氢氧基磷灰石披覆材添加生物活性玻璃对Ti-6Al-4V之Nd

氫氧基磷灰石披覆材添加生物活性玻璃對Ti-6Al-4V之Nd:YAG雷射披覆影響研究作者：簡基勝1郭聰源2李建興2謝鈞壬21奇美醫院2南台科技大學報告日期：2009.10.2312009銲接年會2009銲接年會大綱一﹒前言二﹒實驗方法三﹒結果與討論銲道分析微結構觀察和成分分析硬度分析四﹒結論22009銲接年會一﹒前言（1/4）人工關節以金屬為主，金屬雖具有良好機械性質但本身不具生物活性。故在表面披覆具生物活性之材料可改善。目前披覆材以氫氧基磷灰石(HA)最常被選用。32009銲接年會一﹒前言（2/4）常見的披覆方式：1﹒電漿披覆(Plasmaspraying)2﹒脈衝雷射蒸鍍(PLD)3﹒溶膠凝膠法(Sol-gel)上述的披覆方式基材與披覆材為接合力較弱之機械鍵結。雷射加工技術的發展，將雷射應用在披覆製程上，研究發現雷射披覆可得到結合力較佳的冶金鍵結。42009銲接年會一﹒前言（3/4）雷射披覆製程中，高溫易使HA中的磷(P)揮發，披覆層鈣磷比(Ca/P)偏離最佳值1.67，造成生物活性降低。改善方法有：1.改變雷射製程參數。2.添加其他具有生物活性之材料。例如：生醫玻璃(Bioactiveglass)、TiO2等。5材料與微接合實驗室2009銲接年會一﹒前言（4/4）生醫玻璃(BG)具有以下特點：1.具有高生物活性。2.植入體內後不會對人體產生有害反應。3.在人體中可和體液進行離子交換，生成含碳酸根的HA披覆在表面。本實驗選用HA披覆材添加生醫玻璃於Ti-6Al-4V上，以Nd:YAG雷射做為加熱源並搭配不同走速與離焦距離進行研究。6材料與微接合實驗室2009銲接年會二﹒實驗方法(1/2)基材：Ti-6Al-4V(厚度3mm)。披覆材：1.90%HA+10%BG2.HA結合劑：水玻璃(WG)BG粉末製作：1.採用溶膠凝膠法。2.正矽酸鹽(TEOS)為SiO2的前驅物。3.磷酸三乙酯(TEP)、Ca(NO3)2‧4H2O作為P2O5和CaO的前趨物。7材料與微接合實驗室2009銲接年會二﹒實驗方法(2/2)雷射披覆配置圖材料與微接合實驗室8雷射披覆示意圖2009銲接年會三﹒結果與討論(1/6)銲道形貌91.固定離焦：走速↑，貫穿深度↓。2.固定走速：離焦距離↑，貫穿深度↓。3.90%HA+10%BG下有披覆失敗之情形。而HA則無。4.HA(1500℃)之熔點較BG(1700℃)低。將BG熔融，需要更高的入熱量。銲道截面形貌材料與微接合實驗室2009銲接年會三﹒結果與討論(2/6)銲道形貌105.氣孔生成原因：銲道凝固時，氣化之結合劑來不及散出。材料與微接合實驗室2009銲接年會11三﹒結果與討論(3/6)微結構觀察(元素分析)純HA材料與微接合實驗室2009銲接年會三﹒結果與討論(4/6)微結構觀察(元素分析)1290%HA+10%BG材料與微接合實驗室2009銲接年會三﹒結果與討論(5/6)微結構觀察(元素分析)13HACaTiO3α-TCPCa2P2O7Ca4P2O9Defocus20mmDefocus18mmDefocus15mmHACaTiO3α-TCPCa2P2O7Ca4P2O9Defocus20mmDefocus18mmDefocus15mmHACaTiO3Ca4P2O9α-TCPCa2SiO4Ca5(PO4)2SiO4Defocus20mmDefocus18mmDefocus15mmHACaTiO3Ca4P2O9α-TCPCa2SiO4Ca5(PO4)2SiO4Defocus20mmDefocus18mmDefocus15mm純HA9HA+1BG材料與微接合實驗室HACaTiO3HAα-TCPCa4P2O9Ca2P2O7HA+BGCaTiO3HAα-TCPCa4P2O9Ca2SiO4Ca5(PO4)2SiO42009銲接年會HA、α-TCP、Ca4P2O9及Ca2P2O7皆具有生物活性，其他化合物則為生物惰性。14三﹒結果與討論(6/6)硬度分析9HA+1BG純HA1.硬度趨勢皆為：過渡層披覆層基材。2.披覆層硬度：9HA+1BG純HA材料與微接合實驗室2009銲接年會五﹒結論(1/2)銲道形貌：1.固定離焦：走速↑，貫穿深度↓。2.固定走速：離焦距離↑，貫穿深度↓。3.90%HA+10%BG下有披覆失敗之情形。而HA則無。4.HA(1500℃)之熔點較BG(1700℃)低。將BG熔融，需要更高的入熱量。微結構觀察和成分分析：1.HA、α-TCP、Ca4P2O9及Ca2P2O7皆具有生物活性，其他化合物則為生物惰性。15材料與微接合實驗室2009銲接年會五﹒結論(2/2)硬度分析：1.硬度趨勢皆為：過渡層披覆層基材。2.披覆層硬度：9HA+1BG純HA16材料與微接合實驗室2009銲接年會謝謝您的聆聽17材料與微接合實驗室2009銲接年會