金屬材料憑借著優(yōu)異的力學和加工性能,被廣泛應用于人工關(guān)節(jié)假體中。但在人體復雜的服役環(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,進而導致假體周圍骨溶解并造成無菌松動。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)合強度和中長期耐磨性能較差仍然是限制其臨床應用的瓶頸。本論文針對人工關(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)條件下的應力分布規(guī)律,預測了系統(tǒng)屈服的起始位置;同時采用光學3D輪廓儀、Raman光譜儀、納米壓痕儀、涂層結(jié)合強度劃痕儀和多向運動植入物材料磨損機等儀器和手段,研究非晶碳基納米多層薄膜沉積基體的物理化學性能對薄膜表面性能、原子鍵合結(jié)構(gòu)、力學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)計提供理論指導,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)應力分布及屈服失效位置預測研究:在軟膜系統(tǒng)中且摩擦系數(shù)較小時,基體和薄膜... 

【文章來源】：西南交通大學四川省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學位級別】：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)計技術(shù)的提高和市場需求的拓展，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)計和應用也得到快速發(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)開始走進人類生活[4]。經(jīng)過上百年的發(fā)展，人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)的切實療效被越來越多的患者所認可。在歐美等發(fā)達國家，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)，其每年能達到上百萬例。國內(nèi)的人工關(guān)節(jié)發(fā)展和應用大約開始于上世紀50年代，并于最近20年內(nèi)取得高速的發(fā)展。目前，我國年均人工關(guān)節(jié)置換總量約為50萬例（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[5]，但是由于價格昂貴、性能受限等原因，遠遠未達到我國200萬的需求量。我國人工關(guān)節(jié)市場價值可達800億以上，但幾乎被進口產(chǎn)品所壟斷，國產(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，遠低于30-50年的預期臨床壽命，關(guān)節(jié)置換后因磨損、磨屑等問題導致術(shù)后翻修率高達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?

西南交通大學碩士研究生學位論文第5頁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雜化碳原子當中，sp2雜化碳原子的第四個共價電子進入該二維平面結(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相對含量越大，非晶碳基薄膜性能越傾向于金剛石，而sp2相對含量越大，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，可分為無氫非晶碳基薄膜（a-C）和含氫非晶碳基薄膜（a-C:H）兩類。對于這兩種薄膜，sp3含量高于80%的無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】：
期刊論文
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本文編號：3351679