發(fā)布時(shí)間：2017-09-22 18:34

  本文關(guān)鍵詞：納米顆粒增強(qiáng)骨支架力學(xué)性能研究

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【摘要】：摘要：選擇性激光燒結(jié)技術(shù)在骨組織工程支架制造領(lǐng)域具有很好的發(fā)展前景。可降解高分子聚合物和生物陶瓷被認(rèn)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(jī)械性能不足的缺點(diǎn),限制了其臨床承載應(yīng)用。本論文通過(guò)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(qiáng)相(如nano-HAP, nano-ZrO2, nano-SiO2和CNTs)改善了支架的性能。重點(diǎn)研究了納米增強(qiáng)相的含量對(duì)支架機(jī)械性能的影響規(guī)律與作用機(jī)理。本文的主要研究工作與創(chuàng)新性成果如下： 1.針對(duì)所設(shè)計(jì)的選擇性激光燒結(jié)系統(tǒng),提出了結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案。通過(guò)Solidworks建立了幾何模型并利用Ansys進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析,改進(jìn)后結(jié)構(gòu)的彎曲變形從0.935mm減小到了0.25mm。 2.利用選擇性激光燒結(jié)制備了添加不同含量nano-HAP的聚合物多孔支架。當(dāng)nano-HAP含量為20wt%時(shí),獲得了最優(yōu)的壓縮強(qiáng)度和壓縮模量分別為3.28MPa和32.81MPa。證實(shí)了通過(guò)引入納米增強(qiáng)相對(duì)骨支架機(jī)械性能的增強(qiáng)作用。 3.利用nano-ZrO2作為增強(qiáng)相的多孔陶瓷支架通過(guò)選擇性激光燒結(jié)制備了。燒結(jié)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(qiáng)能力。支架的壓縮強(qiáng)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(shí)現(xiàn)了陶瓷支架的進(jìn)一步增強(qiáng)。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(jī)械性能不斷提高。最優(yōu)的壓縮強(qiáng)度以及斷裂韌性相比于未增強(qiáng)的支架分別提高了197%和103%,比只添加nano-SiO2的支架分別進(jìn)一步提升了54%和23%。表明了兩種納米增強(qiáng)相對(duì)骨支架的機(jī)械性能有著更好地改善效果。
【關(guān)鍵詞】：選擇性激光燒結(jié) 多孔支架 納米增強(qiáng)相 機(jī)械性能
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：R318.08
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-21
• 1.1 選擇型激光燒結(jié)技術(shù)10-13
• 1.1.1 選擇性激光燒結(jié)原理10-11
• 1.1.2 選擇性激光燒結(jié)的優(yōu)勢(shì)11
• 1.1.3 選擇性激光燒結(jié)的發(fā)展及趨勢(shì)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(jié)人工骨支架16-19
• 1.3.1 選擇性激光燒結(jié)人工骨支架的過(guò)程16-17
• 1.3.2 選擇性激光燒結(jié)人工骨支架的機(jī)理17-18
• 1.3.3 選擇性激光燒結(jié)人工骨支架的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.4 本課題研究?jī)?nèi)容與意義19-21
• 2 選擇性激光燒結(jié)機(jī)的結(jié)構(gòu)分析與改進(jìn)設(shè)計(jì)21-27
• 2.1 有限元結(jié)構(gòu)分析理論22-23
• 2.1.1 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析22
• 2.1.2 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析22-23
• 2.2 選擇性激光燒結(jié)機(jī)的結(jié)構(gòu)分析與改進(jìn)設(shè)計(jì)23-26
• 2.2.1 激光燒結(jié)機(jī)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(jié)果分析24-26
• 2.2.4 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 3 納米羥基磷灰石增強(qiáng)多孔聚合物骨支架的性能研究27-40
• 3.1 選擇性激光燒結(jié)制備多孔骨支架28-30
• 3.1.1 材料與方法28-29
• 3.1.2 測(cè)試手段29-30
• 3.2 工藝參數(shù)對(duì)多孔骨支架微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響30-34
• 3.2.1 激光能量密度對(duì)骨支架微觀結(jié)構(gòu)的影響30-33
• 3.2.2 激光能量密度對(duì)骨支架機(jī)械強(qiáng)度的影響33-34
• 3.3 Nano-HAP含量對(duì)骨支架微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響34-37
• 3.3.1 Nano-HAP含量對(duì)骨支架機(jī)械性能的影響34-35
• 3.3.2 Nano-HAP含量對(duì)骨支架微觀結(jié)構(gòu)的影響35-37
• 3.4 多孔支架的設(shè)計(jì)和制備37-39
• 3.5 本章小結(jié)39-40
• 4 納米氧化鋯增強(qiáng)多孔陶瓷骨支架的性能研究40-52
• 4.1 Nano-ZrO_2增強(qiáng)的多孔陶瓷骨支架的制備40-44
• 4.1.1 Nano-ZrO_2增強(qiáng)的多孔陶瓷骨支架的實(shí)驗(yàn)方法41-43
• 4.1.2 Nano-ZrO_2增強(qiáng)的多孔骨支架的測(cè)試手段43-44
• 4.2 Nano-ZrO_2含量對(duì)骨支架微觀結(jié)構(gòu)的影響44-47
• 4.2.1 Nano-ZrO_2含量對(duì)骨支架表面形貌的影響44-46
• 4.2.2 Nano-ZrO_2含量對(duì)骨支架物相組成的影響46-47
• 4.3 Nano-ZrO_2含量對(duì)骨支架性能的影響47-51
• 4.3.1 Nano-ZrO_2含量對(duì)骨支架機(jī)械性能的影響47-48
• 4.3.2 Nano-ZrO_2含量對(duì)骨支架生物學(xué)性能的影響48-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 5 納米氧化硅和碳納米管增強(qiáng)陶瓷骨支架的性能研究52-60
• 5.1 實(shí)驗(yàn)材料及方法52-53
• 5.2 Nano-SiO_2和CNTs對(duì)支架微觀結(jié)構(gòu)的影響53-57
• 5.2.1 Nano-SiO_2和CNTs對(duì)支架物相組成的影響53-55
• 5.2.2 Nano-SiO_2和CNTs對(duì)支架表面形貌的影響55-57
• 5.3 Nano-SiO_2和CNTs對(duì)支架性能的影響57-59
• 5.3.1 Nano-SiO_2和CNTs對(duì)支架機(jī)械性能的影響57-58
• 5.3.2 Nano-SiO_2和CNTs對(duì)支架機(jī)械性能增強(qiáng)機(jī)理分析58-59
• 5.4 本章小結(jié)59-60
• 6 總結(jié)與展望60-62
• 6.1 全文總結(jié)60-61
• 6.2 研究展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-70
• 攻讀學(xué)位期間主要的研究成果目錄70-71
• 致謝71

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 李寧 ,王高潮;SLS燒結(jié)參數(shù)對(duì)快速成型制件精度與強(qiáng)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(wàn)霞;袁清習(xí);;陶瓷粉末燒結(jié)演化的同步輻射CT觀測(cè)[J];實(shí)驗(yàn)力學(xué);2007年05期

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本文編號(hào)：902416