ZTA陶瓷表面织构制备及其摩擦学增强效应研究

发布时间：2021-12-09 03:04

　　当今社会人口老龄化问题严重,车祸等意外事故频发,导致越来越多的人饱受关节性病痛的折磨。由于普通药物难以完全治愈,人工关节置换成为治疗关节性疾病最有效的途径。陶瓷材料例如ZrO₂和Al₂O₃由于其强度高、化学稳定性和耐腐蚀性能优异被作为一种广泛使用的人工关节材料,但陶瓷材料是一种脆性材料且导致其摩擦学性能受到一定的影响。本论文通过在陶瓷材料表面进行表面织构构筑,来改善陶瓷材料的摩擦学性能,扩大其在人工关节领域的应用。本文利用热压烧结法制备了具有优异力学性能的25 wt.%ZrO₂（3 mol.%Y₂O₃）增韧Al₂O₃陶瓷（ZTA）,同时对ZTA陶瓷组织结构、力学性能进行了表征,还研究了其摩擦学性能。利用光纤激光器在ZTA陶瓷表面进行圆孔型织构构筑,并探索激光功率,激光调Q频率、雕刻速度及脉冲宽度对圆孔型织构尺寸以及热影响区厚度、圆度和锥度的影响。依据织构质量的分析,当激光功率为12 W,激光调Q频率为50 kHz...

【文章来源】： 哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：82 页

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 陶瓷人工关节材料的研究
    1.3 表面织构加工技术的研究
    1.4 表面织构对摩擦学性能的影响
    1.5 本文的主要研究内容
第2章 实验设计与实验方法
    2.1 引言
    2.2 实验用原材料
    2.3 ZTA陶瓷的制备方法
        2.3.1 机械球磨湿混工艺
        2.3.2 热压烧结工艺
    2.4 材料的力学性能
        2.4.1 硬度测定
        2.4.2 显微硬度测量
        2.4.3 弯曲强度测定
        2.4.4 断裂韧性测定
    2.5 材料组织结构分析方法
        2.5.1 相对密度的测定
        2.5.2 X射线衍射(XRD)分析
        2.5.3 拉曼光谱(Raman)分析
        2.5.4 扫描电子显微镜SEM
        2.5.5 探针式膜厚测量仪
    2.6 材料摩擦学性能测试
        2.6.1 材料摩擦系数的测试
        2.6.2 磨损率
    2.7 模拟关节滑液的配制
第3章 ZTA陶瓷材料表面织构的制备
    3.1 引言
    3.2 ZTA陶瓷材料的组织结构及其力学性能表征
    3.3 激光加工设备及激光打孔原理
    3.4 ZTA陶瓷材料表面织构制备的工艺参数优化
        3.4.1 圆孔填充图案设计
        3.4.2 激光功率对织构质量的影响
        3.4.3 雕刻速度对织构质量的影响
        3.4.4 激光调Q频率对织构质量的影响
        3.4.5 脉冲宽度对织构质量的影响
        3.4.6 优化后的织构形貌
    3.5 本章小结
第4章 表面织构化的ZTA陶瓷的摩擦学性能研究
    4.1 引言
    4.2 干摩擦条件下表面织构对ZTA陶瓷摩擦学性能的影响
    4.3 干摩擦条件下表面织构对磨损表面的影响
    4.4 干摩擦条件下表面织构对ZTA陶瓷摩擦学性能的影响机制
    4.5 润滑条件下表面织构对ZTA陶瓷摩擦学性能的影响
    4.6 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]工程陶瓷材料激光加工原理及应用研究进展 [J]. 张保国,田欣利,佘安英,闫涛,李富强.  现代制造工程. 2012(10)
[2]微凹坑形状对试件表面摩擦特性的影响 [J]. 于海武,袁思欢,孙造,王晓雷.  华南理工大学学报(自然科学版). 2011(01)
[3]变密度微圆坑表面织构在往复运动下的减摩作用 [J]. 朱华,历建全,陆斌斌,马晨波.  东南大学学报(自然科学版). 2010(04)
[4]人工关节材料的仿生性能及临床应用 [J]. 孟昭琴.  中国组织工程研究与临床康复. 2010(22)
[5]陶瓷材料在人工关节置换术中的应用现状 [J]. 祝云利,吴海山.  国际骨科学杂志. 2009(02)
[6]人工关节材料的研究与展望 [J]. 张亚平,高家诚,王勇.  世界科技研究与发展. 2000(01)
[7]陶瓷人工关节材料的磨损特性 [J]. 李世普,姚安佑,余明清.  中国生物医学工程学报. 1991(01)



本文编号：3529787