骨小梁金属概述PPT课件
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第1章 金属的晶体结构ppt课件
❖ 密排六方晶胞特征：
（1）晶格常数 用底面正六边形的边长a和两底面之间的距离c 来表达, 两相邻侧面之间的夹角为120°, 侧面与底面之间的夹 角为90°。
（2）晶胞原子数
（3）原子半径
r原子
1 2
a
（4）致密度 0.74 (74%)
（5）空隙半径
四面体空隙半径为: r四=0.225r原子 八面体空隙半径为: r八=0.414r原子 （6）配位数 12
Coordination number Atomic packing factor (APF)
crystal structures
FCC BCC HCP
a a a, c (c/a=1.633)
2a
3a
4
4
42
a 1 a2 c2
(
)
22 3 4
6
12 8
12
0.74 0.68
最新课件
0.74
19
4、晶体中的晶面和晶向—Page1/8
坐标轴上有截距或无穷大。
✓ (2)以晶格常数a为长度单位, 写出欲定晶面在三条坐标轴上 的截距: 1∞∞
✓ (3)截距取倒数：100 ✓ (4)截距的倒数化为最小整数：100 ✓ (5)将三整数写在圆括号内：(100) ❖ 晶面ABB’A’的晶面指数即为(100)
❖ 同样可得晶面ACC’A’和ACD’的晶面 指数分别为(110)、(111)。
最新课件
立方晶胞中的主要晶向
24
晶面和晶向—Page6/8
❖ 同样方法可得晶向OB、OC 的晶向指数分别为[110]、[111]
❖ 晶向指数的一般标记为[uvw]。
❖ [uvw]实际表示一组原子排列相同的平行晶向。
（1）晶格常数 用底面正六边形的边长a和两底面之间的距离c 来表达, 两相邻侧面之间的夹角为120°, 侧面与底面之间的夹 角为90°。
（2）晶胞原子数
（3）原子半径
r原子
1 2
a
（4）致密度 0.74 (74%)
（5）空隙半径
四面体空隙半径为: r四=0.225r原子 八面体空隙半径为: r八=0.414r原子 （6）配位数 12
Coordination number Atomic packing factor (APF)
crystal structures
FCC BCC HCP
a a a, c (c/a=1.633)
2a
3a
4
4
42
a 1 a2 c2
(
)
22 3 4
6
12 8
12
0.74 0.68
最新课件
0.74
19
4、晶体中的晶面和晶向—Page1/8
坐标轴上有截距或无穷大。
✓ (2)以晶格常数a为长度单位, 写出欲定晶面在三条坐标轴上 的截距: 1∞∞
✓ (3)截距取倒数：100 ✓ (4)截距的倒数化为最小整数：100 ✓ (5)将三整数写在圆括号内：(100) ❖ 晶面ABB’A’的晶面指数即为(100)
❖ 同样可得晶面ACC’A’和ACD’的晶面 指数分别为(110)、(111)。
最新课件
立方晶胞中的主要晶向
24
晶面和晶向—Page6/8
❖ 同样方法可得晶向OB、OC 的晶向指数分别为[110]、[111]
❖ 晶向指数的一般标记为[uvw]。
❖ [uvw]实际表示一组原子排列相同的平行晶向。
第一章金属材料的基础知识PPT课件
32
3.按冶炼方法分类： 按炉别分：
转炉钢 转炉为梨形容器，因装料和出钢时需倾转炉体而得名。
电炉钢 电炉钢 主要是各种炼各种优质合金钢，它利用电极与炉
料之间的电弧产生的热量完成熔炼的过程。 4. 按脱氧程度和浇注制度分：
沸腾钢 脱氧不完全的钢，因为这种钢液在钢锭模中冷凝时残
存的氧与碳发生反应。
FeO + C → Fe +CO CO气体使钢沸腾。 镇静钢 脱氧完全，基本上没有上述反应，钢液平静。 半镇静钢
只有一种金属元素的物质叫纯金属 由两种或两种以上的金属元素（或
金属与非金属元素）熔合在一起形 成的具有金属特性的物质叫合金。
7
金属材料就是指金属及合金。
当各个金属原子相互在一起形成固体
时，各金属原子与其价电子脱离变成
正离子，按照一定的几何形式排列，
并在其占据的位置上作高频率的振动,
价电子呈自由电子的形式在各离子间
27
炼钢炉中加入石灰是为了除去对钢的性质很 有害的S、P等杂质。 P2O5 +3CaO =Ca3(PO4)2 SiO2 + CaO = Ca SiO3 SO2 + CaO +O2 =Ca SO4 MnO + SiO2 =Mn SiO3
氧化后生成的CO气体很容易除去，其他氧化 物在熔剂的作用下变成熔渣除去。所有的 氧化反应都是强放热反应，能保持高温而 无须另外加热。
22
用纯氧代替空气可以克服由于空气 里的氮气的影响而使钢质变脆，以及 氮气排出时带走热量的缺点。在除去 大部分硫、磷后，当钢水的成分和温 度都达到要求时，即停止吹炼，提升 喷枪，准备出钢。出钢时使炉体倾斜， 钢水从出钢口注入钢水包里，同时加 入脱氧剂进行脱氧和调节成分。钢水 合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭， 钢锭可以再轧制成各种钢材。
3.按冶炼方法分类： 按炉别分：
转炉钢 转炉为梨形容器，因装料和出钢时需倾转炉体而得名。
电炉钢 电炉钢 主要是各种炼各种优质合金钢，它利用电极与炉
