РАЗВИТИЕ ТРЕЩИН ПОПЕРЕЧНОГО СДВИГА В ДЕНТИНЕ
Автор: Жанна Вадимовна Гудкина
Соавторы: М.Ю. Гуткин, Т.С. Аргунова
Организация: ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, СПбПУ им. Петра Великого
Дентин – природный пористый материал с иерархической структурой, включающей в себя не менее семи масштабных уровней. Например, дентинные каналы представляют собой вытянутые микрополости диаметром 2-5 мкм, располагающиеся на расстоянии 10 мкм друг от друга.
В течение многих десятилетий прочность и ударная вязкость дентина были в центре внимания обширных исследований, однако их происхождение до сих пор не ясно. Частично это объясняется тем, что ни один метод визуализации не может отображать по крайней мере несколько структурных уровней дентина одновременно. Среди других важных тем, связанных с дентином человека, большой интерес вызывают процессы распространения в нем трещин. Исследования в этой области показали, что основным механизмом упрочнения является перекрытие трещин связками без трещин [1]. Так называемые «мостики» неповрежденного материала наблюдались непосредственно с помощью оптического и сканирующего электронного микроскопов и рентгеновской томографии [2]. Были представлены доказательства взаимодействия каналов с растущей микротрещиной. Однако не было предложено никакого механизма, объясняющего, как образуются вторичные (сателлитные) микротрещины и как микротрещина притягивается к каналу.
В данной работе представлены экспериментальные доказательства и теоретическая модель распространения трещин поперечного сдвига в дентине при одноосном сжатии. Экспериментальные наблюдения образцов дентина размером несколько миллиметров проводились методом рентгеновской томографии с использованием синхротронного излучения. 2D-срезы (томограммы) выявили доминирующие и сателлитные трещины поперечного сдвига в образцах дентина после нагрузки: оба типа трещин распространяются по дентинным каналам [3].
Сделан вывод о том, что растягивающие напряжения на поверхности дентинных каналов, расположенных вблизи вершины заторможенной магистральной трещины, достаточны для образования сателлитных трещин. Процесс раскрытия трещины в дентине происходит за счет последовательных перемещений ее вершины от одного канала к другому (рис. 1) в плоскости действия максимальных локальных растягивающих напряжений; это сопровождается раскрытием сателлитных трещин в окрестности вершины заторможенной магистральной трещины.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований № 19-29-12041.
1.Kinney J. H. et al. Age-related transparent root dentin: mineral concentration, crystallite size, and mechanical properties //Biomaterials. – 2005. – Т. 26. – №. 16. – С. 3363-3376.
2.Nalla R. K., Kinney J. H., Ritchie R. O. Effect of orientation on the in vitro fracture toughness of dentin: the role of toughening mechanisms //Biomaterials. – 2003. – Т. 24. – №. 22. – С. 3955-3968.
3.Argunova T. S., Gudkina Z. V., Gutkin M. Y. A Model of Microcrack Development in Human Tooth Dentin Using Data of Microtomography //Technical Physics Letters. – 2020. – Т. 46. – №. 5. – С. 505-509.
