陶瓷股骨頭應(yīng)力分布的有限元分析及制備工藝研究.pdf

1、蘇吵卜l大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明=所提交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不含為獲得蘇州大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位證書而使用過的材料。對本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人承擔(dān)本聲明的法律責(zé)任論文作者簽名：塞壟日期：翌壘叢!絲陶瓷股骨頭應(yīng)力分布的有限元分析及制備工藝研究中文摘要中文摘要由于疾病

2、、運(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷和老齡化等因素導(dǎo)致的關(guān)節(jié)病變和損傷嚴(yán)重影響了人們的生活質(zhì)量，需要借助人工關(guān)節(jié)置換來恢復(fù)功能。本文第一部分通過建立人工股骨頭一頸的有限元模型，應(yīng)用三維非線性有限元分析方法模擬了氧化鋯陶瓷股骨頭一鈦合金股骨柄的應(yīng)力分布情況，通過改變股骨頭假體模型的各種設(shè)計(jì)參數(shù)，分析了股骨頭的最大等效應(yīng)力及分布特征。氧化鋯陶瓷股骨頭應(yīng)力分布云圖顯示，氧化鋯陶瓷股骨頭應(yīng)力分布與其臨床斷裂面形貌特征完全符合。研究表明，隨著靜載荷增大，陶瓷股骨頭的最大等

3、效應(yīng)力也隨之增大；隨著錐孔錐度增大，陶瓷股骨頭的最大等效應(yīng)力呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢變化；隨著頸干角增大，陶瓷股骨頭的最大等效應(yīng)力隨之減??；隨著陶瓷股骨頭直徑的增大，陶瓷股骨頭的最大等效應(yīng)力值逐漸減小。以上有限元模型的分析結(jié)果，不僅為陶瓷股骨頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、組織優(yōu)化和材料選擇提供了十分有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，同時(shí)，也為陶瓷股骨頭的臨床應(yīng)用提出了有用的參考。隨著先進(jìn)材料制造工藝的不斷發(fā)展，陶瓷注射成型技術(shù)作為一種新型的近凈成型技術(shù)，已受到廣大材料專

4、家的普遍關(guān)注并在精密陶瓷生產(chǎn)行業(yè)得到逐漸應(yīng)用。陶瓷注射成型技術(shù)包括喂料制備，注射成型，脫脂和燒結(jié)四個(gè)主要步驟，然而，脫脂和燒結(jié)階段是該技術(shù)實(shí)施過程中控制最難和耗時(shí)最長的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文第二部分基于Zr02陶瓷粉末注射成型技術(shù)的應(yīng)用，探討了該技術(shù)在氧化鋯陶瓷股骨頭生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，特別深入研究了低溫?zé)崦撝^程及機(jī)理。以蠟基ZI02陶瓷粉末注射喂料的熱分析規(guī)律為依據(jù)，分析了蠟基喂料的熱脫脂過程，探討了蠟基喂料的熱脫脂機(jī)理。通過對熱脫脂前后

5、Zr02陶瓷粉末注射成型球坯的重量損失、尺寸收縮、外觀缺陷和微觀組織形貌的分析評(píng)估，著重探討了蠟基Zr02陶瓷粉末注射成型球坯熱脫脂過程中存在的主要缺陷和成因。研究表明，流蠟、鼓泡和開裂等熱脫脂缺陷主要發(fā)生在低溫脫脂階段。然后，結(jié)合“失重率控制“和“定點(diǎn)等溫控制”的熱脫脂思路，給出了優(yōu)化蠟基Zr02陶瓷粉末注射成型球坯熱脫脂工藝的基本原則。最后，對傳統(tǒng)熱脫脂工藝進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化。在不延長總脫脂時(shí)間的前提下，顯著提高了蠟基Zr02陶瓷注射