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系統識別號 U0026-2207201620224900
論文名稱(中文) 鐵/鋅複合材料製程及性質探討
論文名稱(英文) Investigation of process and properties of Fe/Zn composite
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 材料科學及工程學系
系所名稱(英) Department of Materials Science and Engineering
學年度 104
學期 2
出版年 105
研究生(中文) 張肇元
研究生(英文) Chao-Yuan Chang
學號 N56031409
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 128頁
口試委員 指導教授-朱建平
指導教授-陳瑾惠
口試委員-林殿傑
中文關鍵字 鐵鋅複合材料  可降解性生醫材料  腐蝕性質 
英文關鍵字 Fe/Zn composite  bio-degradable  corrosion 
學科別分類
中文摘要 金屬具有高強度、高韌性、抗腐蝕能力佳、高可塑性、良好的加工性及高經濟性等優點等,從19世紀開始金屬被使用於生醫領域,主要功能是作為骨科用植入材,幫助骨頭的固定讓患部可以加速癒合。目前常用的金屬生醫材料有不銹鋼、鈷鉻合金、鈦及鈦合金等,然而這些植入材在植入於人體後無法被人體降解,因此當患部痊癒後需要進行二次手術將植入材取出,進行二次手術不僅對患者有一定程度的傷害及風險,也會浪費醫療資源。
可降解性金屬生醫材料能夠在人體內被組織降解,當患部痊癒後植入材也自然消失,因此可以避免二次手術帶來的風險與危害,讓復原能力較差的中老年病患可以避免二次手術,也可以解決植入永久性植入材的患者可能需要長期服用藥物的問題。
本研究使用兩種在人體中無毒性且可降解的金屬:鐵及鋅作為研究材料,期許能夠將此複合材料應用於骨科植入材。目前可降解性金屬所需要的降解速率與真實需求不符,無法得到適中的降解速率。利用冷壓成形並施加不同熱處理的鐵鋅複合材料為主要研究對象,並會與純鐵及純鋅進行比較。評估材料經過不同製程處理後的微結構、腐蝕性質等,分析並歸納出成分、製程與性質之間的關係,期許可以供未來作為可降解性金屬植入材之研究參考。
英文摘要 SUMMARY
In recent years, biodegradable metallic material is a developing research objectives in biomaterial field because the implant made by degradable metallic material can naturally degrade in human body and the patients with poor resilience are able to avoid the second surgery.
In part 1,in order to find the most efficient method to obtain the pure Fe/Zn compound, we use cold press to form the sample and apply different heat treatments of composite materials. Finally, we analysis the composition of the sample to find out what Fe/Zn compound do we get. In part 2, we mix the compound obtained in part 1 and the iron powder well and then form the sample by using cold press to get the Fe/Zn composite. At last, we compare the composition , microstructure, porosity and corrosion rate of the composites under different experiment parameters and Fe/Compound ratio.
When Fe/Zn composites sinter at T1℃ for t4 hours, the amount of the pores in the sample is much low and the compositions of the sample are Fe/Zn compound – Fe4Zn9 and iron. The corrosion rate of the Fe/Zn composite is significantly faster than the pure iron and zinc because the corrosion rate of the Fe/Zn compound is much faster than pure iron and zinc and the appearance of the pores from sintering also fastens the corrosion rate.
論文目次 中文摘要 I
英文延伸摘要(English Extended Thesis Abstract) III
誌謝 VI
總目錄 VII
表目錄 XI
圖目錄 XIII
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 生醫材料簡介 2
1-3 生醫材料分類 4
1-3-1金屬生醫材料 4
1-3-2陶瓷生醫材料 5
1-3-3高分子生醫材料 7
1-3-4複合生醫材料 8
1-4 生醫材料的未來展望 10
第二章 文獻回顧 12
2-1 金屬生醫材料的發展 12
2-1-1 常見的金屬生醫材料 16
2-1-2 金屬生醫材料的未來發展 19
2-2 可降解性金屬生醫材料的發展 21
2-2-1 鐵及鐵合金 23
2-2-2 鋅及鋅合金 26
2-2-3 鎂及鎂合金 28
2-3 粉末冶金於生醫材料的發展 31
2-4 鐵鋅化合物簡介 32
2-5 研究背景及目的 34
第三章 理論基礎 35
3-1 粉末冶金 35
3-1-1 粉末製備 36
3-1-2 粉末加壓成形技術 38
3-1-3 燒結機制 40
3-2 腐蝕原理 41
3-2-1 金屬腐蝕傾向 41
3-2-2 極化曲線 45
3-2-3 腐蝕型態 46
第四章 實驗步驟及方法 48
4-1 實驗流程 48
4-1-1 鐵鋅化合物實驗流程 48
4-1-2 鐵鋅複合材料實驗流程 49
4-2 材料製備 50
4-2-1 鐵鋅化合物製備 50
4-2-2 鐵鋅複合材料製備 55
4-3 X光繞射儀 57
4-4 掃描式電子顯微鏡 58
4-5 能量散佈光譜儀 60
4-6 孔隙度量測 61
4-7 電化學腐蝕測試 63
4-7-1 試片製備 63
4-7-2 模擬體液 63
4-7-3 開路電位 64
4-7-4 動電位極化曲線測試 66
第五章 結果與討論(一) 67
5-1 相組成分析 68
5-2 燒結情形與元素分析 70
5-2-1 燒結情形 70
5-2-2 元素分析 72
第六章 結論(一) 81
第七章 結果與討論(二) 82
7-1 相組成分析 83
7-2 燒結情形與元素分析 86
7-2-1 燒結情形 86
7-2-2 元素分析 90
7-2-3 孔隙度量測 110
7-2-4 模擬體液中的腐蝕性質 111
第八章 結論(二) 114
第九章 參考文獻 116
第十章 附錄 120

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