單秋成臺灣大學:機械工程學研究所劉昭沅Liu, Chau-YuanChau-YuanLiu2010-06-302018-06-282010-06-302018-06-282009U0001-3107200914595000http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/187197鎳鈦旋轉器械近年被大量應用在進行牙科根管治療，臨床上在牙髓腔內承受張應力(tension)和壓應力(compression)的循環應力作用下，往往會導致無預警疲勞破壞的發生。有研究者認為使用較低轉速可以有較佳的疲勞壽命，但也有人認為轉速與疲勞壽命無關，這些研究都忽略了不同轉速時的溫度效應，本文分別探討轉速與溫度對鎳鈦旋轉器械疲勞壽命的影響，發現溫度對疲勞壽命有十分重要的影響，其影響機制與鎳鈦材料中麻田散鐵(Martensite)與沃斯田鐵(Austenite)相變態有密切關係，而轉速效應很可能是影響了器械的溫度，從而改變其疲勞壽命，此結果也顯示如臨床上能有效降低器械的溫度，應可大幅增加其抗疲勞能力，減低意外斷裂發生的糾紛。外，本文也利用深冷技術(Cryogenic treatment)對鎳鈦旋轉器械進行處理，發現經深冷處理後的鎳鈦旋轉器械，其疲勞壽命較未經處理的提升約10%，因此臨床上若能使用經深冷處理後的鎳鈦旋轉器械且有效地降低器械的溫度，便能獲得最佳的疲勞壽命。NiTi rotary instruments are liable to accidental fatigue failure endodontic treatment. Some proposed that the fatigue life of these rotary instruments may be improved by using a lower rotational speed during operation. However, other studies found no correlation between rotational speed and fatigue life. Temperature rise of the instrument under use was overlooked in these studies. In the current work, we investigated the effects of rotational speed as well as temperature. It was found that temperature has a large impact on the fatigue properties of the NiTi instrument. Such effect was related to the phase transformation that took place in the material. Different rotational speeds probably brought about different temperature rises, which in turn affected the fatigue life. The clinical implication is that instrument life and reliability may be greatly improved if its temperature can be kept below a certain level. his study also investigated the effect cryogenic treatment on the fatigue properties of NiTi endodontic rotary instrument. It was found that cryogenic treatment offers 10% improvement in fatigue life. Fatigue life may be greatly enhanced if we can use this technology and control the operation temperature.目 錄 謝 1文摘要 2BSTRACT 3 錄 4目錄 1目錄 3一章 導論 1-1前言 1-2研究動機 1-3研究方法 2-4論文架構 2二章 文獻回顧 4-1鎳鈦根管銼的特性 4-2鎳鈦旋轉器械的疲勞破壞 5-3示差掃描熱量測定(DSC) 6-4溫度及頻率效應對疲勞壽命的影響 6-5旋轉器械彎曲角度定義方式 7-4-1 Schneider Angle 7-4-2 Pruett彎度定義 8-6超深冷處理 8-1實驗材料 16-2金屬彎道夾具 16-3疲勞試驗機台 16-4溫度感測 17-5溫度控制 18四章實驗原理與方法 25-1鎳鈦根管銼之疲勞試驗 25-1-1根管彎道設定 25-1-2根管在彎道中接觸情況 25-1-3疲勞試驗操作步驟 25-2鎳鈦根管銼之頻率效應 26-2-1休息對器械疲勞壽命之影響 26-3示差掃描熱量測定(DSC) 27-3-1 溫度對疲勞壽命之影響 27-4超深冷處理法 28-4-1深冷處理對疲勞壽命之影響 29-5溫度的測定 29-5-1溫度的控制 29-6 SEM破斷面觀察 30五章實驗結果與討論 39-1根管銼疲勞性質 39-1-1頻率效應實驗 39-1-2休息對壽命的影響 39-1-3溫度對疲勞壽命之影響 39-1-3超深冷處理對疲勞壽命的影響 40-1-4 SEM觀測微結構 41-1-5 疲勞紋的估算方式 41六章結論與未來目標 69-1結論 69-2未來目標 71考文獻 72目錄2.1鎳鈦合金的記憶效應[27] 102.2 示差掃描法測定(DSC)麻田散鐵與沃斯田鐵轉換溫度[17] 102.3鎳鈦合金的張應力應變曲線[10] 