Numerical simulation of spark plasma sintering process and fabrication of titanium-based biocompatible functionally graded materials

放电等离子烧结过程数值模拟及钛基生物相容性功能梯度材料的制备

• 批准号: 23360053
• 负责人: TOHGO KEIICHIRO
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Shizuoka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011-04-01 至 2014-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-23360053/
• 关键词: 構造・機能材料; 生体適合傾斜機能材料; 複合材料・物性; シミュレーション工学; 放電プラズマ焼結; 機械材料・材料力学

Implant treatment has been widely applied to restore bones and teeth damaged by aging and injury, and it is important issues to develop implant materials with high biocompatibility and mechanical properties. In this research, to develop biocompatible functionally graded materials (FGM) consisting of partially stabilized zirconia (PSZ) and pure titanium (Ti) by spark plasma sintering (SPS), (1) fabrication and evaluation of PSZ-Ti composites, (2) multi-physics simulation of sintering process and mechanical modeling of three-phase composites, and (3) fabrication and evaluation of FGM were carried out. It is found that the fracture toughness does not increase even with increasing Ti volume fraction due to formation of Ti oxide, and that SPS has a high potential to develop superior FGMs.

植入物治疗已被广泛应用于恢复衰老和损伤受损的骨骼和牙齿，开发具有高生物相容性和机械性能的植入物材料是重要的问题。在这项研究中，通过Spark等离子体烧结（SPS）（SPS），（1）PSZ-TI复合材料的制造和评估，开发由部分稳定的氧化锆（PSZ）和纯钛（TI）组成的生物相容性级别的材料（FGM），（2）三相复合材料的烧结过程和机械建模的多物理模拟，以及（3）FGM的制造和评估。发现即使由于Ti氧化物的形成而增加Ti体积分数，裂缝韧性也不会增加，并且SPS具有很高的发展FGM的潜力。

项目成果

Investigation of oxygen diffusion behavior in PSZ-Ti composites during spark plasma sintering by multi-physics simulation

通过多物理场模拟研究放电等离子烧结过程中 PSZ-Ti 复合材料中的氧扩散行为

• 发表时间: 2013
• 作者: Y.Fukui;T.Fujii;K.Tohgo;Y.Shimamura
• 通讯作者: Y.Shimamura

放電プラズマ焼結によるPSZ-Ti複合材料の作製と強度評価

放电等离子烧结PSZ-Ti复合材料的制备及强度评价

• 作者: 残間諒;坂真澄;藤井朋之
• 通讯作者: 藤井朋之

PSZ-Ti複合材料における酸素拡散を考慮した放電プラズマ焼結過程のマルチフィジックス解析

PSZ-Ti复合材料中考虑氧扩散的放电等离子烧结过程的多物理场分析

• 作者: R.Zanma;M.Saka;福井大和
• 通讯作者: 福井大和

マルチフィジックスシミュレーションによるPSZ-Ti複合材料の放電プラズマ焼結過程の検討

PSZ-Ti复合材料放电等离子烧结过程的多物理场模拟研究

• 发表时间: 2012
• 作者: 小野寺直幸;青木尊之;小林宏充;K.Aoki;三俣哲;藤井朋之
• 通讯作者: 藤井朋之

放電プラズマ焼結によるPSZ-Ti複合材料の創製のためのTi酸化挙動の評価

放电等离子烧结制备 PSZ-Ti 复合材料的 Ti 氧化行为评价

• 发表时间: 2012
• 作者: Shoji Kamiya;Toshifumi Kita;Hayato Izumi;原田将孝
• 通讯作者: 原田将孝