Numerical simulation of spark plasma sintering process and fabrication of titanium-based biocompatible functionally graded materials

放电等离子烧结过程数值模拟及钛基生物相容性功能梯度材料的制备

• 批准号: 23360053
• 负责人: TOHGO KEIICHIRO
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Shizuoka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011-04-01 至 2014-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-23360053/
• 关键词: 構造・機能材料; 生体適合傾斜機能材料; 複合材料・物性; シミュレーション工学; 放電プラズマ焼結; 機械材料・材料力学

Implant treatment has been widely applied to restore bones and teeth damaged by aging and injury, and it is important issues to develop implant materials with high biocompatibility and mechanical properties. In this research, to develop biocompatible functionally graded materials (FGM) consisting of partially stabilized zirconia (PSZ) and pure titanium (Ti) by spark plasma sintering (SPS), (1) fabrication and evaluation of PSZ-Ti composites, (2) multi-physics simulation of sintering process and mechanical modeling of three-phase composites, and (3) fabrication and evaluation of FGM were carried out. It is found that the fracture toughness does not increase even with increasing Ti volume fraction due to formation of Ti oxide, and that SPS has a high potential to develop superior FGMs.

种植体治疗已广泛应用于因老化和损伤而受损的骨和牙齿的修复，开发具有高生物相容性和力学性能的种植体材料是一个重要的问题。本研究以放电等离子烧结（SPS）技术制备生物相容的部分稳定氧化锆（PSZ）/纯钛（Ti）复合功能梯度材料（FGM）为目的，开展了PSZ-Ti复合材料的制备与评价、烧结过程的多物理场模拟和三相复合材料的力学模型、FGM的制备与评价等工作。结果发现，断裂韧性并没有增加，即使增加Ti体积分数，由于钛氧化物的形成，SPS具有很高的潜力，开发上级功能梯度材料。

项目成果

PSZ-Ti複合材料における酸素拡散を考慮した放電プラズマ焼結過程のマルチフィジックス解析

PSZ-Ti复合材料中考虑氧扩散的放电等离子烧结过程的多物理场分析

• 作者: R.Zanma;M.Saka;福井大和
• 通讯作者: 福井大和

放電プラズマ焼結によるPSZ-Ti複合材料の作製と強度評価

放电等离子烧结PSZ-Ti复合材料的制备及强度评价

• 作者: 残間諒;坂真澄;藤井朋之
• 通讯作者: 藤井朋之

Investigation of oxygen diffusion behavior in PSZ-Ti composites during spark plasma sintering by multi-physics simulation

通过多物理场模拟研究放电等离子烧结过程中 PSZ-Ti 复合材料中的氧扩散行为

• 发表时间: 2013
• 作者: Y.Fukui;T.Fujii;K.Tohgo;Y.Shimamura
• 通讯作者: Y.Shimamura

Influence of particle size and debonding damage on an elastic–plastic singular field around a crack-tip in particulate-reinforced composites

颗粒尺寸和脱粘损伤对颗粒增强复合材料裂纹尖端周围弹塑性奇异场的影响

• DOI: 10.1007/s00707-013-1052-6
• 发表时间: 2014
• 期刊: Acta Mechanica
• 影响因子: 2.7
• 作者: K. Tohgo;T. Fujii;D. Kato;Y. Shimamura
• 通讯作者: Y. Shimamura

放電プラズマ焼結によるPSZ-Ti複合材料の創製のためのTi酸化挙動の評価

放电等离子烧结制备 PSZ-Ti 复合材料的 Ti 氧化行为评价

• 发表时间: 2012
• 作者: Shoji Kamiya;Toshifumi Kita;Hayato Izumi;原田将孝
• 通讯作者: 原田将孝