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生物工程“人工關節頭”磨削項目

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    生物工程是一門歷史長、發展快、內涵迅速擴大的學科,人工關節是其最主要的分支之一。人工關節是在冶金學、生物材料學、生物力學和矯形外科學發展的基礎上設計出來的人工器官,用來替代已經被破壞和失去功能的人體關節,達到緩解癥狀,改善功能的目的。人們根據全身各關節的特點,設計了各種不同的人工關節,有髖關節、膝關節、肩關節、肘關節和踝關節等。

                                   

                                                             · 陶瓷人工關節頭
    此前人工關節常用的材料有不銹鋼、鈷鉻鉬合金、鈦合金。不銹鋼耐腐蝕性不行,已被淘汰。鈷合金耐磨性、耐腐蝕性和綜合機械性能都較好,是較優良的置入材料。鈦合金表面易氧化生成致密的二氧化鈦膜,耐腐蝕性好,優于鈷合金;而且密度低,彈性模量與人皮質骨的彈性模量接近,生物相容性好,生物界面結合牢固,是較理想的置入材料。但其耐磨性差,不宜用于球頭的制造。
    由于人工關節頭是一種高科技的精密醫療產品,被移植到人體上以后,絕不允許產生副作用和腐化,要求具有高強耐久性,陶瓷材料是最理想的人造關節材料,以氧化鋁和氧化鋯為主的陶瓷假體大量應用于臨床。高純陶瓷化學性能穩定,生物相容性好,呈生物惰性,其硬度高,耐磨性能好,磨損率比其它材料小。且陶瓷是一種生物惰性材料,為對金屬植入物材料過敏的患者提供了一種理想的解決方案。
    陶瓷材料具有很高的硬度:如氧化鋁陶瓷的硬度可達HV2500~3000,比硬質合金還高,僅次于金剛石和立方氮化硼CBN,具有很高的耐磨性,從而對其形面的精密磨削加工要求更高。一般工程陶瓷的切削,只有超硬材料(金剛石和立方氮化硼)才能勝任。其切削去除機理是刀具刀刃口附近的被切材料產生脆性破壞,而不是像金屬材料那樣產生剪切滑移變形,加工表面不會有由塑性變形引起的加工變質層,但切削時的脆性龜裂會殘留在加工表面上,從而影響陶瓷零件的強度和工作可靠性。鑒于工程陶瓷的特殊加工性能,對其的機械加工通常采用超硬磨料精密磨削加工方式。目前,人工關節頭的加工技術,主要采用在超精密磨削機床上安裝陶瓷金剛石砂輪來進行陶瓷球面的磨削。
                  
                                                      · 左起:劉教授、張院士、謝總經理
    在2013年經中國科學院鄒院士引薦,中國工程院生物材料專家張興棟院士組團帶著“生物工程人工關節頭磨削”項目來到湖南興新大材料有限公司進行實地考察。興大公司以總經理謝友和技術總監劉教授為首的科研技術團隊接待了張院士一行人,舉行了交流座談會,雙方就目前中國生物工程中關于“人工關節頭的磨削”問題進行了詳細、深入的探討。在座談會上,總經理謝友先生表明公司一直以科研創新為使命、擁有卓越的研發人才,并對即將開展的生物工程項目具體的產品技術和合作方案做出了詳細的解說。通過對技術及方案的了解,張院士對我司的科研技術能力表示高度認可,雙方就項目合作達成了共識,并制定了研發方案!因為這項史無前例的合作,我司成為國內首家“生物工程人工關節頭磨削產品”研發合作單位,所研發的產品經四川普什生物公司進行實驗驗證。
                            
                              ·人工關節頭磨削產品——陶瓷金剛石砂輪
    湖南興大新材料有限公司研制的陶瓷金剛石砂輪,具有以下優點:
    1.磨削效率高;
    2.磨削力強,切削鋒利;
    3.磨削壽命長:砂輪的耐磨性高,磨粒消耗少(磨削硬脆性工件時最能明顯體現其耐磨性)
    4.磨削導熱性好,工件不易變形;
    5.磨削的工件精度高、表面質量好,工件表面粗糙度Ra≤0.002。
    陶瓷人工關節磨削加工一直采用進口樹脂金剛石砂輪,但在磨削過程中一度出現工件燒傷、磨不動、形面精度不好、等問題,面對各種困擾,生物工程領域得知湖南興大曾參與了國家級生物工程磨削項目研究后,都陸續向我司咨詢洽談。( 如:武漢某科技公司、北京某生物科技有限公司,天津某生物科技公司等等)邀請我司為其磨削技術問題設計解決方案。
    陶瓷金剛石砂輪在一些特殊材料的磨削加工中,具有越來越明顯的優勢,在金剛石砂輪的發展中有著良好的前景。被認為是高速、高效、高精、低磨削成本、低環境污染的高性能砂輪,具有越來越廣泛的應用,是近年來世界各國磨削工具競相研究開發的熱點。  
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