人牙釉质和合成羟基磷灰石力学性能的对比研究

鉴于人牙釉质由96%～97%质量比的羟基磷灰石构成,选用合成羟基磷灰石作为空白对照样,通过纳米压痕仪、SEM、EDX等考察和分析不同载荷下人牙釉质和合成羟基磷灰石的力学性能,初步分析人牙釉质内部微观结构对其力学性能的贡献。结果表明:在相同载荷作用下,人牙釉质的硬度和弹性模量低于合成羟基磷灰石,且压痕较深。牙釉质和合成羟基磷灰石的硬度和弹性模量均随载荷增大而降低,压痕深度随载荷增大而增大,其中,合成羟基磷灰石的硬度和弹性模量随载荷增大而降低的幅度略大于人牙釉质。可见,人牙釉质的力学性能与其内部微观结构密切相关。     

快速成形中PAN基碳纤维/HA力学性能模拟研究

在人工骨支架增材制造过程中,为了制造出具有不同力学性能的人造骨支架适合不同病患,提出利用分子动力学(Molecular dynamics,MD)模拟方法,研究所用基体复合材料(聚丙烯腈(Poly acrylonitrile,PAN)基碳纤维和羟基磷灰石(Hydroxyapatite, HA))表面之间的相互作用及力学性能。分别在原子模拟凝聚相优化分子势能力场(Condensed-phase optimized molecular potentials for atomistic simulation studies,COMPASS)和通用力场(Universal force field,UFF)下,对比计算HA和PAN基碳纤维/HA的力学性能,并比较其弹性模量和泊松比,证明羟基磷灰石是一种各向异性材料,并给出羟基磷灰石中添加PAN基碳纤维可以有效改善其力学性能。针对沿不同剪切方向上的PAN基碳纤维/羟基磷灰石进行动力学计算,表明在不同的力场下,羟基磷灰石均是在沿(110)剪切面上与聚丙烯腈纤维产生的结合能值较大。结合径向分布函数分析,揭示了PAN/HA复合材料主要是通过PAN中的N原子与HA表面发生强作用,从而提高PAN/HA基体力学性能。     

牙本质层对人牙力学性能的影响研究

牙釉质位于牙冠的外层,是人体内的最硬组织,具有优异的力学性能和耐磨性;相比牙釉质,内层的牙本质含有较多的有机物,具有较高的韧性。采用显微硬度仪和激光共聚焦扫描显微镜,研究牙本质层去除前后牙釉质的表面硬度和断裂韧性,分析牙本质层对人牙力学性能和耐磨性的影响。结果表明,牙本质层的存在对外层牙釉质的维氏硬度值无显著影响,但一旦去除牙本质层,牙釉质表面断裂韧性降低,载荷越大,断裂韧性降低越明显。可见,牙齿的力学性能与其独特的微观结构密切相关,牙冠内层硬度较低的牙本质的存在能提高牙齿抵抗脆性破坏的能力。     

牙本质层对人牙力学性能的影响

牙釉质位于牙冠的外层,是人体内的最硬组织,具有优异的力学性能和耐磨性;相比牙釉质,内层的牙本质含有较多的有机物,具有较高的韧性。采用显微硬度仪和激光共聚焦扫描显微镜,研究牙本质层去除前后牙釉质的表面硬度和断裂韧性,分析牙本质层对人牙力学性能和耐磨性的影响。结果表明,牙本质层的存在对外层牙釉质的维氏硬度值无显著影响,但一旦去除牙本质层,牙釉质表面断裂韧性降低,载荷越大,断裂韧性降低越明显。可见,牙齿的力学性能与其独特的微观结构密切相关,牙冠内层硬度较低的牙本质的存在能提高牙齿抵抗脆性破坏的能力。     

激光处理对人牙釉质酸蚀和耐磨性能的影响

以人牙釉质为研究对象,对牙釉质表面进行激光处理,对激光处理前后牙釉质的表面形貌、力学性能和耐磨性能进行分析,旨在探索激光处理对牙齿酸蚀的抑制和修复作用,为激光在牙齿酸蚀抑制方面的临床应用提供理论指导。结果表明,原始牙釉质表面和酸蚀牙釉质表面经激光处理后,其表面硬度均显著提高、抗酸蚀能力增强;但是,激光处理会导致牙釉质表面变得粗糙,出现大量裂纹和孔洞,牙齿表面的弹性模量降低,表面脆性增大,从而使得牙齿耐磨性显著降低,造成的损伤重于酸蚀。     

浓度、温度和陈化对羟基磷灰石合成的影响

用四水硝酸钙和五氧化二磷的乙醇溶液为前驱体制备羟基磷灰石粉体，通过XRD、FTIR方法研究了温度、浓度、陈化对羟基磷灰石粉体合成的影响。结果表明，随着浓度增加，羟基磷灰石粉体合成加快；温度对羟基磷灰石粉体合成影响显著，500℃左右是合成羟基磷灰石粉体较合适的温度；陈化则提高羟基磷灰石的纯度，增加其热稳定性，未陈化处理容易出现CaO相。     

等离子喷涂制备羟基磷灰石复合梯度涂层研究进展

对国内外等离子喷涂羟基磷灰石复合梯度涂层与基体间的结合强度和涂层溶解性的研究现状进行了综述.羟基磷灰石功能梯度涂层不仅可以提高涂层和基体间的结合强度,而且还可以降低涂层在模拟体液中的溶解性.涂层表面的羟基磷灰石涂层具有良好的生物相容性,同时涂层中Ti-6Al-4V或ZrO2、TiO2等氧化物相的存在能够提高涂层的力学性能.指出喷涂后进行热处理是提高等离子喷涂涂层结合强度和涂层结晶度的有效方法.     

