Исследование влияния ультразвуковой кавитации на

Исследование влияния ультразвуковой кавитации
на поверхность зуба
Сорокин К.С., Михник .А.Ю.,
Котенева Т.Д. (8-950-008-33-23)
Исследуемый образец
Аннотация и цель
На сегодняшний день ультразвуковая обработка поверхности
зубов находит широкое применение в стоматологии. Однако,
пока малоизучено то, какое воздействие оказывают
интенсивные ультразвуковые колебания на поверхность
зуба. Именно это и является целью данного исследования.
область исследования
Процесс кавитации
В качестве исследуемого образца был выбран срез зуба, толщиной 2 мм, имеющий
начальную стадию кариеса. Известно, что типичный размер кристаллитов, из которых состоит
зуб, составляет более 40 нм. Для исследования поверхности с такими размерами возможных
неоднородностей необходима аппаратура, которая позволяет работать в подобном высоком
разрешении. Поэтому для оценки результатов исследования был выбран сканирующий
зондовый микроскоп (СЗМ) Certus. В большинстве случаев для достижения необходимого
нам разрешения сканировался произвольно выбранный участок поверхности 25х25 мкм
(1000х1000 точек).
Методика проведения эксперимента
В основе эксперимента лежит явление ультразвуковой
кавитации. При излучении в жидкость звука со звуковым
давлением, превосходящим критический порог, во время
периода разряжения вблизи поверхности возникают
кавитационные пузырьки. При схлопывании пузырьков
создаются кратковременные импульсы высокого давления,
разрушающие гладкую поверхность.
Предварительные исследования
волновод
Перед ультразвуковой обработкой проводились предварительные СЗМ-исследования
поверхности необработанного образца в нескольких областях. Результаты одного из
сканирований приведены на рисунке. Здесь же приведено сечение образца по выделенной
линии. На исследуемой поверхности выделяется большое количество наростов диаметром 15 мкм.
До обработки образец помещался в емкость с дегазированной дистиллированной водой.
С помощью волновода создавались условия развитой ультразвуковой кавитации.
В первом эксперименте образец устанавливался на расстоянии 5 см от торца волновода,
горизонтально, напротив него. Плотность мощности излучения на торце волновода – 270
Вт/см2. Время обработки – 5 минут.
Во втором эксперименте – на расстоянии 2,5 см от торца волновода, вертикально, на
расстоянии 2 см от оси волновода. Плотность мощности – 190 Вт/см2. Время обработки – 2
минуты.
Каждый раз после ультразвуковой обработки образец просушивался, после чего
проводилось СЗМ-исследование выбранных областей его поверхности.
Результаты проведённых исследований
до
и
после УЗ-обработки
Расположение
образца
нарост
Экспериментально измеренное распределение давления
в камере большого объёма
До
начала
эксперимента
были
проведены
предварительные исследования распределения давления в
камере большого объема. Эти исследования позволили
определить геометрию камеры, в которой в дальнейшем
будет проводиться эксперимент, а также – расположение
изделия под разными углами относительно оси волновода
таким образом, чтобы они находились в одинаковых
условиях.
УНЛ «Импульсные
Электротехнологии»
el.imp.tech@mail.com
В случае поперечного расположения образца (первый эксперимент) удаётся убрать менее
50% наростов. В случае продольного расположения (второй эксперимент), не смотря на
меньшую плотность мощности, - убирались практически все наросты. Результаты
сканирования поверхности и сечение образца по выделенной линии, полученные после
подобной обработки, приведены на рисунке.
Проведенные исследования показали, что ультразвуковая обработка позволяет убрать со
здоровой поверхности эмали зуба наросты, которые «закрывают» углубления в эмали, при
этом на поверхности появляются неоднородности глубиной 400-1000 нм.