料之间的电弧产生的热量完成熔炼的过程。 4. 按脱氧程度和浇注制度分：
沸腾钢 脱氧不完全的钢，因为这种钢液在钢锭模中冷凝时残
存的氧与碳发生反应。
FeO + C → Fe +CO CO气体使钢沸腾。 镇静钢 脱氧完全，基本上没有上述反应，钢液平静。 半镇静钢
只有一种金属元素的物质叫纯金属 由两种或两种以上的金属元素（或
金属与非金属元素）熔合在一起形 成的具有金属特性的物质叫合金。
7
金属材料就是指金属及合金。
当各个金属原子相互在一起形成固体
时，各金属原子与其价电子脱离变成
正离子，按照一定的几何形式排列，
并在其占据的位置上作高频率的振动,
价电子呈自由电子的形式在各离子间
27
炼钢炉中加入石灰是为了除去对钢的性质很 有害的S、P等杂质。 P2O5 +3CaO =Ca3(PO4)2 SiO2 + CaO = Ca SiO3 SO2 + CaO +O2 =Ca SO4 MnO + SiO2 =Mn SiO3
氧化后生成的CO气体很容易除去，其他氧化 物在熔剂的作用下变成熔渣除去。所有的 氧化反应都是强放热反应，能保持高温而 无须另外加热。
22
用纯氧代替空气可以克服由于空气 里的氮气的影响而使钢质变脆，以及 氮气排出时带走热量的缺点。在除去 大部分硫、磷后，当钢水的成分和温 度都达到要求时，即停止吹炼，提升 喷枪，准备出钢。出钢时使炉体倾斜， 钢水从出钢口注入钢水包里，同时加 入脱氧剂进行脱氧和调节成分。钢水 合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭， 钢锭可以再轧制成各种钢材。
骨小梁简述
100 90 80 70 60 % 50 40 30 20 10 0
Trabecular Metal Cups Beaded Cups n=4/4 100%
20%
Trabecular Metal
Properties
Spinal Fusion
Proven osseous integration Ideal properties for bone ingrowth Ideal mechanical properties for bone healing
Ref: D Bobyn, M Tanzer, G Stackpool, et al, JBJS, 1999.
Transcortical Canine Plugs
4 Weeks
16 Weeks
52 Weeks
Canine Transcortical Model
Bobyn et. al., 1995 & 1996 ORS
50
material
Reference: Bobyn et al, 1999 AAOS
Cancellous Bone
压缩应力
强度
耐受大多数生理应力 机械强度可预见
Fatigue testing of TM vertebral body is shown
Strength
Withstands physiological loads without a solid metal substrate/backing: 3,500psi in compression
物理和机械学特性接近于骨 应力屏蔽 骨生成的质量
极佳的强度
骨小梁
肱骨大结节内变化与年龄的关系
随着年龄的增长，骨小梁逐渐被吸收,其密度和排列方式都发生变化。虽然各研究各期年龄组相差较大，但说 明肱骨大结节内骨小梁在密度和排列方式及与骨髓腔融合时间上与年龄的变化关系还是比较密切的。其密度变化 趋势由致密均匀向稀疏变细直至消失；而排列方式由放射状排列逐渐变得杂乱，并且骨小梁随年龄递增出现中断, 肱骨大结节内出现空洞,此空洞逐渐增大，最终与骨髓腔融合。肱骨大结节内骨小梁的这种年龄变化特征不失为年 龄鉴定的一个有用指标。
骨的内部结构对骨强度的影响
从机械角度来看，骨强度不止依赖于内在物质含量的多少，更多的依赖于相互之间的排布，即骨的内部结构。 主要包括皮质层厚度，骨膜，骨髓腔直径变化，及骨小梁数目、质量、方向和厚度等。采用有限元分析构成骨材 料本身的空间构架，及加载不同大小及方向应力下的骨强度的变化给一个较准确的全面的评价。其中骨骼大小、 横断面面积及面积截距的长短等可预计骨强度的70%～80%。另外，骨小梁具有承载负荷，在骨小梁之间及骨小梁 与皮质骨之间传导及分散应力载荷的作用，因此也是一个主要的影响骨强度的因素。对于骨小梁来说，其骨质量 与微结构密切相关。
谢谢观看
皮质骨对骨强度的影响
皮质骨本身的内在性质及孔隙度影响着骨强度的变化，内孔的大小和隙度决定着骨70%的弹性模量及55%的屈 服力点。其多孔特点是由哈菲斯骨板和骨吸收腔构成，皮质骨多孔时，骨的机械强度下降。应力作用下，骨皮质 变化晚于骨小梁，起初皮质骨宽度增加，厚度变薄且分层，进而疏松化，最终可呈细线状，相应的骨密度检测也 证实了这一点。Pistoia等研究了皮质骨与骨整体力学性能之间的关系，应用微型有限元法模拟了当桡骨远端的 骨量减少20%后骨力学强度的改变，发现因皮质骨变薄而导致骨量减少20%时，骨强度下降40%。对一个外力作用 下弯曲的骨测定表明，在屈点下方的骨皮质要厚于屈点上方。表明仅通过载力方向，很难判断骨小梁或是皮质骨 的弹性模量和硬度，但应力下骨小梁的变化影响着骨强度的大小。另外，骨皮质的微裂纹会延长骨折的发生，骨 皮质的孔隙度增加会限制骨微裂纹的进一步扩展。