有场制备的磁流变弹性体压缩弹性模量测试分析

针对磁流变弹性体压缩弹性模量随磁场变化的问题,在磁场存在的环境下制备出其材料配比分别为羟基铁粉为108 g,硅橡胶为28 g,硅油为18 g的磁流变弹性体磁流变弹性体,在压缩应变ε=2.6%的情况下分别对磁场方向与磁流变弹性体颗粒链压缩方向平行和垂直的情况下建立了数学分析模型。对磁流变弹性体的压缩弹性模量进行了理论分析,并通过实验印证了理论分析的准确性。研究结果表明,加载磁场方向与磁流变弹性体内部颗粒链压缩方向平行的情况下,材料内部磁致压缩力随着磁感应强度的增强而非线性增大;加载磁场方向与磁流变弹性体内部颗粒链压缩方向垂直的情况下,材料内部磁致压缩力随着磁感应强度的增强而非线性减小。     

羟基磷灰石功能梯度材料的激光涂层及材料性能研究

针对将羟基磷灰石涂覆在钛合金基底表面的问题,将三层具有不同配比的羟基磷灰石和纯钛混合物预敷在钛合金表面,利用激光覆熔法依次对预敷层进行扫描,形成了具有梯度结构的羟基磷灰石复合材料.通过实验分析了复合材料的微观材料结构、机械性能及生物兼容性,并分析了激光工艺参数对复合涂层材料性能的影响.研究结果表明,羟基磷灰石功能梯度材...     

深冷处理对钛合金力学性能及摩擦磨损性能的影响

为了探究深冷处理对TC4钛合显微组织,力学性能及摩擦磨损性能的影响,采用显微硬度计测定钛合金的表面硬度,光学显微镜观测钛合金经深冷处理后微观组织的变化,万能拉伸试验台测定其拉伸性能,利用摩擦磨损仪研究了深冷处理前后钛合金的磨损性能及利用SEM、EDS分析磨痕的微观形貌和化学成分.结果 表明:深冷处理可以提高TC4钛合金的显微硬度,深冷处理时间为11h时其显微硬度可以达到最大值361 HV1,比初始时提高了3.7％.经过深冷处理后不规则的晶体边角破碎,晶体内的组织均匀化提高;深冷处理可以显著提高材料的抗拉强度,屈服极限及弹性模量,提高材料的力学性能;深冷处理后摩擦系数增加,磨损加剧.     

不同梯度变化方式的不规则多孔结构设计与力学性能分析

基于Voronoi图设计了4种不同梯度变化方式的不规则多孔结构,通过光固化成形工艺制备了这4种梯度多孔结构。对这4种梯度多孔结构分别进行了纵向(载荷方向平行于梯度方向)和横向(载荷方向垂直于梯度方向)压缩实验,研究其变形特点和力学性能。结果表明,梯度多孔结构在横向压缩时的变形特点与均匀多孔结构相似,纵向压缩时则表现出逐层坍塌的变形特点。在孔隙率相近的情况下,不同的梯度变化方式能够影响纵向压缩时的力学性能,对横向压缩的力学性能基本没有影响。降低梯度多孔结构的平均孔隙率可以提高结构力学性能。最后通过等应力复合模型和Voigt模型预测了梯度多孔结构纵向和横向压缩的弹性模量,预测结果与实验结果的相对误差基本都在10%以内。     

贝壳的力学性能和增韧机制

对具有交错纹片结构的黄米螺壳进行压缩和三点弯曲实验.实验结果表明贝壳的力学性能与其显微结构密切相关,且存在各向异性.压缩和弯曲实验的结果表明,垂直于层面方向的承载能力均高于垂直于横截面方向的承载能力;当贝壳中的有机质被去除后,其三点弯曲强度只有原来的1/20～1/30.贝壳材料主要增韧机制为裂纹偏转和纤维拔出以及有机质的粘弹性作用.对贝壳材料增韧机制的仿生研究为复合材料的设计提供有益信息.     

纸浆模塑材料压缩力学行为及其本构关系的研究

对纸浆模塑材料的压缩力学行为进行较系统的实验研究,结果表明材料密度和应变率都对其力学性能有一定的影响.随着材料密度的增加,其弹性模量和强度极限都有增加的趋势.随着应变率的增加,其材料的弹性模量有减小的趋势,而强度极限有所增大.利用描述泡沫塑料的经验型本构关系框架,给出一种经验型的纸浆模塑材料本构模型,根据不同密度材料在不同应变率下的压缩实验数据对该模型中的有关系数进行拟合.验证结果表明,提出的本构方程能在一定应变率范围内反映材料的应力-应变关系.     

