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研究生:吳世經
研究生(外文):Wu, Shih-Ching
論文名稱:鈣磷生醫玻璃之結晶及其性質研究
論文名稱(外文):A Study on Crystallization and Properties of Calcium-Phosphate Bioglass
指導教授:洪敏雄洪敏雄引用關係
指導教授(外文):Hon, Min-Hsiung
學位類別:博士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:材料科學(工程)學系
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1996
畢業學年度:84
語文別:中文
論文頁數:128
中文關鍵詞:玻璃陶瓷晶體成長熱差分析
外文關鍵詞:glass-ceramicscrystallizationDTA
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本研究利用玻璃陶瓷的製程,對MgO-CaO-Al2O3 -SiO2-P2O5玻
璃作研究,探討其成核、結晶行為、晶 體形態、以及機械性質,並
對其生物適應性加以評估, 期能製成具有優良生物親和性的植入材料
。 將化學成份MgO 3wt﹪,CaO 35wt﹪,Al2O3
8.6wt﹪,SiO2 41.4wt﹪,P2O5 12wt﹪的玻璃熱處 理,首先會在
整個試片內生成磷灰石(apatite, Ca10(PO4)6O)的結晶相,然
後再由試片表面生成鈣長 石(anorthite,CaAl2Si2O8)相,使試片形
成明顯的 二部份:內層和表面層。在成核熱處理方面,820℃,1
小時的成核,試片擁有最多的晶核數,顯示此乃最佳的 成核條件。另
外,由SEM和TEM的微結構觀察,也對本 系統玻璃的晶體成長過程作
一探討。 在適當的熱處理條件下,試片的三點
彎曲強度可達 282.1MPa,由熱膨脹係數較小的鈣長石,在試片表面
所形成的殘留壓應力,可能是造成本研究的玻璃陶瓷擁 有高強度的原
因。 利用熱差分析研究成份
變化對玻璃成核和結晶的影 響,顯示Al/P比例降低,會使磷灰石的結
晶活化能降 低;但是鈣長石的結晶活化能則升高。Ca/P比例的增
加,也會降低磷灰石的結晶活化能;但是鈣長石的結晶 活化能則不受
影響。由晶核數目的計數,可知P2O5對本 系統而言,是一個良好的成
核劑。 由骨髓瘤細胞成長試驗、老鼠皮下植
入試驗和兔子 大腿骨植入測試顯示,本研究的材料具有優良的生物親
和性,適合作為植入材料的應用。
Experiments were carried out on a series of glass-
ceramics in the system MgO-CaO-Al2O3-SiO2-P2O5. Crystal
morphology, crystallization behavior, and mechanical strength
were characterized and biocompatibility was also evaluated as
expected the glass-ceramics to be an implant material.
The crystallization of glass with chemical composition of
MgO 3.0wt%, CaO 35wt%, Al2O3 7.8wt%, SiO2 41.4wt%, and
P2O5 12wt%, led to the precipitation of apatite (Ca10(PO4)6O)
in bulk specimen and then anorthite (CaAl2Si2O8) growing
from the specimen surface as a surface layer. Optimum heat-
treatment condition for nucleation were also studied and it was
shown that 820℃, 1hour duration would result in the maximum
numbers of nuclei. The microstructure and crystallization
condition were investigated to determine the nucleation and
crystallization processes.
Samples with bending strength of 282.1 MPa could be
prepared by suitable nucleation and growth heat-treatment. A
surface compressive stress was found on the crystallized
specimen and was thought to be responsible for the high
strength of the crystallized glass-ceramics.
The influences of composition on the nucleation and
crystallization of glass were investigated by DTA. It was shown
that the activation energy for crystallization of apatite
decreased with decreasing Al/P ratio, but that for
crystallization of anorthite, on the contrary,
increased. Increasing the Ca/P ratio also decreased the
activation energy for crystallization of apatite, whereas for
anorthite crystallization, it was not affected
significantly.
Cell culture test, rat shoulder test and rabbit femur test of
the glass-ceramicsas implants shown that these materials
demonstrated good biocompatibility.
封面
第一章 導論
1.1前言
1.2植入材料所需具備的性質
1.3研究動機與目的
1.4前人研究
第二章 理論基礎
2.1玻璃陶瓷的基本理論
2.1.1玻璃和玻璃陶瓷
2.1.2成核作用
2.1.3晶體成長
2.2熱差分析
2.2.1玻璃的熱差分析
2.2.2影響熱差分析曲線的因素
第三章 實驗方法及步驟
3.1實驗流程
3.2試片的製作
3.2.1玻璃熔製
3.2.2玻璃的熱處理
3.3試片的分析
3.3.1玻璃軟點及熱膨脹係數
3.3.2熱差分析
3.3.3穿透式電子顯微鏡(TEM)
3.3.4掃描式電子顯微鏡(SEM)
3.3.5穿透式偏光顯微鏡(OM)
3.3.6X-繞射分析
3.3.7強度測試
3.3.8殘留應力測應
3.4生物適應性測試
3.4.1骨髓瘤細胞成長測試
3.4.2老鼠皮下植入試驗
3.4.3兔子大腿骨植入試驗
第四章 結果與討論
4.1玻璃成份的選擇
4.2玻璃陶瓷的研製
4.2.1玻璃的晶體成長
4.2.2G1玻璃的成核作用
4.2.3晶體結構的顯微觀察
4.2.4機械性質探討
4.3成份改變對玻璃結晶的影響
4.3.1A1/P成份變變的影響
4.3.2Ca/P成份改變的影響
4.4生物適應性測試
4.4.1骨髓瘤細胞成長試驗
4.4.2老鼠皮下植入試驗
4.4.3兔子大腿骨植入測試
第五章 結論
參考資料
誌謝
自述
其他
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