微裂纹的延长被发现多见于骨皮质的纵轴方向，证明骨单位在 纵轴方向上比较薄弱。新微裂纹的产生，也是骨折在外力下能量消散的一种方式，预防骨折的发生。但随着微裂 纹数量的增加，骨的韧度和硬度均下降。有人认为椎体骨的骨皮质和骨小梁体积比也是一个重要的影响骨强度的 因素。说明骨内部结构的变化是引起骨强度的变化的主要因素。此外，相同的骨矿含量但却因骨皮质结构不同， 骨强度发生变化，如管状骨和扁骨等。由于骨皮质截面积越大，骨髓腔越大，意味着单位体积内骨密度下降，骨 强度减小；反之，骨截面积越小，骨髓腔越小，意味着骨皮质层较厚，增加骨强度。也有研究证实骨皮质随着骨 髓腔增大，距离骨单位中心越远，其连续性硬度及弹性模量增加。总之，骨强度能够全面的评价骨的性质，逐渐 成为临床诊断的趋势。骨强度依赖于骨矿含量、骨内部结构、骨小梁和皮质骨厚度、及构成材料的内在特性等的 变化。应力作用下对骨细胞微结构、胶原、羟磷灰石的性质及构成、骨小梁和骨皮质的改变对于骨强度的维持至 关重要。
《金属结构》PPT课件 (2)
➢ 原子价：形成合金时每个原子平均贡献出来的公有 电子数。
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8
原子价的确定：
➢ 对非过渡族元素，原子价为其价电子数； ➢ 过渡族元素的原子价定为零。
过渡族元素次外层电子未满，形成合金时，可 贡献出最外层电子，也可吸收电子填充次外层， 贡献电子和吸收电子相抵消，原子价定为零。
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➢ （5）耐热 ➢ （6）耐蚀 ➢ （7）形状记忆效应、超弹性和消震性
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34
子引起的强化效果越大。
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21
2、具有较好的塑性、韧性。
3、电学性能：固溶体中随溶质浓度的增 加，电阻增加（对电子运动阻力增加）。
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22
二、中间相（金属间化合物）
定义：合金中各组元发生化学的相互作用，形成 晶体结构不同于纯组元，在相图上处于中间位置
的新相。 分类：
2、形成规律： ➢ （1）溶质与溶剂原子半径相近，绝大多数金属彼此能
形成置换固溶体。 ➢ （2）溶质和溶剂的电化学性质相近。
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5
3、影响置换固溶体固溶度的因素
(1)尺寸因素。
➢ △r 表示溶质原子半径（r质）和溶剂原子半径（r剂）的相 对差异：
➢ △r=（ r剂－ r质）/ r剂 或
➢ 定义：某些在高温具有短程有序的固溶体，当其成 分接近一定的原子比（例如AB，AB2，AB3等），在
低于一定的临界温度TC时，可以转变为长程有序固
溶体.
➢ 有序固溶体也称超结构。
➢ 在其X射线衍射图上出现额外的衍射线条，称为超 结构线，故将有序固溶体称为超结构。
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18
CuAuI型:化学式（原子比） Cu：Au＝1：1
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8
原子价的确定：
➢ 对非过渡族元素，原子价为其价电子数； ➢ 过渡族元素的原子价定为零。
过渡族元素次外层电子未满，形成合金时，可 贡献出最外层电子，也可吸收电子填充次外层， 贡献电子和吸收电子相抵消，原子价定为零。
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➢ （5）耐热 ➢ （6）耐蚀 ➢ （7）形状记忆效应、超弹性和消震性
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34
子引起的强化效果越大。
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21
2、具有较好的塑性、韧性。
3、电学性能：固溶体中随溶质浓度的增 加，电阻增加（对电子运动阻力增加）。
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22
二、中间相（金属间化合物）
定义：合金中各组元发生化学的相互作用，形成 晶体结构不同于纯组元，在相图上处于中间位置
的新相。 分类：
2、形成规律： ➢ （1）溶质与溶剂原子半径相近，绝大多数金属彼此能
形成置换固溶体。 ➢ （2）溶质和溶剂的电化学性质相近。
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5
3、影响置换固溶体固溶度的因素
(1)尺寸因素。
➢ △r 表示溶质原子半径（r质）和溶剂原子半径（r剂）的相 对差异：
➢ △r=（ r剂－ r质）/ r剂 或
➢ 定义：某些在高温具有短程有序的固溶体，当其成 分接近一定的原子比（例如AB，AB2，AB3等），在
低于一定的临界温度TC时，可以转变为长程有序固
溶体.
