複合セラミック製人工股関節の耐用性検証とその予測精度向上を目指した新たな提言

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本研究では、最先端の人工股関節摺動部に利用されているアルミナ強化型ジルコニア(alumina-toughened zirconia；ATZ)およびジルコニア強化型アルミナ (zirconia-toughened alumina；ZTA)複合セラミックスを対象とし、含有するジルコニア相の低温劣化（low temperature degradation）への耐性について、相変態分率および残留応力値の経時変化から比較分析を行った。低温劣化速度は、高圧蒸気滅菌器を用いた加速エージング試験により検証し、生体内の60年間に相当する長期間のシミュレーションを実施した。さらに各摺動部表面に初期亀裂を印加し、微小亀裂の有無が相変態速度にどのように影響するかを調査した。ジルコニア含有量が多いATZの方が、ZTAに比べて低温劣化の速度および圧縮応力の増加速度が有意に早い結果であった。一方、ZTAでは60年相当のシミュレーションにおいても、低温劣化の進行は僅かであり、より優れた構造安定性を示した。このことから、ジルコニア含有量が低温劣化速度に影響する因子であることが示唆された。また微小亀裂の先端および周辺領域においては、相変態分率の局所的な増大を認めたが、低温劣化の進行速度には有意な影響を与えなかった。したがって、外部応力が作用する生体内環境においても、ZTA摺動面は長期間優れた構造安定性を示すことが期待できる。