金屬材料憑借著優(yōu)異的力學(xué)和加工性能,被廣泛應(yīng)用于人工關(guān)節(jié)假體中。但在人體復(fù)雜的服役環(huán)境下,關(guān)節(jié)界面常常發(fā)生磨損。金屬材料磨損后產(chǎn)生大量的金屬離子和磨損顆粒,誘發(fā)不良生物反應(yīng),進(jìn)而導(dǎo)致假體周圍骨溶解并造成無(wú)菌松動(dòng)。表面薄膜涂層改性能夠改善金屬關(guān)節(jié)表面的耐磨、耐腐蝕性能,并有效阻止金屬離子的釋放,然而表面薄膜涂層的結(jié)合強(qiáng)度和中長(zhǎng)期耐磨性能較差仍然是限制其臨床應(yīng)用的瓶頸。本論文針對(duì)人工關(guān)節(jié)金屬材料表面非晶碳基納米多層薄膜改性的耐磨性問(wèn)題,采用有限元分析方法研究了薄膜/基體系統(tǒng)在不同參數(shù)條件下的應(yīng)力分布規(guī)律,預(yù)測(cè)了系統(tǒng)屈服的起始位置;同時(shí)采用光學(xué)3D輪廓儀、Raman光譜儀、納米壓痕儀、涂層結(jié)合強(qiáng)度劃痕儀和多向運(yùn)動(dòng)植入物材料磨損機(jī)等儀器和手段,研究非晶碳基納米多層薄膜沉積基體的物理化學(xué)性能對(duì)薄膜表面性能、原子鍵合結(jié)構(gòu)、力學(xué)和耐磨性能等的影響規(guī)律。本論文研究成果不僅可為薄膜參數(shù)化的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo),而且可為人工關(guān)節(jié)金屬材料薄膜表面改性的優(yōu)化和摩擦學(xué)改善提供技術(shù)支撐。論文的研究工作主要包括:（1）基于有限元的薄膜/基體系統(tǒng)應(yīng)力分布及屈服失效位置預(yù)測(cè)研究:在軟膜系統(tǒng)中且摩擦系數(shù)較小時(shí),基體和薄膜... 

【文章來(lái)源】：西南交通大學(xué)四川省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：79 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

