing the range of choice. 

Factors: 

1.

Availability. 

2.

Ease of handling. 

3.

Cost effectiveness. 
 

10 

4. Choice of a suitable 

material 


background image

 

Biocompatible –  

Non-toxic, non-irritating, non-allergenic 

Mechanically stable & durable – 

Strong, resistant to fracture 

Resistant to Corrosion – 

Does not deteriorate over time 

Dimensionally Stable – 

Little change by temperature & solvents 

Characteristics of Ideal 

Materials:  


background image

 

Minimal conduction – 

Insulates against thermal/electrical change 

Esthetic – 

Looks like oral tissue 

Easy to manipulate – 

Minimal/reasonable effort & time needed 

Adheres to tissues – 

Retains onto, and seals, tooth structure 

Characteristics of Ideal 

Materials: 


background image

 

Tasteless and Odorless – 

Not unpleasant to patient 

Cleanable/Repairable – 

Easily maintained or fixed 

Cost-effective – 

Affordability vs. benefits/disadvantages 

Characteristics of Ideal 

Materials: 


background image

 

Four Classes of Materials 

Structure of Materials 

Physical Characteristics 

Mechanical Characteristics 

Biologic Characteristics 

Characteristics of 

Materials: 


background image

 

METALS

High thermal & electrical conductivity 

High ductility 

(bend without breakage) 

High opacity 

(do not transmit light) 

High luster 

(reflect light; appear shiny) 

Crystalline arrangement of atoms

 (solid) 

Strong metallic bond 

(high melting point - except 

Mercury) 

Classes of Materials: 


background image

 

METALS: 

Strong, rigid, and stable materials 

Can be ―cast‖ or formed into various shapes 

   

Classes of Materials: 


background image

 

CERAMICS: 

Compound of metal with non-metal  

High melting points 

Low thermal & electrical conductivity 

Crystalline or Non-crystalline 

Inert – biologically compatible 

Used as fillers to reinforce composites 

Esthetic - porcelains 

Classes of Materials: 


background image

 

POLYMERS: 

Man-made, long-chain, organic molecules 

(carbon 

atoms linked together) 

Low thermal & electrical conductivity 

Low strength and stability 

Dental acrylics – dentures, sealants, temps 

Impression materials 

Adhesives – dental cements 

Resin base for dental composites 

Classes of Materials: 


background image

 

COMPOSITES: 

Mixtures of two or more of the other classes (metals, 

ceramics, polymers) 

 

 

Example:

 Dental Composite filling material 

 

Resin matrix

 

(polymer)

 + 

glass filler

 

(ceramic) 

Classes of Materials: 


background image

 

BONDS: forces holding atoms together 

Primary Bonds – solids  

Covalent: sharing electrons 

Ionic: interaction of + and  charges 

Metallic: share electrons of outer shell 

Secondary Bonds – liquids 

Less stable; weaker attractions 

Bond liquid to liquid, or liquid to solid 

Structure of Materials: 


background image

 

ATOMIC ARRANGEMENTS: 

 (when a material is 

in a solid state) 

Amorphous – irregular pattern of atoms; 

―frozen liquids‖ 

 i.e. glass, polymers 

Crystalline – a regular pattern of columns 

and rows, stacked upon each other; ―cubic‖ 

or other crystal patterns 

i.e. metals 

Structure of Materials: 


background image

 

THE END 


background image

The American National Standards Institute (ANSI), and 

the American Dental  Association (ADA), have 

established more than 100 standard or specifications, 

and helpful in the selection of materials for dental 

practice  


background image

 

Thermal conductivity 

Thermal conductivity: has been used as a 

measure of the heat transferred and is 

defined as a number of calories per second 

flowing through an area of 1cm

2

 

In which the temperature drop along the length 

of the specimen is 1

0

C/cm 

  


background image

 

Physical Characteristics: 

Thermal Expansion

: temperature change causing a 

material to expand or contract can create change in 
dimension 

Coefficient of Thermal Expansion: 

the amount of dimensional change as a material 

expands/contracts 

Ideally, choose a restoration that expands & 

contracts same as tooth. 


background image

 

Physical Characteristics: 

Electrical & Thermal Conduction: 

No need for materials to be conductive  

Metals ARE good conductors 

Galvanism

 – a ―shock‖ created by 2 unlike metals in 

contact + saliva so we need to Protect teeth from 

stimulation; insulate! 


background image

 

Solubility and Sorption 

The solubility of materials in the mouth and 

sorption (adsorption plus absorption ) of oral fluids 

by the material are important.) Least soluble = 

porcelains & ceramics.)(Most soluble = polymers & 

acrylics) 

Solubility and Sorption are reported in two ways: 

1.