➢ 有序固溶体也称超结构。
➢ 在其X射线衍射图上出现额外的衍射线条，称为超 结构线，故将有序固溶体称为超结构。
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18
CuAuI型:化学式（原子比） Cu：Au＝1：1
金属材料基本知识部分PPT课件
件时的选材和设计
的依据。
图4 低碳钢拉伸曲线
9
2） 塑 性 ● 定义 金属材料断裂前发生永久变形（不可恢复）的能力。 ● 衡量指标
伸长率：
试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比。 断面收缩率：
试样拉断后，颈缩处的横截面积的缩减量与原 始横截面积的百分比。
10
伸长率（ δ ）
l1-l0
δ=
×100%
● 抗拉强度
材料在断裂前所能承受的最大应力，用符号σb表
示。
7
● 屈服点计算公式
Fs
σs= A0
F
F0.2
脆性材料的屈服点
σ = 0.2
F0.2 A0
图6
0
0.2%L0
ΔL
应用：σs和σ0.2常作为零件选材 和设计 的依据。
8
● 抗拉强度计算公式
σb=
Fb A0
应用：
脆性材料制作
机械零件和工程构
● 内部质点按一定的几何规律呈周期性规则排列的物 质称为晶体。
● 有固定的熔点（如铁为1538℃，铜为1083℃，铝为 660℃）；一般具有规则的外形；在不同的方向上具 有不同的性能，即表现出晶体的各向异性。
●非晶体及其特性
● 内部质点无规则的堆积在一起的物质称为非晶体。
与晶体相反，没有固定的熔点；表现出各向同性。
准确，但不能测量成品 件。 ● 试验（录像）
图11 布氏硬度法
15
● 洛氏硬度
（HRA、HRB、HRC）
●试验：GB83。
一定锥形的金刚石 （淬火钢球），在规 定载荷和时间后，测 出的压痕深度的大小。
图12 洛氏硬度计
16
● 洛氏硬度（HRA、HRB、HRC） 测量录像
金属材料课件ppt
详细描述
THANK YOU.
谢谢您的观看
通过高能机械球磨和长时间低温退火处理，制备具有纳米级晶粒和优异性能的金属材料。
金属材料的加工工艺
通过将熔融的金属倒入模具中，冷却凝固后获得所需形状和尺寸的金属零件。
铸造工艺
通过施加外力，使金属坯料变形，获得所需形状和尺寸的金属零件。
锻造工艺
通过熔融或压接金属零件，使它们连接在一起，形成完整的金属结构。
2023
金属材料课件ppt
目录
contents
金属材料概述金属材料的制备与加工常见金属材料及其性能特点金属材料的应用与前景金属材料的发展趋势与挑战案例分析与实践应用
金属材料概述
01
金属材料是指以金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。
定义
金属材料包括纯金属、合金、金属间化合物、特种金属材料等。
功能金属材料是指具有特殊功能和用途的金属材料，如形状记忆合金、超导合金等，具有高灵敏度、高韧性等特点，广泛应用于医疗、能源等领域。
简介
功能金属材料包括形状记忆合金、超导合金、磁性合金等。
分类
功能金属材料的特殊功能和用途决定了其独特的性能特点，如形状记忆合金具有形状记忆效应，超导合金具有零电阻和强磁性等。
性能特点
功能金属材料及其性能特点
金属材料的应用与前景
04
航空航天领域的应用
航空航天领域是金属材料的重要应用领域，包括铝合金、钛合金、钢等金属材料。
钛合金在航空航天领域的应用也越来越广泛，如喷气发动机的叶片、火箭发动机等。
铝合金在航空航天领域应用广泛，如飞机机身、机翼、起落架等。
钢在航空航天领域的应用也十分重要，如飞机起落架、火箭壳体等。
案例三：不锈钢在建筑领域的应用
THANK YOU.
