チタン合金のシミュレーション試験によるインプラント材としての特性

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07044130
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 浜中 人士 東京医科歯科大学, 医用器材研究所, 教授 (10013955)
• 研究分担者: BEST Serena Queen Mary and Westfield College, Univers, 講師 ; SHELTON Juli Queen Mary and Westfield College, Univers, 講師 ; BONFIELD Wil Queen Mary and Westfield College, Univers, 教授 ; 土居 寿 東京医科歯科大学, 医用器材研究所, 助手 (30251549) ; 米山 隆之 東京医科歯科大学, 医用器材研究所, 助教授 (00220773)
• キーワード: チタン合金 / インプラント / 生体適合性 / 合金設計 / 力学的性質

研究概要

この研究計画では、平成7年度までに、チタン-ジルコニウム二元系合金の力学的性質を検討し、三元合金化の際の基本組成を、チタンとジルコニウムの比を1:1とすることに決定した。さらに、この組成にβ相安定化元素のひとつとして知られているニオブを添加したTi-Zr-Nb三元系合金を各種作成し、それらの力学的性質を評価してきている。
平成8年度には、昨年度までに力学的性質を評価したニオブ濃度の異なる各合金に関して、熱処理条件を変化させた試料を用意し、熱処理と組織、さらに力学的性質との関連を詳細に調査した。各合金とも合金溶製後、均質化熱処理を行い、急冷したものを500℃〜1000℃の温度範囲で最大24hまでの範囲で行った。すべての試料について、X線回折による構成相の同定や光学顕微鏡による組織観察を行い、一部の試料について透過型電子顕微鏡観察を行った。その結果、β相安定化元素であるニオブを適量添加した合金は、α+β二層組織となる温度で熱処理を行った場合、微細な二層組織が得られ、優れた力学的性質が得られることを見いだした。
さらに同時に行った、0.1%乳酸溶液中での浸漬試験ならびにアノード分極試験により、同合金が従来からインプラント材として使用されている各種生体用合金に比べ、優れた耐環境性を有していることが明らかにされた。
また、生体における負荷環境をシミュレートした試験法を開発するために、引張応力とねじり応力を同時に負荷する二軸試験、ならびに特殊な生体環境を再現する腐食疲労試験の方法をデザインし、総合的生体材料評価法を開発した。
以上の成果の一部は、第3回歯科チタン国際シンポジウム(1995年8月、シドニー)や第5回世界バイオマテリアル会議(1996年5月、トロント)などの場で、日英両研究グループによる国際共同研究の成果として報告された。今後、最終的な成果を国際会議、投稿論文などの形で報告する予定である。

研究成果

• [文献書誌] E.Kobayashi: "Mechanical properties of the binary titanium-zirconium alloys and their potential for biomedical materials" Journal of Biomedical Materials Research. 29. 943-950 (1996)
• [文献書誌] E.Kobayashi: "Alloy-design of titanium-zirconium based alloys containing niobium as biomedical materials" Proceedings of the 5th World Biomaterials Congress. 481- (1996)
• [文献書誌] E.Kobayashi: "Mechanical properties of Ti-Zr based alloys as dental materials" Proceedings of the 3rd International Symposium on Titanium in Dentistry. 182- (1996)
• [文献書誌] 米山隆之: "鋳造したチタンの力学的性質に及ぼす試験片直径の影響" 歯科材料・器械. 15. 156-160 (1996)
• [文献書誌] T.Yoneyama: "Deformation property of titanium and dental alloys in an indentation test" Dentistry in Japan. (印刷中). (1997)
• [文献書誌] E.Kobayashi: "Microstructures and mechanical properties of biomedical titanium-zirconium based alloys containing niobium" Journal of Materials Science,Materials in Medicine. (投稿準備中).
• [文献書誌] E.Kobayashi: "Gamma Titanium Aluminides" The Minerals,Metals & Materials Society, 6 (1996)
• [文献書誌] E.Kobayashi: "Proceedings of the 3rd International Symposium on Titanium in Dentistry" The Biomaterials Science Unit,Faculty of Dentistry,The University of Sydney, 9 (1996)
• [文献書誌] H.Hamanaka: "Proceedings of the 3rd International Symposium on Titanium in Dentistry" The Biomaterials Science Unit,Faculty of Dentistry,The University of Sydney, 6 (1996)