In weight percent of soluble or sorption material. 

2.

The weight of dissolved or sorption  material per 

unit of surface area (e.g. milligrams per square 

centimetre) 


background image

 

Solubility and Sorption 

Absorption : the uptake of liquid by the bulk solid. 
E.g. the equilibrium absorption of water by acrylic 

plastics is in the range of 2%. 

Adsorption

:

 concentration of molecules at the 

surface of a solid or liquid, e.g. adsorption of 

components of saliva at the surface of tooth 
structure.  


background image

 

Physical Characteristics: 

ADHESION:The force of attraction between  

molecules or atoms of two different surfaces brought 

into contact. 

COHESION:The force of attraction between 

molecules or atoms within a material. 

Adhesive:

  

that which is being attached (“glue”) 

Adherend:

 

the surface to which it will be attached 


background image

 

Surface tension 

: a property of liquids in 

which the exposed surface tends to contract 

to the smallest possible area, as in the 

spherical formation of drops; this is a 

phenomenon attributed to the attractive 

forces, or cohesion, between the molecules  

   of the liquid  

 


background image

 

Physical Characteristics: 

Factors influencing ADHESION, (

adhesion): 

Wettability

 – the ability of the surface to become wet;  

(

 

wettability

) 

Surface Energy

 – the available energy at the surface; 

(

 

surface energy) 

Surface Tension

 – amount of attraction the molecules 

have for one another; 

(

 

surface tension) 

Viscosity

 – resistance to flow; 

(

 

viscosity) 


background image

 

Wettability: Contact 

Angle 

 

adherend 

 

adherend 

Good Wetting: 
Low contact angle; 
Less than 90° 

Poor Wetting: 
High contact angle; 
Over 90° 


background image

 

Rheological properties 

Rheological properties: is the study of the 

flow or deformation of materials (solid and 

liquid). 

 Rheological properties of liquids and pastes 

normally involve the measurement of 

viscosity. 

 viscosity= Shear stress/shear rate. 

Material of low viscosity requires only a low 

pressure to produce a high flow rate 


background image

 

Physical Characteristics: 

COLOR & ESTHETICS: 

Created by light’s interaction with material 

Hue

 – dominant color 

Value

 – lightness of a color 

Chroma

 – intensity of a color 

Translucency - teeth permit light to transmit 

through them 

High demand today for materials to match 

natural tooth 


background image

 

Physical Characteristics: 

CORROSION: 

The deterioration of a metal by a chemical or 

electrochemical reaction; irreversible 

  Tarnish: surface deterioration; discoloration 
Methods of Corrosion: 

―Battery‖ created:  2 metals + saliva =  

  release of metallic ions & destruction of metal 
 


background image

 

STRESS 

STRESS 

is the force with which a structure resists an external 

load placed on it. It is the internal reaction to an 

externally applied load and is equal in magnitude 

but opposite in direction to the external load; 

although technically the internal force, this is 

difficult to measure and so the accepted way of 

measuring stress is to measure the external load 

applied to the cross sectional area; measured in 

force per area units such as kg/cm2, MPa 

(MN/m2),  

Stress

 = Force/Area 

 


background image

 

STRESS 

Stress may be tensile sT,  

compressive sC, 

or shearing st,  

depending on the sense of the strain produced. 


background image

 

Types of stresses 

Axial 

      Compressive 
 
 
 
        Tensile 


background image

 

Types of stresses 

Non Axial 

   
    Shear   
 
   Torsion 
 
    Bending 
                   


background image

 

STRAIN

   is the change in length per unit length that a material  

undergoes when a force is applied to it; it is dimensionless because 

it has length per length units of measurement; is often expressed as 

a percentage. 

Strain = Change in Length/Original Length 

 

Strain can either be 

elastic or plastic.  

Elastic strain

 is  strain that totally disappears 

once the external load that caused  it is 

removed. Elastic strain is based upon the 

fact that a net force of zero exists between 

two atoms when they are at equilibrium. If a 

compressive or tensile force is exerted on 

the atoms, an opposite force will attempt to 

move them back to their  equilibrium 

position. When the applied force is released, 

the atoms return to their original position; 

therefore, the material is not permanently 

deformed.  

