ナノ原料を用いた高速遠心成形法による超高強度高靭性アルミナ製長寿命人工関節の創製

利用纳米材料高速离心成型制造超高强度、高韧性、长寿命的氧化铝人工关节

• 批准号: 15650096
• 负责人: 田島 俊造
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15650096/
• 关键词: 人工関節; 股関節; 骨頭; 高速遠心成形; アルミナ; 金型; 中子; 高速遠心成形法; テフロン加工

本研究は,高強度高靱性アルミナを作製できる高速遠心成形法を人工股関節に適用しようとするもので,平成15年度に球形状の金型作製と成形技術の基礎実験を行い平成16年度には焼結体直径12mmの球体を作製した。この金型では成形体を離型する方法としてテフロンが有利なことを明らかにし,金型を上型・下型の上下2分割の設計で球状の成形体を取り出している。なお,金型表面の荒さをRmax数ミクロン以下に鏡面仕上することで仕上げ加工が最小限にできる表面荒さの成形体を得ている。平成17年度には高純度アルミナ超微粉(大明化学製タイミクロンTM-DAR,純度99.99%,粒径0.2μm)を超純水中に一次粒子まで完全分散し,中子を有する形状の金型を用いて成形・焼結を行った。この中子形状は人工股関節の骨頭下部に必要で大腿骨への接続用チタン製ステムの取付け部に相当する。成形体の離型において中子部の抵抗が大きく成形体の健全性に影響を与えるので樹脂製の中子なども検討したが,現状ではアルミ製金型の表面をテフロン処理する方法を使っている。その結果,焼結体寸法でφ22mmのステム連結部の孔形状を有する骨頭ボールの成形体を作製し,さらに1523K-7200secの焼結で相対密度99%の焼結体を得ることに成功した。本焼結体は,外観上の形状や寸法精度,表面荒さなどは他の成形法で不可能なレベルに到達しており,最終的な仕上げで必要とする寸法精度を確保すれば実用可能な状態に到達している。しかし,焼結体の密度や強度など特性の均一性の詳細な調査や耐摩耗性などの具体的な評価は今後の検討が必要な状況である。実用化に関するこれらの検討事項を含め,臼蓋ソケットの成形焼結法の確立による高速遠心成形法によるオールアルミナ製人工股関節の実用化には更に研究が必要である。

这项研究旨在采用高速离心成型方法，该方法可以在人造髋关节上产生高强度的高强度氧化铝。在2003年，进行了基本实验，以制造球形霉菌和成型技术，以生产球形霉菌和烧结球，2004年，2004年，生产了12毫米的烧结体直径。该模具表明，特氟龙是释放模制主体的一种有利的方法，并且通过在两个方向上设计模制的身体来提取模制主体：上和下模具。此外，通过镜面完成模具表面的粗糙度至几微米或更少，具有粗糙表面的模制体，可允许最小的饰面。在2005年，将高纯度超铁氧化铝粉（Taimekron™-DAR，纯度99.99％，粒径为0.2μm）完全分散到超纯水中的主要颗粒中，并使用具有核心形状的霉菌进行了成型和烧结。这种核心形状对于人造髋关节的股骨头的下部是必不可少的，并且对应于钛茎的附着部分，以与股骨连接。释放成型物体时芯部分的阻力极大地影响了模制体的健全性，因此我们还考虑了树脂芯，但目前，我们使用一种方法来处理Teflon的铝霉菌表面。结果，产生了股骨头球的模制体，其孔形状连接φ22mm的部分，然后通过烧结1523k-7200sec烧结，获得了相对密度为99％的烧结物体。这种烧结的身体的外观已达到其他成型方法不可能的水平，如果确保了最终饰面所需的尺寸精度，它已达到实际状态。然而，对于进一步研究特性的均匀性，例如烧结的身体的密度和强度以及诸如耐磨性等具体评估，需要进一步考虑。需要进一步的研究来使用高速离心成型实施所有氧化铝人造髋关节的实际应用，包括这些有关实际应用的考虑因素。