陶瓷股骨頭應力分布的有限元分析及制備工藝研究.pdf

1、蘇吵卜l大學學位論文獨創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明=所提交的學位論文是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果除文中已經注明引用的內容外，本論文不含其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不含為獲得蘇州大學或其它教育機構的學位證書而使用過的材料。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人承擔本聲明的法律責任論文作者簽名：塞壟日期：翌壘叢!絲陶瓷股骨頭應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、、運動創(chuàng)傷和老齡化等因素導致的關節(jié)病變和損傷嚴重影響了人們的生活質量，需要借助人工關節(jié)置換來恢復功能。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力分布情況，通過改變股骨頭假體模型的各種設計參數，分析了股骨頭的最大等效應力及分布特征。氧化鋯陶瓷股骨頭應力分布云圖顯示，氧化鋯陶瓷股骨頭應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力呈現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力值逐漸減小。以上有限元模型的分析結果，不僅為陶瓷股骨頭的結構設計、組織優(yōu)化和材料選擇提供了十分有價值的實驗依據，同時，也為陶瓷股骨頭的臨床應用提出了有用的參考。隨著先進材料制造工藝的不斷發(fā)展，陶瓷注射成型技術作為一種新型的近凈成型技術，已受到廣大材料專

4、家的普遍關注并在精密陶瓷生產行業(yè)得到逐漸應用。陶瓷注射成型技術包括喂料制備，注射成型，脫脂和燒結四個主要步驟，然而，脫脂和燒結階段是該技術實施過程中控制最難和耗時最長的關鍵環(huán)節(jié)。本文第二部分基于Zr02陶瓷粉末注射成型技術的應用，探討了該技術在氧化鋯陶瓷股骨頭生產過程中的關鍵環(huán)節(jié)，特別深入研究了低溫熱脫脂過程及機理。以蠟基ZI02陶瓷粉末注射喂料的熱分析規(guī)律為依據，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，結合“失重率控制“和“定點等溫控制”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)熱脫脂工藝進行了改進和優(yōu)化。在不延長總脫脂時間的前提下，顯著提高了蠟基Zr02陶瓷注射