2.2.2. Растяжение
Только одной научной группой было проведено исследование механических свойств эмали при растяжении. Образцы были вырезаны с двумя ориентировками эмалевых стержней: параллельной и перпендикулярной относительно оси растяжения. Предел прочности первой группы образцов 42,2±12,0МПа, а второй 11,5±4,7МПа. Поэтому можно сказать, что свойства эмали зависят от ориентировки стержней в образце или она анизотропная. Также были изучены свойства эмали при непрямом растяжении – диаметральном сжатии. К сожалению, в работе приведено мало данных об эксперименте. Предел прочности 33-35 МПа сопоставим с результатами прямого растяжения.
2.2.3. Точечное нагружение
Проведение микроиндентирования эмали методом Бринелля, показало, что эмаль деформируется в режиме упругости, при глубине проникновения индентора не превышающей 1,6 мкм, кривая разгрузки совпадает с кривой при нагружении (рис. 8, а). При увеличении глубины после снятия нагрузки наблюдается остаточная деформация, которая достигала 35% от полной деформации (рис. 8, б).
В другой работе при малой глубине проникновения индентора, наблюдался упруго-пластичный переход, причем после преодоления предела текучести эмаль упрочнялась меньше, чем при макроскопических испытаниях. Этот факт объясняется, тем, что при малой глубине, радиус отпечатка не превышал 250 нм и, следовательно, в механизме упрочнения были задействованы только кристаллы гидроксиапатита в пределе одной эмалевой призмы, тогда как при больших деформациях в этот процесс задействуются несколько призм, и следовательно, органика между призмами.
Рисунок 8 – Деформационные кривые при индентировании эмали: а – при малых нагрузках, деформация обратимая; б – при увеличении глубины проникновения индентора, появляется остаточная деформация
Зависимость механических свойств эмали от размера индентора и глубины проникновения объясняется иерархическим строением эмали. При увеличении объема деформируемого материала, увеличивается доля органической фазы и как следствие увеличение деформируемости материала и снижение модуля Юнга.
Жесткость и твердость эмали была выше, когда эмалевые призмы располагались параллельно рабочей поверхности образца. Модуль Юнга равнялся 90 ГПа и 70 ГПа, а твердость 4 ГПа и 3 ГПа, при параллельной и перпендикулярной ориентации эмалевых призм относительно рабочей поверхности, соответственно.
На вязкоупругий характер поведения эмали указывают проведенные испытания в режиме на ползучесть. Эмаль равномерно деформировалась в процессе удержания постоянной нагрузки. Причем после разгружения в области отпечатка отсутствовали трещины, что характерно для пластичных металлов (рис. 9, а).
Зарождение трещин в эмали происходило в углах отпечатка при микроиндентировании по Виккерсу (рис. 9, б). Трещины распространяются по пути наименьшего сопротивления между эмалевыми призмами. Тогда, как для хрупких материалов характерно зарождение и распространение трещин радиально из углов отпечатка. При вращении индентора трещина также распространялась по пути наименьшего сопротивления. На распространение трещин между эмалевыми призмами указывает и то, что стержни не раскалывались при разрушении эмали.
Рисунок 9 – Отпечатки индентора в эмали: а – в области отпечатка отсутствуют трещины, б – трещины распространяются вдоль эмалевых стержней