112.4在牙齒內根管銼彎曲狀態[9] 112.5根管銼整體斷面SEM圖[9] 122.6疲勞初始區域[9] 122.7疲勞裂紋[9] 132.8最終延性斷裂面上的窩穴[9] 132.9 Schneider angle[20] 142.10 Pruett彎度定義[28] 142.11空氣中恆溫下不同頻率對疲勞壽命的影響[19]第三章實驗材料與設備 15三章實驗材料與設備 163.1 ProFile .04 21mm 193.2曲率半徑與曲率角度金屬塊[9] 193.3疲勞試驗機台 203.4彎手機與夾具 213.5電動馬達 X-Smart 213.6 Fluke Ti25 紅外線熱像儀 223.7 R5.0A60於室溫控制下紅外線熱相儀之偵測結果 223.8 R7.5A40於室溫控制下紅外線熱相儀之偵測結果 233.9 R7.5A60於室溫控制下紅外線熱相儀之偵測結果 233.10風扇電路板 243.11 機台和風扇擺放位置的整體架設 244.1彎道示意圖[27] 324.2 R5.0A60緊靠狀態 324.3 未經超深冷處理的DSC測試 334.4 經超深冷處理後的DSC測試 344.5超深冷處理所使用的升降溫速率曲線 355.1 R7.5A40 ProFile.04 21mm Cycle number 435.2 R7.5A40 ProFile.04 21mm不同頻率下溫度對疲勞壽命之影響 435.3 R7.5A40 ProFile.04 21mm於350rpm下溫度對疲勞壽命之影響 445.4 R7.5A60 ProFile.04 21mm於350rpm下溫度對疲勞壽命之影響 455.5 R5.0A60 ProFile.04 21mm於350rpm下溫度對疲勞壽命之影響 465.6 R7.5A40經超深冷處理於350rpm下溫度對疲勞壽命之影響 475.7 R7.5A60經超深冷處理於350rpm下溫度對疲勞壽命之影響 485.8 R5.0A60經超深冷處理於350rpm下溫度對疲勞壽命之影響 495.9 R7.5A40經超深冷與未經超深冷處理之差異 505.10 R7.5A60經超深冷與未經超深冷處理之差異 515.11 R5.0A60經超深冷與未經超深冷處理之差異 525.12 R5.0A60未經超深冷於25℃下經疲勞測試後整體斷面圖 535.13 R5.0A60未經超深冷於25℃下經疲勞測試後之疲勞紋 535.14 R5.0A60未經超深冷於-50℃下經疲勞測試後整體斷面圖 545.15 R5.0A60未經超深冷於-50℃下經疲勞測試後靠近斷裂之疲勞紋 545.16 R5.0A60未經超深冷於-50℃下疲勞紋受壓變平之現象 555.17 R7.5A40未經超深冷於25℃下經疲勞測試後整體斷面圖 555.18 R7.5A40未經超深冷於25℃下經疲勞測試後之疲勞紋 565.19 R7.5A40未經超深冷於-50℃下經疲勞測試後整體斷面圖 565.20 R7.5A40未經超深冷於-50℃下經疲勞測試後之疲勞紋 575.21 R7.5A60未經超深冷於25℃下經疲勞測試後整體斷面圖 575.22 R7.5A60未經超深冷於25℃下經疲勞測試後之疲勞紋 585.23 R5.0A60經超深冷於25℃下經疲勞測試後整體斷面圖 585.24 R5.0A60經超深冷於25℃下經疲勞測試後之疲勞紋 595.25 R5.0A60經超深冷於-50℃下經疲勞測試後整體斷面圖 595.26 R5.0A60經超深冷於-50℃下經疲勞測試後之疲勞紋 605.27 R7.5A40經超深冷於25℃下經疲勞測試後整體斷面圖 605.28 R7.5A40經超深冷於25℃下經疲勞測試後之疲勞紋 615.29 R7.5A40經超深冷於-50℃下經疲勞測試後整體斷面圖 615.30 R7.5A40經超深冷於-50℃下經疲勞測試後之疲勞紋 625.31 R7.5A60經超深冷於25℃下經疲勞測試後整體斷面圖 625.32 R7.5A60經超深冷於25℃下經疲勞測試後靠近斷裂之疲勞紋 635.33 R7.5A60經超深冷於-50℃下經疲勞測試後整體斷面圖 635.34 R7.5A60經超深冷於-50℃下經疲勞測試後靠近斷裂之疲勞紋 64目錄4.1經過超深冷處理後各相變態溫度的改變 364.2熱電偶與紅外線熱相儀量測溫度差異 364.3 R5.0A60各參數下實驗前後溫度差異 374.4 R7.5A40各參數下實驗前後溫度差異 374.5 R7.5A60各參數下實驗前後溫度差異 374.6 各參數下實驗前後溫升情況 385.1 R7.5A40 ProFile .04 之頻率效應疲勞實驗結果 655.2 R7.5A40 ProFile .04 於500rpm下之休息對疲勞壽命的影響 655.3 R5.0A60 ProFile .04 於350rpm下比較有無經超深冷的疲勞壽命差異 655.4 R7.5A40 ProFile .04 於350rpm下比較有無經超深冷的疲勞壽命差異 665.5 R7.5A60 ProFile .04 於350rpm下比較有無經超深冷的疲勞壽命差異 665.6溫度25℃時未深冷之各參數疲勞紋與實驗數據差異 675.7溫度-50℃時未深冷之各參數疲勞紋與實驗數據差異 675.8溫度25℃時經超深冷後之各參數疲勞紋與實驗數據差異 675.9溫度-50℃時經超深冷後之各參數疲勞紋與實驗數據差異 689974038 bytesapplication/pdfen-US鎳鈦旋轉器械疲勞破壞溫度效應轉速效應深冷技術麻田散鐵沃斯田鐵NiTi endodontic rotary instrumentFatigue fractureTemperature effectFrequency effectCryogenicMartensiteAustenitethesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/187197/1/ntu-98-R96522504-1.pdf