Ti-Zr-Cu基醫(yī)用齒科材料的性能研究與理論計(jì)算.pdf

1、目前臨床上大量采用一種新的缺牙修復(fù)方式—種植牙。種植牙包括了下部的支持種植體(implants)和上部的牙修復(fù)體(dental prosthesis)兩個(gè)部分。對(duì)于下部的支持種植體來(lái)說(shuō),屬于直接—長(zhǎng)期性接觸材料,所采用的材料有三個(gè)方面的要求:材料的彈性模量接近人體自然骨的彈性模量,材料在人體內(nèi)生理環(huán)境中的耐蝕性優(yōu)良和材料的生物相容性好。鈦與鈦合金以其優(yōu)良的機(jī)械性能,耐腐蝕性能和生物相容性成為了醫(yī)用生物材料研究中的熱點(diǎn)。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)探討了

2、Ti-Zr體系合金添加微量Nb,Sn,Mo元素后,形成的Ti-2Zr-xNb-xSn(x=0、0.1、0.2、0.3)和Ti-2Zr-xNb-xMo(x=0、0.1、0.2、0.3)體系合金的物理性能和化學(xué)性能。運(yùn)用第一性原理計(jì)算方法,對(duì)Ti–Cu–Me(Me=Al,Ga and In)體系中重要的三元金屬間化合物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)與性能變化規(guī)律的系統(tǒng)討論。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)利用XRD,金相顯微鏡,萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī),電化學(xué)工作站

3、等實(shí)驗(yàn)手段,對(duì)于Ti-2Zr-xNb-xSn(x=0、0.1、0.2、0.3)和Ti-2Zr-xNb-xMo(x=0、0.1、0.2、0.3)體系合金的相組成,抗壓強(qiáng)度,屈服強(qiáng)度,楊氏模量以及開路電位,腐蝕電位和腐蝕電流等性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。通過(guò)獲得的相組成和力學(xué)性能以及耐蝕性能的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)添加合金元素Nb和Sn的Ti-2Zr-xNb-xSn(x=0、0.1、0.2、0.3)體系擁有較優(yōu)良的力學(xué)性能和耐蝕性能。當(dāng)x=0.1時(shí),Ti

4、-2Zr-0.1Nb-0.1Sn合金的彈性模量為14.72GPa,硬度為24.17(HRC60),耐蝕性能優(yōu)良,綜合性能最佳。確定了此系列合金最優(yōu)的成分配比,得到了既接近人自然骨彈性模量又具有優(yōu)良的耐蝕性和綜合機(jī)械性能的新型植入牙種植材料。
　　(2)通過(guò)第一性原理的計(jì)算模擬,系統(tǒng)的分析了Ti–Cu–Me(Me=Al,Ga and In)體系中八個(gè)三元金屬間化合物的結(jié)構(gòu)性能,彈性性能以及電子性能。將體系中的八個(gè)化合物分為穩(wěn)定相和亞

5、穩(wěn)相兩種類型。穩(wěn)定相為室溫下仍然存在于平衡相圖中的相;亞穩(wěn)相是只出現(xiàn)于高溫平衡相圖中的相。此次計(jì)算是在以密度泛函理論(DFT)為基礎(chǔ)的廣義梯度近似(GGA)方法下進(jìn)行的,為了使得計(jì)算時(shí)使用的晶體結(jié)構(gòu)和原子占位更符合實(shí)際情況,計(jì)算的模型采用超胞建模(supercell)的方法。晶格常數(shù)的計(jì)算結(jié)果顯示,使用超胞建模的方法計(jì)算出來(lái)的結(jié)果是可以信賴的。對(duì)于彈性性能,八個(gè)化合物在0GPa下,TiCuAl,Ti2CuAl5和TiCu2In這三個(gè)化合