谢谢您的观看
通过高能机械球磨和长时间低温退火处理，制备具有纳米级晶粒和优异性能的金属材料。
金属材料的加工工艺
通过将熔融的金属倒入模具中，冷却凝固后获得所需形状和尺寸的金属零件。
铸造工艺
通过施加外力，使金属坯料变形，获得所需形状和尺寸的金属零件。
锻造工艺
通过熔融或压接金属零件，使它们连接在一起，形成完整的金属结构。
2023
金属材料课件ppt
目录
contents
金属材料概述金属材料的制备与加工常见金属材料及其性能特点金属材料的应用与前景金属材料的发展趋势与挑战案例分析与实践应用
金属材料概述
01
金属材料是指以金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。
定义
金属材料包括纯金属、合金、金属间化合物、特种金属材料等。
功能金属材料是指具有特殊功能和用途的金属材料，如形状记忆合金、超导合金等，具有高灵敏度、高韧性等特点，广泛应用于医疗、能源等领域。
简介
功能金属材料包括形状记忆合金、超导合金、磁性合金等。
分类
功能金属材料的特殊功能和用途决定了其独特的性能特点，如形状记忆合金具有形状记忆效应，超导合金具有零电阻和强磁性等。
性能特点
功能金属材料及其性能特点
金属材料的应用与前景
04
航空航天领域的应用
航空航天领域是金属材料的重要应用领域，包括铝合金、钛合金、钢等金属材料。
钛合金在航空航天领域的应用也越来越广泛，如喷气发动机的叶片、火箭发动机等。
铝合金在航空航天领域应用广泛，如飞机机身、机翼、起落架等。
钢在航空航天领域的应用也十分重要，如飞机起落架、火箭壳体等。
案例三：不锈钢在建筑领域的应用
《骨的结构和功能》课件
骨膜
覆盖于骨表面的一层结缔组织，对骨的生长 、修复和感觉功能起到重要作用。
骨的分类
短骨
短而扁，主要分布于手和足部， 如腕骨、跗骨等。
不规则骨
形状不规则，内部结构复杂，如 椎骨、蝶骨等。
01
02
长骨
分布于四肢，具有长而管状的结 构，如股骨、胫骨等。
03
04
扁骨
呈板状，主要构成颅腔和胸腔的 壁，如颅顶骨、肋骨等。
量、减少骨折风险等，如合理饮食、适量运动、药物治
疗等。
05
骨的疾病与治疗
骨折
01
02
03
04
定义
骨折是指骨结构的连续性完全 或部分断裂。
原因
骨折通常由创伤引起，如跌倒 、撞击或运动损伤。
症状
疼痛、肿胀、瘀斑、活动受限 和畸形是骨折的常见症状。
治疗
骨折的治疗方法包括复位、固 定和康复训练。
骨关节炎
本课件详细介绍了骨的构造、骨组织、骨细胞以及骨的生长与发育等基础知识，帮 助学习者全面了解骨的基本知识。
通过学习本课件，学习者可以掌握骨的生理功能、骨代谢与骨重建的过程以及骨的 常见疾病和防治方法等方面的知识，提高对骨的认识和保护意识。
展望
01
随着医学科学的发展，骨科学 的研究将更加深入，对于骨的 结构和功能将有更深入的了解 。
差异。
营养因素
激素水平对骨的生长和发育也有影响，如生 长激素、甲状腺激素等对骨骼的生长速度和
发育程度起到调节作用。
激素水平
营养物质的摄入对骨的生长和发育至关重要 ，如钙、磷、维生素D等矿物质和维生素的 缺乏可能导致骨骼生长受限。
运动和姿势
适当的运动和正确的姿势对骨骼的健康生长 和发育至关重要，适量的运动能够促进骨骼 的生长和发育，而不良姿势可能高缩短是骨质疏松症的常见 症状。
金属材料经典课件(ppt 39页)
3、56克铁锌合金产生多少氢气的问题
课题3 金属资源的利用和保护
知识点1 金属矿物；铁的冶炼 1.例：有磁铁矿（主要成分是Fe3O4）、黄 铁矿（主要成分是FeS2）、赤铁矿（主要成 分是Fe2O3），请从多角度分析三种矿石中 哪种不适合炼铁？原因是什么？
银白色铝露置于空气中，表面会逐渐变暗， 生成一层致密的薄膜—氧化铝；氧化铝薄膜 可以阻止内部的铝进一步氧化，从而对铝制 品起保护作用。因此，铝制品具有很好的抗 腐蚀性。2Mg+O2 = 2MgO
4Al+3O2 = 2Al2O3
2.铁与氧气的反应
（1）常温下在干燥的空气中，铁很难与氧气 发生反应。 （2）常温下在潮湿的空气中，铁与空气中的 氧气和水共同作用会生成暗红色疏松的物 质——铁锈（主要成分是三氧化二铁） （3）铁丝在氧气中燃烧时 现象：剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热， 生成一种黑色固体。 3Fe+2O2 点燃 Fe3O4
几个问题
1、把锌放入硝酸铜 硝酸银的混合溶液 中，充分反应后向固体加硫酸看是否 有气泡的问题。
2、把铁 铜的混合物放入硝酸银溶液中 的问题。
3、设计方案验证金属的活动性顺序。
