本文關鍵詞：納米顆粒增強骨支架力學性能研究

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【摘要】：摘要：選擇性激光燒結技術在骨組織工程支架制造領域具有很好的發(fā)展前景�？山到飧叻肿泳酆衔锖蜕锾沾杀徽J為是很有前途的骨替代材料。然而利用這些材料制備的骨支架都存在著機械性能不足的缺點,限制了其臨床承載應用。本論文通過選擇性激光工藝制備了聚合物支架和陶瓷支架,并利用納米增強相(如nano-HAP, nano-ZrO2, nano-SiO2和CNTs)改善了支架的性能。重點研究了納米增強相的含量對支架機械性能的影響規(guī)律與作用機理。本文的主要研究工作與創(chuàng)新性成果如下： 1.針對所設計的選擇性激光燒結系統(tǒng),提出了結構的優(yōu)化方案。通過Solidworks建立了幾何模型并利用Ansys進行了結構分析,改進后結構的彎曲變形從0.935mm減小到了0.25mm。 2.利用選擇性激光燒結制備了添加不同含量nano-HAP的聚合物多孔支架。當nano-HAP含量為20wt%時,獲得了最優(yōu)的壓縮強度和壓縮模量分別為3.28MPa和32.81MPa。證實了通過引入納米增強相對骨支架機械性能的增強作用。 3.利用nano-ZrO2作為增強相的多孔陶瓷支架通過選擇性激光燒結制備了。燒結后ZrO2出現(xiàn)了從單斜晶到四方晶的相轉(zhuǎn)變,提高了nano-ZrO2的增強能力。支架的壓縮強度以及斷裂韌性分別從17.9MPa增加到了44.1MPa和1.14MPa·m1/2增加到1.66MPa·m1/2。 4.利用nano-SiO2和CNTs實現(xiàn)了陶瓷支架的進一步增強。隨著nano-SiO2含量的增加(0-5wt%),支架的平均晶粒尺寸不斷減小,機械性能不斷提高。最優(yōu)的壓縮強度以及斷裂韌性相比于未增強的支架分別提高了197%和103%,比只添加nano-SiO2的支架分別進一步提升了54%和23%。表明了兩種納米增強相對骨支架的機械性能有著更好地改善效果。
【關鍵詞】：選擇性激光燒結 多孔支架 納米增強相 機械性能
【學位授予單位】：中南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：R318.08
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-21
• 1.1 選擇型激光燒結技術10-13
• 1.1.1 選擇性激光燒結原理10-11
• 1.1.2 選擇性激光燒結的優(yōu)勢11
• 1.1.3 選擇性激光燒結的發(fā)展及趨勢11-13
• 1.2 人工骨支架材料13-16
• 1.2.1 可降解高分子材料14-15
• 1.2.2 生物陶瓷材料15-16
• 1.3 選擇性激光燒結人工骨支架16-19
• 1.3.1 選擇性激光燒結人工骨支架的過程16-17
• 1.3.2 選擇性激光燒結人工骨支架的機理17-18
• 1.3.3 選擇性激光燒結人工骨支架的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.4 本課題研究內(nèi)容與意義19-21
• 2 選擇性激光燒結機的結構分析與改進設計21-27
• 2.1 有限元結構分析理論22-23
• 2.1.1 結構靜力學分析22
• 2.1.2 結構模態(tài)分析22-23
• 2.2 選擇性激光燒結機的結構分析與改進設計23-26
• 2.2.1 激光燒結機有限元模型的建立23-24
• 2.2.2 邊界條件與加載24
• 2.2.3 靜態(tài)結果分析24-26
• 2.2.4 結構模態(tài)分析26
• 2.3 本章小結26-27
• 3 納米羥基磷灰石增強多孔聚合物骨支架的性能研究27-40
• 3.1 選擇性激光燒結制備多孔骨支架28-30
• 3.1.1 材料與方法28-29
• 3.1.2 測試手段29-30
• 3.2 工藝參數(shù)對多孔骨支架微觀結構和性能的影響30-34
• 3.2.1 激光能量密度對骨支架微觀結構的影響30-33
• 3.2.2 激光能量密度對骨支架機械強度的影響33-34
• 3.3 Nano-HAP含量對骨支架微觀結構和性能的影響34-37
• 3.3.1 Nano-HAP含量對骨支架機械性能的影響34-35
• 3.3.2 Nano-HAP含量對骨支架微觀結構的影響35-37
• 3.4 多孔支架的設計和制備37-39
• 3.5 本章小結39-40
• 4 納米氧化鋯增強多孔陶瓷骨支架的性能研究40-52
• 4.1 Nano-ZrO_2增強的多孔陶瓷骨支架的制備40-44
• 4.1.1 Nano-ZrO_2增強的多孔陶瓷骨支架的實驗方法41-43
• 4.1.2 Nano-ZrO_2增強的多孔骨支架的測試手段43-44
• 4.2 Nano-ZrO_2含量對骨支架微觀結構的影響44-47
• 4.2.1 Nano-ZrO_2含量對骨支架表面形貌的影響44-46
• 4.2.2 Nano-ZrO_2含量對骨支架物相組成的影響46-47
• 4.3 Nano-ZrO_2含量對骨支架性能的影響47-51
• 4.3.1 Nano-ZrO_2含量對骨支架機械性能的影響47-48
• 4.3.2 Nano-ZrO_2含量對骨支架生物學性能的影響48-51
• 4.4 本章小結51-52
• 5 納米氧化硅和碳納米管增強陶瓷骨支架的性能研究52-60
• 5.1 實驗材料及方法52-53
• 5.2 Nano-SiO_2和CNTs對支架微觀結構的影響53-57
• 5.2.1 Nano-SiO_2和CNTs對支架物相組成的影響53-55
• 5.2.2 Nano-SiO_2和CNTs對支架表面形貌的影響55-57
• 5.3 Nano-SiO_2和CNTs對支架性能的影響57-59
• 5.3.1 Nano-SiO_2和CNTs對支架機械性能的影響57-58
• 5.3.2 Nano-SiO_2和CNTs對支架機械性能增強機理分析58-59
• 5.4 本章小結59-60
• 6 總結與展望60-62
• 6.1 全文總結60-61
• 6.2 研究展望61-62
• 參考文獻62-70
• 攻讀學位期間主要的研究成果目錄70-71
• 致謝71

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 李寧 ,王高潮;SLS燒結參數(shù)對快速成型制件精度與強度的影響[J];模具制造;2004年10期

2 江帆;胡小方;許峰;趙建華;蔣銳;盧斌;黃萬霞;袁清習;;陶瓷粉末燒結演化的同步輻射CT觀測[J];實驗力學;2007年05期

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本文編號：902416