氢氧基磷灰石披覆材添加生物活性玻璃对Ti-6Al-4V之Nd

1、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 銲接年會銲接年會2009銲接年會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銲接年會銲接年會一前言（2/4）常見的披覆方式： 1電漿披覆(Plasma spraying)

2、 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 (Bioactive glass)、TiO2 等。5材料與微接合實驗室材料與微接合實驗室2009銲接年會銲接年會一前言（4/4）生醫玻璃(BG)具有以下特點：1. 具

3、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材料與微接合實驗室2009銲接年會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

4、材料與微接合實驗室材料與微接合實驗室2009銲接年會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材料與微接合實驗室8雷射披覆示意圖2009銲接年會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材料與微接合實驗室2009銲接年會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材料與

5、微接合實驗室2009銲接年會銲接年會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材料與微接合實驗室2009銲接年會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材料與微接合實驗室2009銲接年會銲接年會三結果與討論(5/6)微結構觀察(元素分析)13純HA9HA+1BG材料與微接合實驗室材料與微接合實驗室HACaTiO3HA-TCPCa4P2O9Ca2P2O7HA+BGCaTiO3HA-TCPCa4P2O9Ca2SiO4Ca5(PO4)2SiO42009銲接年會銲接年會HA、-TCP 、 Ca4P2O9及Ca2P2O

6、7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材料與微接合實驗室2009銲接年會銲接年會五結論(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、-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材料與微接合實驗室2009銲接年會銲接年會五結論(2/2)硬度分析：1. 硬度趨勢皆為：過