人工關(guān)節(jié)：(a)人工髖關(guān)節(jié)；

?骨關(guān)節(jié)炎、骨損傷等疾病已成為危害人體關(guān)節(jié)健康的主要病因，而人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)被認(rèn)為是治療這類關(guān)節(jié)疾病的最有效方法和手段。關(guān)節(jié)置換手術(shù)能夠有效地修復(fù)或替換病發(fā)的天然關(guān)節(jié)，從而改善關(guān)節(jié)畸形、緩解關(guān)節(jié)疼痛、重建關(guān)節(jié)功能和穩(wěn)定關(guān)節(jié)，最終提高患者的生活質(zhì)量[1,2]。人工關(guān)節(jié)的應(yīng)用與發(fā)展起源于人工髖關(guān)節(jié)，而目前關(guān)節(jié)置換領(lǐng)域中開(kāi)展的最廣泛和最成熟的為人工髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)。此外，由于設(shè)計(jì)技術(shù)的提高和市場(chǎng)需求的拓展，人工肘關(guān)節(jié)、人工肩關(guān)節(jié)、人工踝關(guān)節(jié)、人工脊柱關(guān)節(jié)和人工指間關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用也得到快速發(fā)展，圖1-1為常用的人工關(guān)節(jié)假體。圖1-1人工關(guān)節(jié)：(a)人工髖關(guān)節(jié)；(b)人工膝關(guān)節(jié)；(c)人工肩關(guān)節(jié)[3]1891年，Gluck利用象牙關(guān)節(jié)球頭和臼杯組成人工髖關(guān)節(jié)，并執(zhí)行了首例關(guān)節(jié)置換手術(shù)，自此關(guān)節(jié)置換手術(shù)開(kāi)始走進(jìn)人類生活[4]。經(jīng)過(guò)上百年的發(fā)展，人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)的切實(shí)療效被越來(lái)越多的患者所認(rèn)可。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，人工關(guān)節(jié)置換發(fā)展較早且取得了較為成熟的技術(shù)，其每年能達(dá)到上百萬(wàn)例。國(guó)內(nèi)的人工關(guān)節(jié)發(fā)展和應(yīng)用大約開(kāi)始于上世紀(jì)50年代，并于最近20年內(nèi)取得高速的發(fā)展。目前，我國(guó)年均人工關(guān)節(jié)置換總量約為50萬(wàn)例（2016年），生活水平和診治效率的提高使得人工關(guān)節(jié)置換量正在以每年30%的速率增長(zhǎng)[5]，但是由于價(jià)格昂貴、性能受限等原因，遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到我國(guó)200萬(wàn)的需求量。我國(guó)人工關(guān)節(jié)市場(chǎng)價(jià)值可達(dá)800億以上，但幾乎被進(jìn)口產(chǎn)品所壟斷，國(guó)產(chǎn)關(guān)節(jié)產(chǎn)品雖然銷售量可占到50%，但銷售額只占到約35%，且集中在中低端產(chǎn)品[6]。目前人工關(guān)節(jié)的平均服役壽命僅有15-20年，遠(yuǎn)低于30-50年的預(yù)期臨床壽命，關(guān)節(jié)置換后因磨損、磨屑等問(wèn)題導(dǎo)致術(shù)后翻修率高達(dá)20%[7]。因此，如何提高人工關(guān)節(jié)的服役性能與壽命，成為改善全民醫(yī)療健康、提升自主產(chǎn)品?

西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第5頁(yè)1.3非晶碳基薄膜改性的人工關(guān)節(jié)耐磨性能研究1.3.1非晶碳基薄膜簡(jiǎn)介非晶碳基（AmorphousCarbon，a-C）薄膜是碳的一種非晶結(jié)構(gòu)，主要是由碳原子雜化形式的sp3和sp2雜化鍵構(gòu)成，其不同雜化形式如圖1-2所示。Sp3雜化碳原子鑲嵌在sp2雜化碳原子當(dāng)中，sp2雜化碳原子的第四個(gè)共價(jià)電子進(jìn)入該二維平面結(jié)構(gòu)中的π軌道上，與較弱的π鍵結(jié)合。因此非晶碳基薄膜的性質(zhì)介于金剛石和石墨之間，并且是一種處于亞穩(wěn)態(tài)的碳基產(chǎn)物。根據(jù)薄膜中sp3和sp2相對(duì)含量的不同，其組織結(jié)構(gòu)和物理性能具有較大的差異。Sp3相對(duì)含量越大，非晶碳基薄膜性能越傾向于金剛石，而sp2相對(duì)含量越大，性能越傾向于石墨[33-35]。Sp3Sp2Sp1圖1-2碳原子三種雜化形式[36]非晶碳基薄膜根據(jù)氫元素的有無(wú)，可分為無(wú)氫非晶碳基薄膜（a-C）和含氫非晶碳基薄膜（a-C:H）兩類。對(duì)于這兩種薄膜，sp3含量高于80%的無(wú)氫非晶碳基薄膜被稱為四面體非晶碳基薄膜（ta-C），sp3含量高于70%的含氫非晶碳基薄膜被稱為氫化四面體非晶碳基薄膜（ta-C:H）。氫含量及sp3/sp2的比例是決定薄膜本身性能的最主要兩個(gè)因素。圖1-3為非晶碳基薄膜的sp2、sp3和H的三元相圖[37]。圖1-3非晶碳基薄膜三元相圖[37]1971年，Aisenberg和Chabot首次在室溫下利用離子束沉積的方法沉積得到非晶

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3351679