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Understanding the mechanisms of fragmentation within silicate melts is of great interest not only for material science, but also for volcanology, particularly regarding molten fuel coolant-interactions (MFCIs). Therefore edge-on hammer impact experiments (HIEs) have been carried out in order to analyze the fracture dynamics in well defined targets by applying a Cranz-Schardin highspeed camera technique. This thesis presents the corresponding results and provides a thorough insight into the dynamics of fragmentation, particularly focussing on the processes of energy dissipation. In HIEs two main classes of cracks can be identified, characterized by completely different fracture mechanisms: Shock wave induced “damage cracks” and “normal cracks”, which are exclusively caused by shear-stresses. This dual fracture situation is taken into account by introducing a new concept, according to which the crack class-specific fracture energies are linearly correlated with the corresponding fracture areas. The respective proportionality constants - denoted “fracture surface energy densities” (FSEDs) - have been quantified for all studied targets under various constraints. By analyzing the corresponding high speed image sequences and introducing useful dynamic parameters it has been possible to specify and describe in detail the evolution of fractures and, moreover, to quantify the energy dissipation rates during the fragmentation. Additionally, comprehensive multivariate statistical analyses have been carried out which have revealed general dependencies of all relevant fracture parameters as well as characteristics of the resulting particles. As a result, an important principle of fracture dynamics has been found, referred to as the “local anisotropy effect”: According to this principle, the fracture dynamics in a material is significantly affected by the location of directed stresses. High local stress gradients cause a more stable crack propagation and consequently a reduction of the energy dissipation rates. As a final step, this thesis focusses on the volcanological conclusions which can be drawn on the basis of the presented HIE results. Therefore fragments stemming from HIEs have been compared with natural and experimental volcanic ash particles of basaltic Grimsvötn and rhyolitic Tepexitl melts. The results of these comparative particle analyses substantiate HIEs to be a very suitable method for reproducing the MFCI loading conditions in silicate melts and prove the FSED concept to be a model which is well transferable to volcanic fragmentation processes.
Traumatische Verletzungen der Frontzähne treten bei Kindern und Jugendlichen zunehmend häufiger auf. Im jugendlichen Gebiss ist die prothetische Versorgung eines zervikal frakturierten Zahnes aufgrund des nicht abgeschlossenen Kiefer- und Wurzelwachstums nicht möglich. Kompositaufbau oder Fragmentwiederbefestigung sind Möglichkeiten den Zahn mit einer guten Ästhetik zu erhalten. Ziel dieser Arbeit war es herauszufinden, ob verschiedene Adhäsivsysteme signifikante Unterschiede in der Bruchfestigkeit der wiederbefestigten Zähne bedeuten. Auch wurde untersucht, ob ein zusätzliches fließfähiges Kompositmaterial (Tetric® Flow) die Bruchfestigkeit beeinflusst. Ein Teil dieser Arbeit befasst sich zudem mit der Frage, ob die Größe der Bruchfläche in Beziehung zu der Frakturresistenz der geklebten Zähne steht. Für die Arbeit wurden obere menschliche Molaren mit nicht fusionierter palatinaler Wurzel auf fünf Gruppen verteilt. Jeder Gruppe wurde ein Adhäsivsystem zugeteilt. Im Einzelnen wurden OptiBond FL®, Syntac®, AdheSE®, Adper®Prompt®L-Pop®, OptiBond FL® + Tetric® Flow verwendet. Zähne, die nach dem ersten Bruchversuch Substanzverluste aufwiesen, wurden separat in einer sechsten Versuchgruppe untersucht und mit OptiBond FL® und Tetric® Flow wiederbefestigt. Die Zähne wurden mit einer Materialprüfmaschine der Firma Zwick gebrochen, die Bruchfläche vermessen, nach Herstellerangaben der Adhäsivsysteme wiederbefestigt und dem zweiten Bruch unterzogen. Aus den Frakturresistenzwerten des ersten und zweiten Versuches wurde ein Bruchkraftquotient errechnet. Als Ergebnis ist festzuhalten, dass die Gruppen OptiBond FL® und OptiBond FL® mit Tetric® Flow mit einem Medianwert von etwa 35% die höchste Bruchfestigkeit aufweisen. Syntac® zeigt mit etwa 15% den niedrigsten Wert auf. Die Gruppen OptiBond FL®, OptiBond FL® mit Tetric® Flow und AdheSE® zeigen im Vergleich mit Syntac® signifikant höhere Werte, OptiBond FL® zusätzlich noch zu Adper®Prompt®L-Pop®. Es wurde festgestellt, dass die richtige Wahl des Adhäsivsystems die Höhe der Frakturresistenz signifikant beeinflusst, die Verwendung eines fließfähigen Kompositmaterials dagegen nicht. Es wurde weiterhin der Nachweis erbracht, dass die Größe der Bruchfläche keinen signifikanten Bezug zur Bruchfestigkeit besitzt.
Unkomplizierte Kronenfrakturen gehören zu den häufigsten Verletzungen der Zahnhartsubstanz. Um eine schnelle Behandlung des Patienten zu gewährleisten, wird das Zahnfragment oftmals mit Dentinadhäsiven wiederbefestigt. Die vorliegende Arbeit untersuchte, ob die Verwendung unterschiedlicher Dentinadhäsive die Bruchfestigkeit des geklebten Zahnes beeinflusst und ob die zusätzliche Verwendung eines fließfähigen Komposits hierbei von Vorteil ist. Des Weiteren wurde geprüft, ob es einen Zusammenhang zwischen der Größe der Bruchfläche und der Frakturfestigkeit der Zähne gibt. Für die Untersuchungen wurden extrahierte Zähne mit einer Universalprüfmaschine gebrochen, die Bruchfläche vermessen, das Bruchfragment adhäsiv wiederbefestigt und erneut gebrochen und vermessen. Die Frakturfestigkeit aus zweitem und ersten Bruch wurden in ein prozentuales Verhältnis gestellt. Es wurden vier verschiedene Adhäsivsysteme (OptiBond® FL, Syntac®, Adhese ®, Adper ®Prompt®L-Pop®) verwendet. Ein Adhäsivsystem wurde zusätzlich noch in Verbindung mit einem fließfähigen Komposit eingesetzt (OptiBondFL® + Tetric Flow®). Die statistische Auswertung der Bruchversuche ergab deutliche Unterschiede zwischen den verwendeten Adhäsivsystemen. Verglichen mit der Bruchfestigkeit gesunder Zähne erreichten mit OptiBond® FL geklebte Zähne bei einem Medianwert von 41% die höchste Bruchfestigkeit. Zwischen den Systemen Adhese® (23%) und Syntac® (19%) konnte kein signifikanter Unterschied gefunden werden. Adper®Prompt®L-Pop®, erreichte mit einem Medianwert von 8% den geringsten Wert. Die zusätzliche Verwendung von fließfähigem Komposit (OptiBond® FL+ Tetric Flow®) ergab keine signifikante Verbesserung der Bruchfestigkeit gegenüber der alleinigen Verwendung von OptiBond® FL. In allen Versuchsgruppen zeigte sich, dass die Größe der Bruchfläche keinen Einfluss auf die Frakturfestigkeit hat.