4、金属和盐溶液反应后，金属质量变 化的问题。
总结： 1、金属距离越远越先反应。 2、 先排顺序
一般不用中间产物（有时用酸）
（3）其他几种合金的成分、性能和用途
合金 主要成分
主要性能
主要用途
黄铜 铜、锌 焊锡 锡、铅
强度大、可塑性强、 机器零件、仪表、
易加工、耐腐蚀
日用品
熔点低
焊接金属
硬铝 铝、铜、 强度和硬度大、密度 火箭、飞机、轮
镁、硅 小 、耐腐蚀
船等制造业
课题3 金属资源的利用和保护
知识点1 金属矿物；铁的冶炼 1.例：有磁铁矿（主要成分是Fe3O4）、黄 铁矿（主要成分是FeS2）、赤铁矿（主要成 分是Fe2O3），请从多角度分析三种矿石中 哪种不适合炼铁？原因是什么？
银白色铝露置于空气中，表面会逐渐变暗， 生成一层致密的薄膜—氧化铝；氧化铝薄膜 可以阻止内部的铝进一步氧化，从而对铝制 品起保护作用。因此，铝制品具有很好的抗 腐蚀性。2Mg+O2 = 2MgO
4Al+3O2 = 2Al2O3
2.铁与氧气的反应
（1）常温下在干燥的空气中，铁很难与氧气 发生反应。 （2）常温下在潮湿的空气中，铁与空气中的 氧气和水共同作用会生成暗红色疏松的物 质——铁锈（主要成分是三氧化二铁） （3）铁丝在氧气中燃烧时 现象：剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热， 生成一种黑色固体。 3Fe+2O2 点燃 Fe3O4
几个问题
1、把锌放入硝酸铜 硝酸银的混合溶液 中，充分反应后向固体加硫酸看是否 有气泡的问题。
2、把铁 铜的混合物放入硝酸银溶液中 的问题。
3、设计方案验证金属的活动性顺序。
4、金属和盐溶液反应后，金属质量变 化的问题。
总结： 1、金属距离越远越先反应。 2、 先排顺序
一般不用中间产物（有时用酸）
（3）其他几种合金的成分、性能和用途
合金 主要成分
主要性能
主要用途
黄铜 铜、锌 焊锡 锡、铅
强度大、可塑性强、 机器零件、仪表、
易加工、耐腐蚀
日用品
熔点低
焊接金属
硬铝 铝、铜、 强度和硬度大、密度 火箭、飞机、轮
镁、硅 小 、耐腐蚀
船等制造业
骨科材料PPT课件
钛-铝-铌（TAN）合金
柔韧性极佳（不易断），同时具有良好的机械强度。
钛螺钉
钛质髓内钉
钛接骨板
钛-铝-铌（TAN）合金
耐腐蚀性高于不锈钢 合金表面的氧化层（惰性）提供进一步的耐腐蚀性
螺钉与板之间的摩擦腐蚀低于不锈钢
不同性质金属 在体内接触的 后果？
钛合金表面的颜色
并非染料
由氧化层呈现
氧化层厚度不同， 呈现的颜色各异 不会产生不良反映， 不会影响骨的生长
热处理
高硬度
克氏针、斯氏针
钛和钛合金
生物相容性是目前己知金属中最好的 无磁性，MRI相容 弹性模量和人体骨骼接近 无毒，允许骨细胞生长
钛合金材料
传统的钛-铝-钒合金（Ti-6Al-4V) 新型钛-铝-铌合金（Ti-6Al-7Nb)
铌取代钒，使钛合金生物相容性更佳； 材料的延展性和韧性更理想； 更不容易断裂。
其他可能遇到的材料
钴-铬-钼合金（Co-Cr-Mo) 聚乙烯材料
树脂浸泡的聚合材料（手柄）
其他可能遇到的材料
记忆合金：镍钛合金
生物陶瓷：三氧化二铝或氧化锆
材料的选择
具体的伤病
患者的情况
经济状况 未来的需要
耐腐蚀性 耐腐蚀性
良好的韧性 良好的韧性
合适的硬度 合适的硬度
316L不锈钢：
铁（62.5%)+铬(17.6%)+镍(14.5%) +钼(2.8%)+其他元素(微量)
无磁性
目前广泛使用的内固定材料 不同加工工艺生产的材料具有不同性能
316L不锈钢的不同用途
退火 低硬度
重建板、钢丝
冷作
中等硬度
钢板、螺钉、髓内钉
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软骨下骨 松质骨
TM
25
硬度与植骨应力对应表
材料
硬度 (GPa)
最大植骨应力 (%)
钛合金 碳纤维、皮质骨
可吸收 骨小梁金属材料
110 15 12 3
5% 29% 33% 67%
26
弹性模量与骨相配
➢ 更多正常应力转移到骨上 ➢ 正常应力生理性分配 ➢ 给骨愈合/形成提供有利的生物力学环境
27
Trabecular Metal
0.2
0
骨膜
松质骨 皮质骨 骨对骨
18
提高摩擦力 = 加强稳定性
19
TM 脊柱装置的拔出试验
20
TM 装置拔出试验结果
植入物
平均值 标准植入 最小值
(N)
物20
TM-400
667
271
440
TM-500 Parallel 535
80
446
Lumbar = 200N, Shultz AB et al. J of Biomechanics. 15(9), 1982.
