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生物工程“人工关节头”磨削项目

生物工程“人工关节头”磨削项目

    生物工程是一门历史长、发展快、内涵迅速扩大的学科,人工关节是其最主要的分支之一。人工关节是在冶金学、生物材料学、生物力学和矫形外科学发展的基础上设计出来的人工器官,用来替代已经被破坏和失去功能的人体关节,达到缓解症状,改善功能的目的。人们根据全身各关节的特点,设计了各种不同的人工关节,有髋关节、膝关节、肩关节、肘关节和踝关节等。

                                   

                                                             · 陶瓷人工关节头
    此前人工关节常用的材料有不锈钢、钴铬钼合金、钛合金。不锈钢耐腐蚀性不行,已被淘汰。钴合金耐磨性、耐腐蚀性和综合机械性能都较好,是较优良的置入材料。钛合金表面易氧化生成致密的二氧化钛膜,耐腐蚀性好,优于钴合金;而且密度低,弹性模量与人皮质骨的弹性模量接近,生物相容性好,生物界面结合牢固,是较理想的置入材料。但其耐磨性差,不宜用于球头的制造。
    由于人工关节头是一种高科技的精密医疗产品,被移植到人体上以后,绝不允许产生副作用和腐化,要求具有高强耐久性,陶瓷材料是最理想的人造关节材料,以氧化铝和氧化锆为主的陶瓷假体大量应用于临床。高纯陶瓷化学性能稳定,生物相容性好,呈生物惰性,其硬度高,耐磨性能好,磨损率比其它材料小。且陶瓷是一种生物惰性材料,为对金属植入物材料过敏的患者提供了一种理想的解决方案。
    陶瓷材料具有很高的硬度:如氧化铝陶瓷的硬度可达HV2500~3000,比硬质合金还高,仅次于金刚石和立方氮化硼CBN,具有很高的耐磨性,从而对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(金刚石和立方氮化硼)才能胜任。其切削去除机理是刀具刀刃口附近的被切材料产生脆性破坏,而不是像金属材料那样产生剪切滑移变形,加工表面不会有由塑性变形引起的加工变质层,但切削时的脆性龟裂会残留在加工表面上,从而影响陶瓷零件的强度和工作可靠性。鉴于工程陶瓷的特殊加工性能,对其的机械加工通常采用超硬磨料精密磨削加工方式。目前,人工关节头的加工技术,主要采用在超精密磨削机床上安装陶瓷金刚石砂轮来进行陶瓷球面的磨削。
                  
                                                      · 左起:刘教授、张院士、谢总经理
    在2013年经中国科学院邹院士引荐,中国工程院生物材料专家张兴栋院士组团带着“生物工程人工关节头磨削”项目来到湖南兴新大材料有限公司进行实地考察。兴大公司以总经理谢友和技术总监刘教授为首的科研技术团队接待了张院士一行人,举行了交流座谈会,双方就目前中国生物工程中关于“人工关节头的磨削”问题进行了详细、深入的探讨。在座谈会上,总经理谢友先生表明公司一直以科研创新为使命、拥有卓越的研发人才,并对即将开展的生物工程项目具体的产品技术和合作方案做出了详细的解说。通过对技术及方案的了解,张院士对我司的科研技术能力表示高度认可,双方就项目合作达成了共识,并制定了研发方案!因为这项史无前例的合作,我司成为国内首家“生物工程人工关节头磨削产品”研发合作单位,所研发的产品经四川普什生物公司进行实验验证。
                            
                              ·人工关节头磨削产品——陶瓷金刚石砂轮
    湖南兴大新材料有限公司研制的陶瓷金刚石砂轮,具有以下优点:
    1.磨削效率高;
    2.磨削力强,切削锋利;
    3.磨削寿命长:砂轮的耐磨性高,磨粒消耗少(磨削硬脆性工件时最能明显体现其耐磨性)
    4.磨削导热性好,工件不易变形;
    5.磨削的工件精度高、表面质量好,工件表面粗糙度Ra≤0.002。
    陶瓷人工关节磨削加工一直采用进口树脂金刚石砂轮,但在磨削过程中一度出现工件烧伤、磨不动、形面精度不好、等问题,面对各种困扰,生物工程领域得知湖南兴大曾参与了国家级生物工程磨削项目研究后,都陆续向我司咨询洽谈。( 如:武汉某科技公司、北京某生物科技有限公司,天津某生物科技公司等等)邀请我司为其磨削技术问题设计解决方案。
    陶瓷金刚石砂轮在一些特殊材料的磨削加工中,具有越来越明显的优势,在金刚石砂轮的发展中有着良好的前景。被认为是高速、高效、高精、低磨削成本、低环境污染的高性能砂轮,具有越来越广泛的应用,是近年来世界各国磨削工具竞相研究开发的热点。