2004 Fiscal Year Annual Research Report
量子化学理論に基づいた硬組織代替用低弾性率・高耐食性チタン合金の開発
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16591960
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
白石 孝信 長崎大学, 大学院・医歯薬学総合研究科, 助教授 (10150468)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
久恒 邦博 長崎大学, 大学院・医歯薬学総合研究科, 教授 (20037526)
田中 康弘 長崎大学, 大学院・医歯薬学総合研究科, 助手 (10217086)
三浦 永理 長崎大学, 大学院・医歯薬学総合研究科, 助手 (70315258)
小池 麻里 長崎大学, 大学院・医歯薬学総合研究科, 助手 (00234667)
詫間 康子 長崎大学, 大学院・医歯薬学総合研究科, 教務職員 (60160074)
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| Keywords | チタン合金 / 弾性係数 / ヤング率 / ポアソン比 / 超音波パルス法 / 量子化学理論 / インプラント / ジルコニウム |
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| Research Abstract |
現在、生体インプラント用金属材料としてTi-6Al-4V ELI合金やTi-6Al-7Nb合金などのチタン合金が用いられている。これらの材料は耐食性や比強度の点で優れているが、緻密骨に比べて弾性率が著しく高い。このため、骨内に埋入された場合、骨との間で均等な応力伝達が行われないことが考えられる。生体内に埋入して使用するインプラント材料の弾性率は理想的には骨と等しいことが望ましい。そこで本研究では生体内で高い耐食性を示すとともに、緻密骨に近い弾性率を持つ硬組織代替用チタン合金を開発することを目的とした。
新しいチタン合金の開発のための基本系として、チタンとの間で全率固溶体を形成し、しかも合金化によって溶融温度の低下するTi-Zr系に着目した。今年度は、Ti-Zr2元系において溶融温度が最も低下する組成に近い45%Ti-55%Zr合金を試作した。さらに、小さいサンプルでも高い精度で弾性係数を測定することの出来る超音波パルス法を利用した弾性係数測定装置を導入した。この装置を用いて市販純チタン板(純度99.9%、寸法10x10x1mm^3)と、45%Ti-55%Zr合金鋳造体(寸法11x15x1.2mm^3)における縦波と横波の伝播速度を求めた。この測定値と、別に実験により求めた密度の値からポアソン比とヤング率を算出した結果、純チタン板のポアソン比0.312、ヤング率128.4GPa、また45%Ti-55%Zr合金のポアソン比0.348、ヤング率87.9GPaの値が得られた。
今年度は、新規に導入した超音波パルス法を利用した弾性係数測定装置を用いて弾性係数を測定することに成功した。次年度以降は、組成の異なる数種のTi-Zr合金ならびに適当な第3元素を添加した3元系チタン合金を作製し、α相およびβ相の単相領域で焼鈍したサンプルについて、今年度と同様にポアソン比、ヤング率を測定するとともに、耐食性評価等の実験を遂行する予定である。
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