物理特性:
在纯品状态下延展性非常好 几乎可以完全抵抗化学性侵袭 极高的熔点、强度和延展性允许生产者用来生产复杂的多孔
结构
3
钽金属元素
4
钽金属
骨小梁金属
材料描述
生产工艺
5
化学蒸气沉积
Reticulated Vitreous Carbon
98% 钽金属, 2% 玻璃碳
Chlorine
TaCl TaCl TaCl
骨HE小D梁R金OC属EL
Fiber Mesh (Z) Hed = 1.40x
Beads (Z) Hed = 1.42x Beads (H) Hed = 1.66x
Smooth Metal Hed = 2.04x
16
微刺摩擦
微刺
Beads
Trabecular Metal
Fiber Metal 17
Univ of Mississippi, Univ of Sydney
80% 孔隙率
70
强度大于松质骨
60
强度来源于金属钽的特性
50
40
Trabecular Metal
material
Cancellous Bone
30
20
10
0
Reference: Bobyn et al, 1999 AAOS
29
压缩应力
强度
➢ 耐受大多数生理应力 ➢ 机械强度可预见
Fatigue testing of TM vertebral body is shown
TaCl TaCl
TaCl TaCl TaCl
TaCl
Ta
HCl HCl
HCl
HCl
HCl HCl
Hydrogen
6
7
骨小梁金属原材料
8
各种形状
VBR-21
VBR-11
TM-100
TM-300
TM-400
TM-500
9
550 mµ Cell Size (Avg.)
十二面体结构
Micro-crystal Ta Surfaces
骨小梁金属
概述
1
钽金属
• 一种纯粹的金属元素, 原子序号 73.
• 坚强、有延展性 • 钽、铌、锆和钛是四种生物相容
性最好的元素. • 钽是所有元素中生物相容性最好
的.
2
骨小梁金属材料知识
临床应用:
可追溯到上世纪四十年代 钽粉末曾用来做放射性标记 钽也被用来做弹性支架、血管夹和牙科植入物 钽金属网一直被应用在颅脑外科
10
微孔化的小梁结构
80-85% 孔隙率, 550 mm直径的蜂窝结构 孔隙率是“表面涂层”材料的2 – 3倍 蜂窝结构内部完全互联成网络 给组织生长整合提供无障碍的通路
11
钛珍珠 （涂层）
骨小梁金属 (物质)
30% 孔隙率
80% 孔隙率
12
骨小梁金属可以看作是骨的金属复制品
13
骨小梁金属™ 材料
独一无二的近似骨的结构
高孔隙率－有助于骨生长 高度互联的蜂窝结构－提供广泛的骨长入
材料特性 高摩擦系数提供植入物良好的初始稳定性
物理和机械学特性接近于骨 应力屏蔽 骨生成的质量
极佳的强度
提供初始稳定性 骨桥接长期的支架
28
TRABECULAR METAL 强度
Strength (MPa)
32
动物体内实验
Numerous Pre-Clinical Studies performed between 1992 – 1995
McGill University, Clemson Univ, Ohio State Univ, Cleveland Clinic, Rush-Presbyterian,
20
40
60
80
100
120
23
硬度
15
12
9
6
3
0.8
1.5
0
Cancellous BoSnuebchondral Bone
15 12
3
TM
RCeosrotircbaalbBleone/Carbon Fiber
24
不同材料的弹性模量 (GPa)
20
110
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
钛 皮质骨 可吸收 PEEK
松质骨
14
骨小梁金属独有品质
独一无二的近似骨的结构
高孔隙率－有助于骨生长 高度互联的蜂窝结构－提供广泛的骨长入
理想的材料特性
高的摩擦系数
良好的植入物初始稳定性
15
摩擦系数
1
0.9
0.88
0.8
0.7
0.63 0.62
0.6
0.53
0.5
0.43
0.4
0.3
0.2
0.1
0
多孔材料对骨的摩擦力
30
Strength
Withstands physiological loads without a solid metal
substrate/backing: 3,500psi in compression
31
Trabecular Metal
高端生物相容性 空间结构类似于松质骨 高摩擦系数提供植入物初始稳定性 与骨相对应的弹性模量(3 GPa) 混凝土般的强度 与“人工骨”不是一类物质
21
Trabecular Metal
独一无二的近似骨的结构
高孔隙率－有助于骨生长 高度互联的蜂窝结构－提供广泛的骨长入
材料特性 高摩擦系数提供植入物良好的初始稳定性
物理和机械学特性接近于骨 应力屏蔽 骨生成的质量
22
0
皮质骨 TM
软骨下骨 PMMA PE Ti
弹性模量 (GPa)
摩擦系数:
骨小梁金属 vs 不同类型骨
2
1.8
1.75
1.6
1.4
1.2 1
0.8 0.6 0.4
Trab.Metal on Periosteum
0.88
Trab. Metal on Cancellous Bone
0.74
Trab. Metal on Cortical Bone
0.61
Cortical on Cancellous
TM
25
硬度与植骨应力对应表
材料
硬度 (GPa)
最大植骨应力 (%)
钛合金 碳纤维、皮质骨
可吸收 骨小梁金属材料
110 15 12 3
5% 29% 33% 67%
26
弹性模量与骨相配
➢ 更多正常应力转移到骨上 ➢ 正常应力生理性分配 ➢ 给骨愈合/形成提供有利的生物力学环境
27
Trabecular Metal
0.2
0
骨膜
松质骨 皮质骨 骨对骨
18
提高摩擦力 = 加强稳定性
19
TM 脊柱装置的拔出试验
20
TM 装置拔出试验结果
植入物
平均值 标准植入 最小值
(N)
物20
TM-400
667
271
440
TM-500 Parallel 535
80
446
Lumbar = 200N, Shultz AB et al. J of Biomechanics. 15(9), 1982.