加载速率对材料力学性能影响的试验研究

利用电子拉扭试验机及力尔试验系统,设计3种加载速率,通过试验研究不同加载速率对低碳钢、铸铁力学性能的影响,得到不同加载速率下的载荷-位移曲线及应力-应变曲线;比较了低碳钢和铸铁试件在不同加载速率下的延伸率、断面收缩率、弹性模量、屈服应力及抗拉强度。研究结果表明,随着加载速率的增加:1)低碳钢的延伸率、断面收缩率及屈服应力增加;2)低碳钢和铸铁的抗拉强度先升高后迅速下降;3)低碳钢的弹性模量降低,铸铁的弹性模量升高。     

牙本质对牙釉质力学性能的影响

主要研究目的是考察牙本质层对牙釉质的相关力学性能的影响。采用压痕法测试原始试样和去除牙本质试样的断裂韧性,然后利用有限元分析法模拟牙釉质中裂纹的扩展过程,从而能对比分析试样裂纹扩展的动态过程。结果表明,去除牙本质之后牙釉质的断裂韧性明显降低;在相同的载荷下原始试样模型裂纹扩展的长度和时间都比去除牙本质试样模型的短。     

长石基牙科生物陶瓷的高速切削研究

牙科手术朝着机器人精准医疗方向发展,有必要展开牙科高速切削研究.选择牙釉质切割和陶瓷切割这两种常见方式展开高速切削研究.所采用的长石基牙科陶瓷的力学性能与牙釉质的力学性能相近.建立了两种材料的切削基本力学性能换算关系,并进一步研究长石基牙科陶瓷高速切削的切削特征以及切削效率.实验结果表明,牙科陶瓷的切削力比牙釉质稳定,...     

单个薄壁多孔金属空心球体力学行为研究

金属空心球多胞材料结构是一种新型的多孔金属材料,它是由多个金属空心球组合而成,对于单个金属空心球的力学行为研究是整体材料力学性能的基础。通过对外径2 mm～3 mm,且壁厚不等厚(壁厚10μm～40μm)的单个超薄壁多孔空心球体进行纳米压痕试验、准静态单轴压缩试验以及纯弹性阶段的压缩试验,进而得到该金属空心球体材料和整个球体的弹性模量等相关力学参数,以及金属空心球体压缩变形过程和特征,并对金属空心球体弹性阶段采用有限元软件Abaqus进行模拟,分析孔隙率对于球体弹性模量的影响,结果表明,随着球壁孔隙率的增大,球体的弹性模量减小,且呈非线性分布,并可以描述成与球壁孔隙率与球壁材料的力学性能关系相同的幂函数形式。     

低弹性模量Ti-Nb-Zr合金的显微组织与力学性能

为了降低医用植入物材料的弹性模量,通过选取不同含量的铌和锆,采用真空非自耗电弧炉熔炼了四种成分的Ti-Nb-Zr合金:Ti30Nb7Zr(T1)、Ti30Nb13Zr(T2)、Ti40Nb7Zr(T3)和Ti40Nb13Zr(T4);对四种合金进行了锻造处理,然后在β相区进行固溶,对其固溶后的力学性能、显微组织进行了研究.结果表明:T1和T2合金是β相+α',相的两相组织,随着锆含量不同,α'相形貌及数量也各不相同;T3和T4合金是单-β相组织;四种合金的弹性模量均低于80 GPa,其中T2合金的弹性模量为58 GPa,与人体骨骼的弹性模量最为接近.     

金属板材循环拉压加载中力学行为的演化

在曲梁往复弯曲过程中,曲梁上任意质点均发生循环拉压加载变形,但目前对往复弯曲过程中的力学行为仍不明确。为深入认识往复弯曲变形过程中宏观力学行为的演化规律,采用对称恒应变幅控制方式进行低周次不同应变幅值条件下的小应变循环拉压加载试验,研究了304不锈钢和ST12冷轧板两种材料循环拉压加载条件下的宏观力学表现,探究了弹性模量、屈服应力和塑性模量随循环周次的变化规律和预应变对稳定滞后回线的影响。试验研究表明:304不锈钢和ST12两种材料均具有循环软化特性;经循环拉压加载后,两种材料的弹性模量、屈服应力和塑性模量发生明显改变,而且拉压不具有一致性;循环拉压加载可湮灭预应变造成的材料力学性能初始差异,使材料力学性能变得均匀一致,也间接证明了往复弯曲可将同层纤维力学性能均匀化,为新本构关系的构建奠定了基础。     

不同基体的灰铸铁材料性能与组织的研究

测定了三种不同基体组织的灰铸铁材料的力学性能,并且用定量金相方法测定了内部的基体组织石墨含量及贝氏体的含量并讨论了其对样品力学性能影响,讨论了组织对弹性模量、抗拉强度、抗弯强度缸体材料和性能影响.