멀티기공구조를 갖는 다공성 타이타늄 제조 및 기계적 특성에 관한 연구

Title
멀티기공구조를 갖는 다공성 타이타늄 제조 및 기계적 특성에 관한 연구
Authors
이지선
Keywords
멀티기공구조를갖는다공성타이타늄제조및기계적특성에관한연구
Issue Date
2011
Publisher
인하대학교
Abstract
생체용 합금은 인간의 생체조직에 이식되어 장시간 사용되어야 하기 때문에 생체세포와의 해로운 반응이 없어야 한다. 또한 피로하중이 장 시간 가해지므로 피로수명이 길어야 한다. 생체친화성으로는 골섬유세포와의 반응성과 내식성이 좋아야 하며 기계적 특성으로는 탄성계수와 피로강도 이외에 인장, 항복강도 등이 있다. 생체의료용 타이타늄 소재는 대표적인 2가지인 치과용 임플란트와 정형외과용 임플란트로 사용되고 있다. 치과용 임플란트는 인공치근과 인공치아, 정형외과용 임플란트는 인공관절과 인공뼈로 사용된다. 이처럼, 타이타늄이 생체 임플란트로 각광받는 이유는 강도와 내식성 그리고 피로저항성이 우수하기 때문이다. 특히 타이타늄 합금이 생체의료용으로 뼈의 대체 기능으로 사용이 증대되는 이유로는 기존의 어떠한 생체용 금속재료보다 생체 섬유조직의 형성이 거의 없기 때문이다. 그리고, 타이타늄은 타이타늄 표면에 형성되는 산화피막은 아주 치밀하여 일단 형성되는 더 이상의 부식이 진행되지 않을 정도로 우수한 내식성을 갖고 있다. 그 중 가장 큰 타이타늄 합금의 장점은 탄성계수가 낮아 골다공증 등의 유발을 최소화 할 수 있다는 것이다. 뼈의 탄성계수는 약 17GPa인데 비해 금속재료의 탄성계수는 200~230GPa인데 반해 타이타늄 합금은 약 100~110GPa를 갖는다. 이 같은 뼈와 생체용 금속과의 탄성계수 차이에 의해 뼈에 응력전달이 잘 이루어지지 못하는 응력차폐효과를 가져 올 수 있다. 뼈에 응력이 전달되지 못하면 뼈는 스스로 하중지탱능력을 낮추는 쪽으로 조직이 변화되어 치밀도가 떨어지면서 골다공증이나 파괴로 이어질 수 있다. 그러나, 타이타늄 합금 또한 탄성계수가 타 금속과 비교했을 때 현저하게 높은 탄성계수 차이를 보인다. 탄성계수를 낮추기 위한 방법으로는 크게 2가지가 있다. 첫째는 저탄성합금 연구이며, 둘째는 뼈와 결합특성을 더욱 좋게 하기 위하여 다공성 금속을 연구하는 것이다. 본 연구에서는 탄성계수를 낮추는데 효과가 있는 다공성 금속에 집중하였다. 기존의 다공성 금속은 뼈 조직이 성장하기 힘든 수십 마이크로미터크기의 작은 사이즈를 갖고 있다. 그래서 본 연구는 원통형의 기공이 생성되는 구조를 고안했다. 수백 마이크로급의 원통형 기공을 만들기 위해 압분 상태에서는 원통형을 유지하고 소결중에 휘발하는 마그네슘을 선택해, 다공성 타이타늄을 제조하였다.
Description
제1장서론 1 1.1절.연구배경 1 1.2절.연구목적 3 제2장이론적배경 4 2.1절.다공질금속 4 2.2절.다공질금속제조기술 6 2.3절.독립기포형다공질금속제조기술 7 2.3.1절.주조법 7 2.3.2절.분말야금법 7 2.3.3절.플라즈마용사법 7 2.4절.연속기포형다공질금속제조기술 10 2.4.1절.소결금속분말과섬유 10 2.4.2절.Spaceholder법 10 2.4.3절.복제 12 2.4.4절.연소합성법 13 2.4.5절.규칙배향와이어메쉬 14 2.4.6절.화학기상증착법(CVD) 14 2.5절.분말성형 16 2.5.1절.성형공정의분류 17 2.5.1.1절.비등압성형법 18 2.5.1.2절.등압성형법 18 2.5.2절.주요성형공정 19 2.5.2.1절.일방향프레스법 19 2.6절.생체용재료 21 2.7절.생체재료의종류 22 2.8절.인공생체재료의특성 22 2.8.1절.금속재료 22 2.8.2절.고분자재료 23 2.8.3절.세라믹재료 23 2.8.4절.복합재료 23 2.9절.생체용금속타이타늄 24 2.10절.타이타늄합금의종류 26 2.10.1절.순타이타늄 26 2.10.2절.알파+베타타이타늄합금 26 2.10.3절.베타타이타늄합금 27 2.11절.생체역학적응력차폐효과 28 2.12절.열린구조생체용다공성타이타늄금속장점 30 2.13절.타이타늄과합금원소의영향 31 2.14절.생체용금속마그네슘 34 2.14.1절.Ti-Mg금속간화합물 36 2.14.2절.마그네슘증기압 39 2.15절.생체용금속아연 40 2.15.1절.체내함량과분포 40 2.15.2절.주요기능 42 2.15.3절.독성 42 2.15.4절.아연증기압 43 2.15.5절.아연과타이타늄상태도 43 제3장멀티기공구조를갖는다공성타이타늄제조및특성 44 3.1절.서론 44 3.2절.실험방법 3.2.1절.마그네슘와이어를이용한다공성금속제조 46 3.2.2절.아연와이어를이용한다공성금속제조 49 3.3절.분석 3.3.1절.주사전자현미경분석 51 3.3.2절.기공률계산 51 3.3.3절.원자흡수분광광도법분석 52 3.3.3.1절.원자흡수,원자형광및방출 52 3.3.3.2절.원자흡수분광광도법원자흡수,원자형광및방출 53 3.4절.결과및고찰 3.4.1절.250마이크로미터급원통형기공을갖는다공성금속 54 3.4.1.1절.미세조직관찰 54 3.4.1.2절.기공률 56 3.4.1.3절.소결체의멀티기공구조관찰 57 3.4.1.4절.EDS분석 59 3.4.1.5절.원자흡수분광광도법분석 61 3.4.2절.400X300mm2급사각기둥형마이크로기공을갖는다공성금속 3.4.2.1절.거시적형상 62 3.4.2.2절.미세조직관찰 63 3.4.2.3절.마크로기공관찰 64 3.4.2.4절.기공률 65 3.4.2.5절.EDS 66 3.5절.결론 68 제4장MicroCT를이용한내부기공구조평가기반구축 70 4.1절.서론 70 4.2절.실험방법 71 4.3절.결과및고찰 75 4.3.1절.소결체의멀티기공구조관찰 75 4.3.2절.일방향기공관찰 77 4.3.3절.MicroCT&3차원scanning 78 4.3.4절.EDS분석 80 4.4절.결론 82 제5장일방향멀티기공구조를갖는다공성금속의기계적특성 84 5.1절.압축시험의목적 84 5.2절.압축시험기 85 5.3절.압축시험 86 5.4절.실험방법 88 5.5절.실험결과 90 5.6절.결론 92 제6장총괄결론 93 제7장참고문헌 94
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/22407
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College of Engineering(공과대학) > Materials Science & Engineering (신소재공학) > Theses(신소재공학 석박사 학위논문)
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