物理特性:
在纯品状态下延展性非常好 几乎可以完全抵抗化学性侵袭 极高的熔点、强度和延展性允许生产者用来生产复杂的多孔
结构
3
钽金属元素
4
钽金属
骨小梁金属
材料描述
生产工艺
5
化学蒸气沉积
Reticulated Vitreous Carbon
98% 钽金属, 2% 玻璃碳
Chlorine
TaCl TaCl TaCl
骨HE小D梁R金OC属EL
Fiber Mesh (Z) Hed = 1.40x
Beads (Z) Hed = 1.42x Beads (H) Hed = 1.66x
Smooth Metal Hed = 2.04x
16
微刺摩擦
微刺
Beads
Trabecular Metal
Fiber Metal 17
Univ of Mississippi, Univ of Sydney
80% 孔隙率
70
强度大于松质骨
60
强度来源于金属钽的特性
50
40
Trabecular Metal
material
Cancellous Bone
30
20
10
0
Reference: Bobyn et al, 1999 AAOS
29
压缩应力
强度
➢ 耐受大多数生理应力 ➢ 机械强度可预见
Fatigue testing of TM vertebral body is shown
TaCl TaCl
TaCl TaCl TaCl
TaCl
Ta
HCl HCl
HCl
HCl
HCl HCl
Hydrogen
6
7
骨小梁金属原材料
8
各种形状
VBR-21
VBR-11
TM-100
TM-300
TM-400
TM-500
9
550 mµ Cell Size (Avg.)
十二面体结构
Micro-crystal Ta Surfaces
骨小梁金属
概述
1
钽金属
• 一种纯粹的金属元素, 原子序号 73.
• 坚强、有延展性 • 钽、铌、锆和钛是四种生物相容
性最好的元素. • 钽是所有元素中生物相容性最好
的.
2
骨小梁金属材料知识
临床应用:
可追溯到上世纪四十年代 钽粉末曾用来做放射性标记 钽也被用来做弹性支架、血管夹和牙科植入物 钽金属网一直被应用在颅脑外科
10
微孔化的小梁结构
80-85% 孔隙率, 550 mm直径的蜂窝结构 孔隙率是“表面涂层”材料的2 – 3倍 蜂窝结构内部完全互联成网络 给组织生长整合提供无障碍的通路
11
钛珍珠 （涂层）
骨小梁金属 (物质)
30% 孔隙率
80% 孔隙率
12
骨小梁金属可以看作是骨的金属复制品
13
骨小梁金属™ 材料
独一无二的近似骨的结构
高孔隙率－有助于骨生长 高度互联的蜂窝结构－提供广泛的骨长入
材料特性 高摩擦系数提供植入物良好的初始稳定性
物理和机械学特性接近于骨 应力屏蔽 骨生成的质量
极佳的强度
提供初始稳定性 骨桥接长期的支架
28
TRABECULAR METAL 强度
Strength (MPa)
32
动物体内实验
Numerous Pre-Clinical Studies performed between 1992 – 1995
McGill University, Clemson Univ, Ohio State Univ, Cleveland Clinic, Rush-Presbyterian,
20
40
60
80
100
120
23
硬度
15
12
9
6
3
0.8
1.5
0
Cancellous BoSnuebchondral Bone
15 12
3
TM
RCeosrotircbaalbBleone/Carbon Fiber
24
不同材料的弹性模量 (GPa)
20
110
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
钛 皮质骨 可吸收 PEEK
松质骨
14
骨小梁金属独有品质
独一无二的近似骨的结构
高孔隙率－有助于骨生长 高度互联的蜂窝结构－提供广泛的骨长入
理想的材料特性
高的摩擦系数
良好的植入物初始稳定性
15
摩擦系数
1
0.9
0.88
0.8
0.7
0.63 0.62
0.6
0.53
0.5
0.43
0.4
0.3
0.2
0.1
0
多孔材料对骨的摩擦力
30
Strength
Withstands physiological loads without a solid metal
substrate/backing: 3,500psi in compression
31
Trabecular Metal
高端生物相容性 空间结构类似于松质骨 高摩擦系数提供植入物初始稳定性 与骨相对应的弹性模量(3 GPa) 混凝土般的强度 与“人工骨”不是一类物质
21
Trabecular Metal
独一无二的近似骨的结构
高孔隙率－有助于骨生长 高度互联的蜂窝结构－提供广泛的骨长入
材料特性 高摩擦系数提供植入物良好的初始稳定性
物理和机械学特性接近于骨 应力屏蔽 骨生成的质量
22
0
皮质骨 TM
软骨下骨 PMMA PE Ti
弹性模量 (GPa)
摩擦系数:
骨小梁金属 vs 不同类型骨
2
1.8
1.75
1.6
1.4
1.2 1
0.8 0.6 0.4
Trab.Metal on Periosteum
0.88
Trab. Metal on Cancellous Bone
0.74
Trab. Metal on Cortical Bone
0.61
Cortical on Cancellous