 


background image

 

Strain 

Plastic strain: 

is strain that permanently remains once 

the external load that caused it is removed. It occurs 

when the force applied to the atoms moves 

them so far from their equilibrium position that they do 

not 

return to it once the force is removed. 


background image

 

 

             Change in length 

Strain = 

             Original length 

Compression

                                   


background image

 

Strain may be recoverable or the material may 

remain deformed (non-recoverable), or partially 

recoverable. The extent to which the strain is 

recovered is a function of the elastic properties of 
materials. 


background image

 

Elastic Limit 

– maximum stress level 

tolerated  by a material without 

deformation

 (a material will be deformed if any 

more stress is put upon it) 

Ultimate Strength 

– the highest stress 

tolerated before failure

 (any more stress will 

result in breakage of the material) 
 

  

 


background image

 

Yield strength : 

the strength at which a small 

amount  of permanent (plastic) strain occurs, 

usually 0.1% or 0.2%, and most  frequently 

measured in Mpa 

Modulus of elasticity

: in metallurgy,  

the coefficient found by dividing the unit stress, at 

any point up to the proportional limit, by its 

corresponding unit of elongation  

(tension) or strain. A ratio of stress to strain. As the 

modulus of elasticity rises, the material becomes 

more rigid  

  
 
 
 
 
 
 
  


background image

 

Proportional Limit 

- The point at which the 

stress-strain curve

 becomes non-linear. In 

most metallic materials the elastic limit and 

proportional limit are essentially the same.  
 


background image

 

Toughness 

is the resistance to 

fracture

 of a material when 

stressed

It is defined as the amount of 

energy

 that a 

material can absorb before 

rupturing

and can be 

found by finding the area  

Toughness is measured in units of 

joules

 per 

cubic 

meter

 (J/m

3

)  


background image

 

Residual stress 

Residual stresses

 

are stresses that remain after 

the original cause of the stresses has been 

removed. Residual stresses occur for a 

variety of reasons, including inelastic 

deformations and heat treatment. Heat from 

welding may cause localized expansion. 

When the finished weldment cools, some 

areas cool and contract more than others, 

leaving residual stresses. Castings may also 

have large residual stresses due to uneven 

cooling. 


background image

 

Stress-Strain Curve: 

Strain 

Stress 

Elastic Limit 

Proportional Limit 

Modulus of 

Elasticity 

Ultimate Strength 

Failure 


background image

 

Hardness: 

an indication of the resistance to 

penetration when indented by a hard 

asperity. Low values of hardness number 

indicate a soft material. 

Common methods used for hardness test 
include Vickers, Knoop, Brinell and Rockwell   


background image

 

Creep:

 is simply defined as 

 

1-

time-dependent plastic strain. The term 

creep is usually applied to metals at 

elevated temperatures, and is the low or 

deformation of the material under a yield 

strength.  

2-

Creep: the slow change in dimensions of 

an object due to prolonged exposure to high 

temperature or stress  

  


background image

 

Fracture 

This type of deformation is also not 

reversible. A break occurs after the material 

has reached the end of the elastic, and then 

plastic, deformation ranges. At this point 

forces accumulate until they are sufficient to 

cause a fracture. All materials will eventually 

fracture, if sufficient forces are applied. 

 


background image

 

DUCTILE MATERIALS 

In ductile materials, such as metals, failure is 

accompanied by plastic (permanent) 

deformation. This 

plastic deformation involves considerable 

spending of energy - thus, the analysis 

relating to 

energy/unit volume = 0.5sTSe (Jm-3) 

where sTS is the tensile strength and e the 

strain at failure. 

 


background image

 

Abrasion  1

:

 the wearing away of a substance or  

structure (such as the skin or the teeth) through 

some unusual or  abnormal mechanical process  

2

:

 

an abnormal wearing away of  the tooth 

substance by causes other than mastication—

attrition,erosion  

Abrasive 

:

 a substance used for  

abrading,  smoothing, or polishing  

Abrasive

  1: tending to abrade 2: causing irritation  

Abrasively

:

 the property of one material to wear 

away another material by means of frictional 

contact  


background image

 

Setting expansion 

: the dimensional increase 

that occurs concurrent with the hardening of 

various materials,  

such as plaster of Paris, dental stone, die stone, 

and dental casting investment  

  

 


background image

 

Biologic Characteristics: 

The most prevalent concern: 

Sealing 

the interface 

between restoration 

 

and tooth! 

Prevent leakage of bacteria, saliva, by-products 

Prevent seepage of fluids into & out of the tooth 

Dentinal tubules carry fluids, sealed by enamel 

Hydrodynamic Theory – tooth pain is a result of the 

fluid flow around odontoblastic processes, stimulating 

nerve fibers 

Temperature change can expand/contract these fluids 




رفعت المحاضرة من قبل: أوس الشرقي
المشاهدات: لقد قام 35 عضواً و 318 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل