鉆頭表面改性對骨骼切削熱影響的實驗研究

1、<p>　　單位代碼 10006 </p><p>　　學 號 10101039 </p><p>　　分類號 TP242 </p><p><b>　　畢業(yè)設計(論文)</b></p><p>　　鉆頭表面改性對骨骼切

2、削熱影響的</p><p><b>　　實驗研究 </b></p><p><b>　　2014年 5 月</b></p><p><b>　　北京航空航天大學</b></p><p>　　本科畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　?、?、畢業(yè)設計（

3、論文）題目：</p><p>　　鉆頭表面改性對骨骼切削熱影響的實驗研究 </p><p>　?、?、畢業(yè)設計（論文）使用的原始資料（數(shù)據(jù)）及設計技術(shù)要求：</p><p>　　基于深圳市科技研發(fā)基金基礎(chǔ)研究計劃的項目擴展研究的要求：1）優(yōu)化改進已有的骨骼鉆削實

4、驗平臺；2）分別使用等離子清洗和ta-C涂層對實驗用鉆頭進行處理；3）使用牛骨開展骨骼鉆削實驗，測試等離子清洗和ta-C涂層對降低切削熱的效果，并對實驗數(shù)據(jù)進行分析和整理。 </p><p>　　Ⅲ、畢業(yè)設計（論文）工作內(nèi)容：</p><p>　　1)文獻

5、調(diào)研，完成開題報告 。 </p><p>　　2）骨骼鉆削實驗平臺優(yōu)化：在已有的骨骼鉆削實驗平臺的基礎(chǔ)上，通過引入新型的測溫手段（如：熱電偶預埋等）優(yōu)化測溫方法，爭取實現(xiàn)實時的骨骼鉆削溫度測量。 　　　　　　　　　　　　 </p><p>　　3)

6、鉆頭等離子清洗對骨骼鉆削切削溫度的影響研究：嘗試用不同的條件對鉆頭進行等離子清洗，然后用經(jīng)等離子清洗后的鉆頭進行鉆削實驗，與普通鉆頭的實驗結(jié)果進行對比以研究鉆頭等離子清洗對切削熱的影響規(guī)律。 </p><p>　　4) 鉆頭ta-C涂層對骨骼鉆削切削溫度的影響研究：對實驗用鉆頭進行ta-C涂層處理，然后用經(jīng)ta-C涂層處理后的鉆

7、頭進行鉆削實驗，與普通鉆頭的實驗結(jié)果進行對比以探索鉆頭ta-C涂層對切削熱的影響規(guī)律。 </p><p>　　5）完成相關(guān)畢業(yè)論文一篇。 </p><p><b>　　Ⅳ、主要參考資料：</b&

8、gt;</p><p>　　[1].Pandey R K, Panda S S. Drilling of bone: A comprehensive review[J]. Journal of Clinical Orthopaedics and Trauma, 2013 [In press].</p><p>　　[2]. Rodríguez-Villanueva C, Enci

9、nas N, Abenojar J, et al. Assessment of atmospheric plasma treatment cleaning effect on steel surfaces[J]. Surface and Coatings Technology, 2013, 236: 450-456.</p><p>　　[3]. Piazza F, Morell G. Wettability o

10、f hydrogenated tetrahedral amorphous carbon[J]. Diamond and Related Materials, 2009, 18(1): 43-50.</p><p>　　[4].Sugita N, Osa T, Mitsuishi M. Analysis and estimation of cutting-temperature distribution durin

11、g end milling in relation to orthopedic surgery. Medical Engineering & Physics, 2009, 31:101–107.</p><p>　　[5]. Augustin G, Davila S, Mihoci K, Udiljak T, Vedrina DS, Antabak A. Thermal osteonecrosis and

12、 bone drilling parameters revisited. Arch Orthop Trauma Surg. 2008, 128: 71-77.</p><p>　　[6]. Lundskog J. Heat and bone tissue. Scand J Plast Reconstr Surg Suppl. 1972, 9:1-80.</p><p>　　生物與醫(yī)學工程

13、院（系） 生物醫(yī)學工程 專業(yè)類 101012 班</p><p>　　學生 孫志彬 </p><p>　　畢業(yè)設計（論文）時間： 自 2014 年 3 月 3 日至 2014 年 6 月 18 日</p><p>　　答辯時間： 2014 年 6 月 10 日 成績 </p><

14、;p>　　指導教師： 王豫 </p><p>　　兼職教師或答疑教師（并指出所負責部分）：</p><p>　　教研室主任 </p><p><b>　　本人聲明</b></p><p>　　我聲明，本論文及其研究工作是由本人在導師指導下獨立完成的

15、，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。</p><p><b>　　作者：孫志彬</b></p><p><b>　　簽字：</b></p><p>　　日期：2014年5月</p><p>　　鉆頭表面改性對骨骼切削熱影響的實驗研究</p><p>　　學

16、 生：孫志彬 </p><p><b>　　指導教師：王 豫</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　骨骼鉆削是骨科、顱頜面外科、口腔科等手術(shù)的最基本、最常見的手術(shù)操作方式之一。但是在骨骼鉆削過程中會有大量的切削熱產(chǎn)生，又由于骨骼是不良的熱傳導體，因此骨骼鉆削過程中產(chǎn)生的熱量

17、是不容易消散的，而當骨組織溫度超過一定閾值的時候就會造成不可逆的熱損傷。因此，研究骨骼切削熱的產(chǎn)生機理及影響因素，探索一種行之有效的骨骼切削熱降低方法具有非常重要的意義和應用前景。表面改性技術(shù)是通過機械、物理、化學等方法來改變材料表面的形貌、化學成分、相組成、微觀結(jié)構(gòu)、缺陷狀態(tài)或應力狀態(tài)，使材料表面具有較本體更好的機械性能。本實驗中應用了兩種表面改性技術(shù)：Ta-C(非晶鉆石薄膜)涂層技術(shù)和等離子處理技術(shù)，經(jīng)實驗研究Ta-C涂層可以增大材

18、料的表面硬度和導熱性，而等離子處理后的材料表面親水性大大提高進而在其表面形成水膜。到目前為止，關(guān)于骨骼鉆削中切削熱影響因素的研究幾乎沒有改變鉆頭表面性質(zhì)從而降低骨骼切削熱的論述，本研究著眼于材料科學、機械技術(shù)與生物科學的交叉點，從改變鉆頭的表面性質(zhì)出發(fā)，將Ta-C涂層技術(shù)和等離子處理技術(shù)應用于骨骼鉆削中，通過實驗研究驗證鉆頭表面改性對降低骨骼切削熱的有效性，同時探索研究對切削熱的更精</p><p>　　關(guān)鍵詞：

19、骨骼切削熱，表面改性，Ta-C涂層，等離子處理</p><p>　　Experimental Investigation of Cutting-temperature during Bone Drilling with Drill’s Surface-modification</p><p>　　Author : SUN Zhibin</p><p>　　Tutor

20、 : WANG Yu</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Bone drilling is one of the most basic and common ways in orthopedic surgery, craniofacial surgery and dental surgery. But a large amount

21、 of heat will be generated during the drilling process, and the bone is a poor heat conductor. Therefore, the heat generated during the drilling of bone is not easily dissipated, and the bone tissue when the temperature

22、exceeds a certain threshold value, will suffer irreversible heat damage. For this reason, researching on the mechanism and the influence factor</p><p>　　Key words：Cutting-heat, Surface-modification, Ta-C coa

23、ting, Plasma treatment</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1. 緒論1</b></p><p>　　1.1課題背景及目的：1</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究狀況：2</p><p>　　1.2.

24、1 關(guān)于骨骼鉆削的研究:2</p><p>　　1.2.2 關(guān)于表面改性對骨骼切削熱的影響8</p><p>　　1.3課題研究方法11</p><p>　　1.3.1骨骼鉆削實驗平臺優(yōu)化11</p><p>　　1.3.2 鉆頭等離子處理對骨骼鉆削切削溫度的影響研究11</p><p>　　1.3.3 鉆

25、頭ta-C涂層對骨骼鉆削切削溫度的影響研究11</p><p>　　1.4論文構(gòu)成及研究內(nèi)容11</p><p>　　2. 骨骼鉆削平臺優(yōu)化及預實驗13</p><p>　　2.1 實驗平臺的優(yōu)化13</p><p>　　2.1.1原實驗平臺所用的設備13</p><p>　　2.1.2實驗平臺的優(yōu)化

26、16</p><p>　　2.2 等離子處理的預實驗18</p><p>　　2.3 骨鉆削預實驗21</p><p>　　2.3.1 骨樣本的選擇21</p><p>　　2.3.2 骨骼鉆削參數(shù)優(yōu)化22</p><p>　　3. 骨骼鉆削實驗23</p><p>　　3.1 實驗流

27、程23</p><p>　　3.2 實驗結(jié)果24</p><p>　　3.2.1 普通鉆頭的實驗結(jié)果24</p><p>　　3.2.2 等離子處理鉆頭的實驗結(jié)果24</p><p>　　3.2.3 Ta-C 涂層鉆頭的實驗結(jié)果24</p><p>　　3.2.4 Ta-C 涂層后等離子處理鉆頭的實驗結(jié)果

28、25</p><p><b>　　結(jié) 論26</b></p><p><b>　　致 謝27</b></p><p><b>　　參考文獻28</b></p><p><b>　　1. 緒論</b></p><p><

29、;b>　　課題背景及目的： </b></p><p>　　近年來，現(xiàn)代人由于受到生活壓力、工作繁重、環(huán)境污染等因素的諸多影響，人們的骨頭越來越“脆弱”，提前“老化”現(xiàn)象屢見不鮮，使得我國骨病發(fā)病率成逐年上升的趨勢。數(shù)據(jù)顯示，目前我國60歲以上老人中，有55%的人患有關(guān)節(jié)疾病、有56%的人患有骨質(zhì)疏松癥，女性發(fā)病率高達60%至70%；其中，椎間盤突出癥是引起腰腿痛最常見的疾病，在西方總發(fā)

30、病率15.2%～30%，國內(nèi)統(tǒng)計達到18%。全國大約有7%-10%的人患上了頸腰椎病，50-60歲年齡段頸腰椎病的發(fā)病率約20%-30%；60-70歲年齡段達50%。生活質(zhì)量下降、生命受到嚴重威脅是骨病患者的常態(tài)，值得注意的是，在臨床中年齡在20多歲的年輕患者呈增多的趨勢。</p><p>　　骨骼鉆削是骨科、顱頜面外科、口腔科等手術(shù)的最基本、最常見的手術(shù)操作方式之一。但是在骨骼鉆削過程中會有大量的切削熱產(chǎn)生，又

31、由于骨骼是不良的熱傳導體，因此骨骼鉆削過程中產(chǎn)生的熱量是不容易消散的，而當骨組織溫度超過一定閾值的時候就會造成不可逆的熱損傷[1]。因此，研究骨骼切削熱的產(chǎn)生機理及影響因素，探索一種行之有效的骨骼切削熱降低方法具有非常重要的意義和應用前景。表面改性技術(shù)是通過機械、物理、化學等方法來改變材料表面的形貌、化學成分、相組成、微觀結(jié)構(gòu)、缺陷狀態(tài)或應力狀態(tài), 使材料表面具有較本體更高的耐蝕、耐磨、耐高溫和抗疲勞等性能, 從而充分發(fā)揮金屬材料的潛力

32、[2]。本實驗中應用了兩種表面改性技術(shù)：Ta-C(非晶鉆石薄膜)涂層技術(shù)和等離子處理技術(shù)，實驗表明，等離子清洗后的材料表面具有強親水性[3]，從而可以吸附水膜達到冷卻鉆頭的作用。而ta-C涂層可以有效降低鉆頭的摩擦系數(shù)[4]，進而減少鉆削過程中產(chǎn)生的摩擦熱量。到目前為止，關(guān)于骨骼鉆削中切削熱影響因素的研究幾乎沒有改變鉆頭表面性質(zhì)從而降低骨骼切削熱的論述，本研究著眼于材料科學、機械技術(shù)與生物科學的交叉點，從改變鉆頭的表面性質(zhì)出發(fā)，將Ta-

33、</p><p><b>　　國內(nèi)外研究狀況：</b></p><p>　　1.2.1 關(guān)于骨骼鉆削的研究:</p><p>　　骨骼鉆削是骨科、顱頜面外科、口腔科等手術(shù)的一種常見的手術(shù)操作方式，尤其是在骨折內(nèi)固定、人工關(guān)節(jié)置換術(shù)中起到了非常重要的作用。由于在骨骼切削過程中的塑性變形和骨與鉆頭之間的劇烈摩擦會造成大量的切削熱的產(chǎn)生，而骨骼又具有

34、不良的熱傳導性質(zhì)，導致骨鉆削過程中產(chǎn)生的熱量是非常難以消散的，所以其溫度的提高是不可避免的[5]。當骨骼溫度上升到一定閾值保持一定時間以后就很有可能造成骨壞死。骨壞死（ON）是一種暫時性或永久性血液供應缺失造成的疾病。在缺乏血液供應的情況下，骨組織可能會壞死。有多種原因會造成骨骼的血供缺失：外傷性骨壞死的造成原因是外傷，而非外傷而非創(chuàng)傷性壞死可能是藥物、凝血功能障礙或過度使用酒精所致。熱創(chuàng)傷是一種亞型創(chuàng)傷性壞死，被稱為骨熱壞死或熱骨壞死

35、[1]。</p><p>　　骨骼鉆削過程中的熱壞死是一個非常復雜的現(xiàn)象[6]。熱對或組織的損害的程度與溫度升高的幅度和持續(xù)時間有關(guān)。熱壞死與溫度的關(guān)系分布在已廣泛的范圍內(nèi)（44℃ -100℃ ），從很早的時候開始，就已經(jīng)有關(guān)于骨熱壞死的閾值測定的研究：Bonfield and Li (1968)[7]對狗骨進行研究發(fā)現(xiàn)：溫度超過70℃就會使狗上皮細胞立即損傷；Lundskog (1972)[8] 對兔骨研究發(fā)現(xiàn)

36、：55℃持續(xù)30秒將會導致兔骨細胞不可逆的死亡；Eriksson and Albrektsson (1983)[9] 也對兔骨進行實驗得出：47℃持續(xù)1分鐘會引起兔皮質(zhì)骨的熱壞死 Moritz AR等研究發(fā)現(xiàn)，溫度增加超過70℃ 后將導致骨細胞的直接損害[8]，如圖1.1。骨壞死出現(xiàn)的部位常常是溫度等于或高于70℃。人的骨組織與動物骨組織從微觀上是不相同的。因此，人皮質(zhì)骨因過熱而死亡的確切的溫度閾值是尚未可知的。然而，大多數(shù)的

37、作者認為，平均溫度47℃，持續(xù)時間1分鐘可以認為是閾值，超過該閾值人骨將發(fā)生壞死。</p><p>　　圖1.1 上皮細胞的熱壞死時間-溫度曲線</p><p>　　鉆骨參數(shù)對鉆骨過程中的切削熱的產(chǎn)生起著十分重要的作用。過去幾十年里，有許多這方面研究。骨骼鉆削過程中產(chǎn)生的切削熱的多少取決于各種參數(shù)，最重要的參數(shù)大致可分為兩類：1）鉆削參數(shù)和2）鉆頭規(guī)格。</p><p&

38、gt;　　在骨骼鉆削參數(shù)方面：有人認為溫度隨鉆頭轉(zhuǎn)速的增加而減少，而另一些人的觀點則正好相反。Thompson[11]研究發(fā)現(xiàn)，在骨骼栓插入體內(nèi)過程中，從鉆頭鉆點2.5mm到5.0mm的位置，當轉(zhuǎn)速從125rpm的速度不斷增加至2000 rpm時，溫度增加。Vaughan和Peyton[12]在窩洞制備過程中發(fā)現(xiàn)隨鉆頭轉(zhuǎn)速的增加，溫度上升。Matthews和Hirsch[13]研究在人類尸體的股骨過程中發(fā)現(xiàn)鉆頭轉(zhuǎn)速從345rpm增加到2

39、900rpm，在鉆削過程中并沒有觀察到任何顯著的溫度變化。但是他們發(fā)現(xiàn)，增加軸向力和最高溫度與其持續(xù)時間的下降有關(guān)。在他們測量的過程中，施加的軸向力從19.6N增加到117.6 N，鉆頭的轉(zhuǎn)速從345rpm增加到2900rpm，最后得出結(jié)論：50℃以上的溫度和持續(xù)時間都會隨所施加的軸向負載的增加而減小。類似的結(jié)果也出現(xiàn)在Augustin[14]等人得出的結(jié)論中，他們發(fā)現(xiàn)在鉆削過程中的峰值溫度是隨著進給速率增加而減小的。Brisman[1

40、5]的鉆削牛皮質(zhì)骨實驗發(fā)現(xiàn)，當鉆頭轉(zhuǎn)速為1800rpm和軸向負載1.2kg與鉆頭轉(zhuǎn)速為2400rpm和2.4kg的軸向負載產(chǎn)生的熱</p><p>　　在由Boyne[20]，Moss[21]和Spartz[22]進行的骨科手術(shù)過程中，研究了的高速旋轉(zhuǎn)工具對骨骼的組織學的效果。這些研究表明，高轉(zhuǎn)速比低轉(zhuǎn)速可能對骨骼造成較少的有害影響。Abouzgia[23]等對牛的股骨進行鉆削實驗，不用冷卻液，軸向載荷的范圍從1

41、.5 N 到9.0 N和鉆頭的轉(zhuǎn)速為49,000 rpm。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，軸向載荷小于 4.0 N時，溫度隨軸向載荷的增加而升高，當軸向載荷大于4.0 N時溫度隨軸向載荷的增加而減小。最后他們得出結(jié)論，隨著軸向載荷增加發(fā)熱率增加，但鉆骨時間明顯降低，因而產(chǎn)生較少的熱量，于是建議在骨骼鉆削時使用更大的力。但較高的軸向載荷應用在鉆骨過程中，可能會導致骨骼的微裂紋或鉆頭破損。因此，除了保持鉆骨盡可能短的時間，有必要找出最佳的進給速度，以使鉆削力不超

42、過會造成鉆頭破損或骨骼微裂紋的鉆削力。Iyer[24]等對兔脛骨進行了研究。他們測量了在鉆頭鉆速為低（2000rpm），中（30,000 rpm），高（400,000 rpm）時產(chǎn)生的切削熱量，并觀察鉆頭轉(zhuǎn)速與產(chǎn)生的熱量之間的反比關(guān)系。他們還評估了鉆在上述三種鉆頭轉(zhuǎn)速兔脛骨在鉆削后愈合的速度和質(zhì)</p><p>　　Udiljak[26]等對豬骨進行了高速鉆削實驗，速度范圍在140m/min?225m/min，使

43、用4.5mm鉆，恒定的每齒進給為0.1mm。他們得出結(jié)論，對于這兩種類型的測試鉆頭，高速鉆孔（140m/min）造成的溫度上升相比標準速度鉆削（6.53m/min）要低。他們還得出，鉆速高于140m/min的骨骼鉆削不會引起顯著的溫度降低，因此，增加速度至140m/min以上是沒有意義的。Tu[27]等人在骨鉆削實驗中對鉆削熱進行了研究計算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著鉆削速度和進給推力的增加，鉆削熱隨之降低（如圖1.2,1.3）。</p>

44、<p>　　圖1. 2 使用不同鉆削速度時骨鉆削溫度隨時間的變化[27]</p><p>　　圖1. 3使用不同進給推力時骨鉆削溫度隨時間的變化[27]</p><p>　　冷卻劑也是影響骨科手術(shù)中鉆削熱的一個重要的因素，因為它顯著降低在鉆削過程中的溫度。骨科鉆削過程中冷卻劑的供給通常采用兩種方法，內(nèi)部和外部冷卻（如圖1.4）。除了帶走熱量，冷卻劑還提供了潤滑和沖洗功能。Ma

45、tthews和Hirsch[13]對人的皮質(zhì)骨進行鉆削過程中時使用冷卻劑，他們發(fā)現(xiàn)冷卻是非常有效地限制了峰值溫度升高, 在室溫下，用水在300，500和1000ml/min的流速下沖洗。他們發(fā)現(xiàn)，較高的沖洗速率降低了骨鉆削過程中的產(chǎn)生的溫度，沖洗率為500ml/min或以上時，溫度不會增加超過50℃。</p><p>　　圖1.4 （a）外部冷卻和（b）內(nèi)部冷卻的方法[1]</p><p>

46、;　　Kirschner和Meyer[28]在牙科鉆削時采用了開放式內(nèi)部冷卻系統(tǒng)。他們得出，作為內(nèi)部冷卻的冷卻劑供給在鉆頭的前端，對骨的沖洗和冷卻效果相結(jié)合，鉆骨的溫度低于外部冷卻或沒有冷卻劑的溫度。Lavelle和Wedgwood[29]在體外使用19 N的力和轉(zhuǎn)速為350 rpm的低轉(zhuǎn)速進行鉆削實驗，得出內(nèi)部沖洗與外部沖洗相比能更有效的降低鉆削溫度。Haider[30]等對羊進行圖像研究，比較外部和內(nèi)部冷卻的影響。他們的結(jié)論是在外部

47、表面上，外部冷卻更有效果，而內(nèi)部冷卻則在深部更有效。隨著深度的增加，內(nèi)部冷卻比外部冷卻有效程度增加。但Benington[31]等在實驗中觀察到，在植入部位由于內(nèi)部和外部冷卻并沒有發(fā)現(xiàn)熱量產(chǎn)生明顯差異。因此，他們得出的結(jié)論是使用昂貴的內(nèi)部冷卻來代替外部沖冷卻有任何好處。Kalidindi[32]發(fā)現(xiàn)鉆削時不用冷卻液有顯著的溫度上升。他用外部冷卻進行了各種實驗，來觀察其對鉆削溫度的影響，并發(fā)現(xiàn)在鉆削過程中外部冷卻可以降低產(chǎn)生的溫度。Sen

48、er[33]等對牛下頜骨進行體外實驗，發(fā)現(xiàn)鉆削腔的表面上相比底面產(chǎn)生更多的熱量。因此，他們建議在鉆削過程中，外部沖洗可以提供足</p><p>　　鉆削深度和骨皮質(zhì)的厚度也會影響鉆削過程中的切削熱的產(chǎn)生。Eriksson[35]等進行了在模擬體內(nèi)條件下的實驗，觀察在鉆削兔，狗和人的脛骨鉆削過程中的溫度上升，他們發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的溫度是最高的在人類脛骨中，其次是狗之后是兔。他們的結(jié)論是在給不同的物種進行骨鉆削中測得的溫度的

49、變化是由于在平均的皮層厚度的差異。Hillery和Shuaib[16]同時對牛和人骨以一定鉆削參數(shù)和鉆頭規(guī)格進行實驗，他們發(fā)現(xiàn)與人體骨骼相比牛骨有著較高的溫度。他們解釋說，這樣的結(jié)果是由于在平均皮質(zhì)骨厚度的差異，牛（7mm到9mm）和人類尸體（3 mm到5mm）骨。Cordioli和Majzoub[36]對牛的股骨進行了研究，2mm和3mm直徑的螺旋鉆在1500rpm，有外部沖洗的情況下運行。他們觀察到，不論鉆頭直徑或是否有存在冷卻機制

50、，相比4 mm深度在8mm的深度有較高的溫度。Wiggins和Malkin[37]的發(fā)現(xiàn)，在鉆削過程中溫度的產(chǎn)生是正比于鉆削深度的。因為鉆槽由骨屑堵塞，導致隨著鉆孔深度的增加力矩和摩擦也會大幅增加。Oliveira等[38]研究表明，深度是引起骨鉆削期間產(chǎn)生切削熱的主要影響因素。Kalidi</p><p>　　預鉆對鉆削熱也有一定的影響。在單步鉆削中只需一個鉆頭直徑需要用來制造所需的孔，而在多步法鉆削也稱預鉆，

51、需要多個鉆頭，鉆頭直徑逐漸從最小增加到所需的直徑。Matthews[41]等對人類尸體皮質(zhì)骨進行了實驗，發(fā)現(xiàn)預鉆是減小溫度升高的非常有效的方法。Branemark[42]發(fā)現(xiàn)增加鉆削次數(shù)，逐漸從需要鉆削部位去除材料，可以產(chǎn)生較少的摩擦和并能更好的散熱。Itay和Tsur[43]還建議，預鉆鉆骨可以有效地減少鉆削過程中的切削熱。</p><p>　　鉆削能量為制造一個孔的能量消耗。鉆削能量與在鉆削過程中產(chǎn)生的熱量直

52、接相關(guān)。增加消耗的能量意味著較多的熱量產(chǎn)生，并導致的溫度較高。低的切割能量與較少的殘留和熱損傷（開裂和壞死）在相互關(guān)聯(lián)。使用較大的力鉆削意味著需要更高的鉆削能量來制造一個孔。在過去幾乎沒有研究人員完成了的骨鉆孔過程中能量消耗的計算。幾乎所有使用在材料的去除中的能量被轉(zhuǎn)換成熱量。Wiggins和Malkin[44]使用不同直徑的鉆頭進行骨骼鉆削實驗研究。在恒定推力時，測量了進給速度，扭矩和比能量。他們已經(jīng)確定鉆頭的堵塞會導致在鉆削時扭矩的

53、大幅增加，因此需要增加特定的切割能源。他們沒有測量產(chǎn)生的溫度。Jacob和Berry[45]測量了在鉆削牛脛骨過程中的扭矩和推力，并使用了不同的鉆頭轉(zhuǎn)速和進給率。他們發(fā)現(xiàn)，較低的轉(zhuǎn)速相比于更高的轉(zhuǎn)速，鉆削時力要高得多，隨著進給量的增加力也增加。Karmani和Lam[46]研究了前角對切削效率的影響和在骨鉆孔??過程中的特定能量需求，并得發(fā)現(xiàn)，選擇最佳的前角有利于切削，這樣做提高了切削屑的流通并降低了特定切削能量。Abouzgia和Ja

54、mes[47]調(diào)查了鉆削過程中的能量消耗的影響，使用1</p><p>　　不同的鉆頭規(guī)格對切削熱也有不可[50]忽視的影響。Kalidindi[48]對不同直徑鉆頭在鉆削時的溫度進行研究，分別使用直徑為2，3.5和4.3mm的三個不同的鉆頭并以0.42 mm / s進給速率和1200 rpm轉(zhuǎn)速進行實驗，得出結(jié)論：隨鉆頭直徑增加，骨和鉆之間的接觸面也增加，所以整體的摩擦加大而導致產(chǎn)熱上升。Hillery和Shu

55、aib[16]對不同切削前角鉆頭在鉆削時的溫度進行研究，建議最佳的前角為20°-30°，此時可以充分清除切屑，并產(chǎn)生非常小的軸向力。Karmani和Lam[46]對外科手術(shù)鉆頭設計進行調(diào)查研究，表明骨鉆削的鉆頭的最佳間隙角在范圍12 °到15°內(nèi)。Davidson和James[50]認為，增大螺旋角可以使溫度一致地降低，并且進行鉆削操作時的最佳螺旋角為28°。Augustin[51]等人

56、對豬股骨進行了鉆削實驗來評估鉆頂角對（80°，100°和120°）在骨鉆孔過程中產(chǎn)生的溫度的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在鉆削過程中使用不同的頂角對溫度上升沒有任何顯著差異。Allan[52]等人對豬下頜骨進行體外實驗，調(diào)查在鉆削過程中的鉆頭磨損對溫升的影響。他們檢驗了了三種類型的鉆</p><p>　　1.2.2 關(guān)于表面改性對骨骼切削熱的影響</p><p>　　通過對

57、以往研究的綜述可以發(fā)現(xiàn)，目前為止幾乎沒有關(guān)于在外科手術(shù)方面使用不同的表面改性技術(shù)對骨骼切削熱影響的研究。因此，本實驗研究將采用表面改性的方式來觀察其對骨切削熱的影響。</p><p>　　等離子清洗在完成清洗去污的同時，還能改變材料本身的表面性質(zhì)，愛荷華州大學的Swart KM[53]等研究發(fā)現(xiàn)，短時間的等離子清洗可以提高鈦合金的生物相容性，有助于成骨細胞在鈦合金上的附著。Shen Tang[54]等的實驗得出，

58、等離子處理后不銹鋼板的濕潤性和表面自由能都得到了提高。Rodríguez-Villanueva C[3]等的實驗證明等離子清洗可以提高材料表面的親水性，這使得清洗后的鉆頭表會面附著一層水膜，這在骨鉆削過程中可以起到冷卻鉆頭的作用。圖1.5為本實驗所使用的低壓等離子清洗機的原理圖</p><p>　　圖1.5 低壓等離子清洗機的原理圖</p><p>　　ta-C涂層作為超硬類金

59、剛石碳受到越來越多的關(guān)注，其硬度高，化學惰性高還具有良好的干運行能力[55]，Stefan Makowski[56]等的實驗得出有ta-C涂層的鋼材表面的摩擦系數(shù)比沒有ta-C涂層的鋼材表面摩擦系數(shù)降低了50%。圖1.5和圖1.6分別為在經(jīng)過200次鉆孔之后未涂層的K10VHM轉(zhuǎn)位鉆刀和接受ta-C涂層的K10VHM轉(zhuǎn)位鉆刀的電鏡圖片。總而言之，具有高硬度、大楊氏模量、低摩擦系數(shù)、高耐磨和耐腐蝕等性能[4]，正是由于ta-C涂層的這些優(yōu)

60、異的性質(zhì)使得它可以有效降低鉆削過程中的摩擦熱量。圖1.7為ta-C涂層處理后的鉆頭。</p><p>　　圖1.5 在經(jīng)過200次鉆孔之后，未涂層的K10 VHM轉(zhuǎn)位鉆刀上所出現(xiàn)的刀瘤</p><p>　　圖1.6 接受ta-C涂層的K10 VHM轉(zhuǎn)位鉆刀在經(jīng)過200次鉆孔之后的磨損狀況</p><p>　　圖1.7 ta-C涂層處理后的鉆頭</p>

61、;<p><b>　　課題研究方法</b></p><p>　　1.3.1骨骼鉆削實驗平臺優(yōu)化</p><p>　　根據(jù)實驗要求，優(yōu)化現(xiàn)有的骨骼鉆削平臺，實現(xiàn)對鉆削中進給力及鉆削部位骨骼溫度的實時測量。在這一部分主要的任務是實現(xiàn)骨骼在鉆削過程中的溫度的實時測量，經(jīng)過調(diào)研，本實驗最終決定使用光纖光柵測溫系統(tǒng)。</p><p>　　1

62、.3.2 鉆頭等離子處理對骨骼鉆削切削溫度的影響研究</p><p>　　嘗試用不同條件對鉆頭進行等離子處理，然后用經(jīng)等離子清洗后的鉆頭進行鉆削實驗，與普通鉆頭的實驗結(jié)果進行對比以研究鉆頭等離子清洗對切削熱的影響規(guī)律。</p><p>　　1.3.3 鉆頭ta-C涂層對骨骼鉆削切削溫度的影響研究</p><p>　　對實驗用鉆頭進行ta-C涂層處理，然后用經(jīng)ta-C

63、涂層處理后的鉆頭進行鉆削實驗，與普通鉆頭的實驗結(jié)果進行對比以探索鉆頭ta-C涂層對切削熱的影響規(guī)律。</p><p><b>　　論文構(gòu)成及研究內(nèi)容</b></p><p><b>　　本論文的構(gòu)成包括：</b></p><p>　　第一章緒論，主要介紹本實驗研究的背景意義，以及國內(nèi)外對骨骼鉆削的研究進展，著重介紹了不同條

64、件對骨骼鉆削的切削熱的影響的實驗研究，分析總結(jié)了各種鉆削參數(shù)對切削熱的影響效果，然后又介紹了本實驗中所用的實驗研究方法，對實驗的內(nèi)容作了一個簡要的闡述；</p><p>　　第二章為本實驗研究的預實驗情況，預實驗是為了更好的確定及優(yōu)化正式實驗的條件設置。預實驗內(nèi)容主要包括三個方面包括：（1）骨骼鉆削實驗平臺的優(yōu)化，實現(xiàn)對鉆削中進給力及鉆削部位骨骼溫度的實時測量。（2）等離子處理效果的預實驗研究，嘗試使用不同的條件

65、對樣品進行等離子處理，并測試處理后的效果，從而確定正式實驗時所需的最佳條件。（3）骨骼鉆削的預實驗，利用優(yōu)化好的實驗平臺進行鉆削預實驗，實驗中使用不同的骨骼和不同的處理方式，比較不同條件下的鉆削結(jié)果，從而探索最優(yōu)化的實驗方式。</p><p>　　第三章為骨骼鉆削正式實驗以及結(jié)論，即利用預實驗確定的實驗條件進行骨骼鉆削實驗，然后再分析處理在實驗中獲得的數(shù)據(jù)，并進行誤差分析以及組間獨立T檢驗，來確定不同組間是否有顯

66、著性差異。</p><p>　　2. 骨骼鉆削平臺優(yōu)化及預實驗</p><p>　　2.1 實驗平臺的優(yōu)化</p><p>　　原實驗平臺所用的設備</p><p>　　骨骼鉆削實驗平臺主要包括：INSTRON ElectroPuls E10000萬能電子動靜態(tài)材料試驗機；YP-614夾頭調(diào)速電鉆；測溫系統(tǒng)。</p><p

67、>　　（1）INSTRON ElectroPlus E10000 萬能電子動靜態(tài)材料試驗機（如圖2.1）：是在廣泛的動靜態(tài)測試試驗領(lǐng)域為材料和部件而設計的最先進的材料試驗機。 具有無油源設計專利，線性馬達技術(shù)，滿足清潔及安靜的測試環(huán)境需求。為各種材料和部件的動靜態(tài)測試而設計，大于100Hz的高動態(tài)測試性，±10kN動態(tài)載荷容量和±7kN的靜態(tài)載荷能力，由單相電源提供電能，無需液壓伺服或氣壓提供動能，溫

68、控空氣冷卻系統(tǒng)，作動器與上端橫梁高硬度雙立柱加載架精確對齊，可用于常規(guī)及非常規(guī)樣品的通用T字槽臺面，緊湊機型，空間需要0.8㎡。</p><p><b>　　系統(tǒng)要點：</b></p><p>　　動態(tài)載荷能力：±10000 N (±2250 lbf)；</p><p>　　靜態(tài)測試能力：±7000N（±

69、1570lbf）</p><p>　　加載稱量精度：設定值的±5%或載荷傳感器容量（1-100%）的0.005%，取較大值</p><p>　　線性作動器行程：60mm（2.36in.）</p><p>　　壓板間距：887mm（34.5in.）</p><p>　　配置：作動缸安裝于雙立柱上端橫梁中間</p><

70、;p>　　裝配：落地，垂直安裝</p><p>　　升降與鎖定裝置：電動升降并有手動限位裝置</p><p>　　載荷傳感器：安裝在底座的±10kN DynaceII</p><p>　　重量：機架重950kg，控制器重18kg</p><p>　　電源：單項220-240V，50/60Hz</p><p&

71、gt;<b>　　冷卻：空氣冷卻</b></p><p>　　工作溫度：+10-+30°C</p><p>　　圖2. 1 INSTRON ElectroPlus E10000萬能電子動靜態(tài)材料試驗機</p><p>　　（2）一品YP-614夾頭調(diào)速電磨（如圖2.2）：由于無法直接將其固定在INSTRON材料實驗機上，因此需要使用柔

72、性桿將電鉆與所需鉆頭間接相連，并把柔性桿固定于INSTRON試驗機上。為此專門定做了“L”形夾具，它可以將柔性桿一頭固定在INSTRON試驗機的傳感器下方。</p><p>　　圖2. 2一品YP-614夾頭調(diào)速電磨</p><p>　　圖2. 3 與鉆頭相連的柔性桿及定做夾具</p><p><b>　　調(diào)速電磨主要參數(shù)：</b></p

73、><p>　　夾頭尺寸: ￠10mm</p><p>　　無負載旋轉(zhuǎn)數(shù): 6000-32000r/min</p><p><b>　　功率: 280W</b></p><p>　　重量: 0.95KG</p><p>　?。?）測溫系統(tǒng)：實驗臺原有的測溫系統(tǒng)為：BP-7033鉑電阻測溫模塊（如圖2.4

74、），它的有點是精度高、線性好、測溫范圍寬，穩(wěn)定性和復現(xiàn)性好，但是這種測溫方式是在鉆削結(jié)束后快速插入鉆孔從而測得切削熱，這種方法的缺點是由于插入傳感器的快慢不能確定等問題，所以不能保證測溫的準確性，也不能實現(xiàn)實時測溫。</p><p>　　圖2. 4 BP-7033鉑電阻測溫模塊</p><p>　　（4）其他所需設備：硬組織切片機用來處理樣本骨（如圖2.5），電腦一臺（操作INSTRON系

75、統(tǒng)），臺鉗用來夾住骨頭并穩(wěn)定在試驗機平臺上（如圖2.6），接線板，手術(shù)刀，直尺，橡膠手套。</p><p>　　圖2. 5硬組織切片機</p><p><b>　　2.6 臺鉗</b></p><p><b>　　實驗平臺的優(yōu)化</b></p><p>　　本實驗要實現(xiàn)實時測溫，目前為止較好的方式是

76、使用熱傳感器植入式測溫法，植入式熱傳感器測溫的方法為：使用一個類似圖2.7所示的鉆削模板來確定鉆削位置和預埋熱傳感器的位置，3個熱傳感器水平距鉆削邊緣一定距離，預埋深度可調(diào)，可研究不同深度的切削熱的差異。</p><p>　　圖2.7 植入式熱傳感器溫度測量[1]</p><p>　　經(jīng)過調(diào)研市場上常用的幾種測溫傳感器，本實驗最終決定使用光纖光柵溫度傳感器。光纖光柵是一種通過一定方法使光

77、纖纖芯的折射率發(fā)生軸向周期性調(diào)制而形成的衍射光柵，是一種無源濾波器件。光纖光柵利用光纖材料的光敏性，通過紫外光曝光的方法將入射光相干場圖樣寫入纖芯，在纖芯內(nèi)產(chǎn)生沿纖芯軸向的折射率周期性變化，從而形成永久性空間的相位光柵，其作用實質(zhì)上是在纖芯內(nèi)形成一個窄帶的（透射或反射）濾波器或反射鏡。當一束寬光譜光經(jīng)過光纖光柵時，滿足光纖光柵布拉格條件的波長將產(chǎn)生反射，其余的波長透過光纖光柵繼續(xù)傳輸。由于光柵光纖具有體積小、熔接損耗小、全兼容于光纖、能

78、埋入智能材料等優(yōu)點，并且其諧振波長對溫度、應變、折射率、濃度等外界環(huán)境的變化比較敏感，因此在光纖通信和傳感領(lǐng)域得到了廣泛的應用，作為傳感器光纖光柵具有抗電磁干擾、抗腐蝕、電絕緣、高靈敏度和低成本以及和普通光纖的良好的兼容性等優(yōu)點。本實驗選擇光纖光柵測溫的最重要原因是它的直徑很小，只有幾百微米，這樣就可以很方便的插入預埋孔里。圖2.8為本實驗所用的光纖光柵解調(diào)儀，它的解調(diào)中心波長范圍為1525-1565pm，圖2.9為實驗用的光纖光柵。&

79、lt;/p><p>　　圖2.8光纖光柵解調(diào)儀</p><p><b>　　圖2.9 光纖光柵</b></p><p>　　2.2 等離子處理的預實驗</p><p>　　在等離子處理的預實驗中，為了方便檢測處理結(jié)果，即便于測量處理后樣品的親水性，實驗使用了一塊厚度為1mm的不銹鋼平板來代替實驗用鉆頭進行等離子處理實驗。實驗

80、使用YZD08-5C等離子清洗儀（如圖2.10）來對樣品進行等離子處理，使用JY-83C視頻接觸角測定儀（如圖2.11）來測定處理后材料表面的親水性。</p><p>　　圖2.11 YZD08-5C等離子清洗儀</p><p>　　圖2.11 JY-83C視頻接觸角測定儀</p><p><b>　　實驗過程為：</b></p>

81、<p>　　實驗前先用酒精清洗不銹鋼板的表面，去除油漬等污垢，讓后用視頻接觸角測定儀測量其表面親水性；</p><p>　　打開等離子清洗儀艙口，放入清潔后的不銹鋼板；</p><p>　　關(guān)閉等離子清洗儀艙口，開始抽真空；</p><p>　　當?shù)入x子清洗儀抽到真空度接近100且基本不再發(fā)生變化，繼續(xù)抽真空并開始等離子清洗；</p>&

82、lt;p>　　清洗一定時間后結(jié)束清洗，關(guān)閉抽真空，開始放氣，當真空度為0時打開艙口，取出實驗樣品，關(guān)閉艙口。</p><p>　　再次進行接觸角測定，對比處理前后樣品表面的親水性。</p><p>　　等離子處理預實驗本分主要進行了兩組：</p><p>　　不同處理時間的對比：處理前不銹鋼板的親水性測定結(jié)果如圖2.12，從圖中我們可以清楚的觀測到樣品表面的疏

83、水性很高，接觸角已經(jīng)超過了90°，圖2.13是等離子處理1min后的親水性測試結(jié)果，從圖中我們可以看到，接觸角已經(jīng)減小到了50.18°，親水性有了改善。圖2.14是等離子處理3min后的親水性測試結(jié)果，從圖中我們可以看到，接觸角已經(jīng)減小到了0°左右，親水性得到了極大的提高。</p><p>　　圖2.12 處理前不銹鋼板的親水性測定結(jié)果</p><p>　　圖

84、2.13 等離子處理1min后的親水性測試結(jié)果</p><p>　　圖2.14 等離子處理3min后的親水性測試結(jié)果</p><p>　　等離子處理后親水性隨時間的變化：樣品經(jīng)過等離子處理后其親水性不是一成不變的，而是隨著時間的增加親水性在逐漸降低，經(jīng)過試驗得出樣品在等離子處理后接觸角的變化情況如圖2.15。</p><p>　　圖2.15 等離子處理后親水性隨時間

85、的變化</p><p>　　最后，綜合上述兩組實驗的結(jié)果，本實驗的等離子處理組的處理條件選為：</p><p><b>　　處理氣體：空氣</b></p><p><b>　　處理時間：3min</b></p><p>　　處理后保存：浸入蒸餾水中保存，防止親水性下降。</p><

86、;p>　　2.3 骨鉆削預實驗</p><p>　　2.3.1 骨樣本的選擇</p><p>　　本實驗過程中，因為是選用植入式光纖光柵傳感器，而光纖光柵傳感器的測溫段長度為10mm左右，所以實驗中要打的孔的深度必須超過10mm，而且測溫時要可以觀測到明顯升溫。綜合這些因素，實驗中作了以下嘗試：</p><p>　　使用豬骨（如圖2.16）：使用豬骨的優(yōu)點是：

87、豬股骨價格便宜而且容易獲得。缺點是：豬骨皮質(zhì)骨部分太薄，在鉆削的時候很容易鉆到骨髓腔，這樣的結(jié)果是很難測到明顯的升溫。因此用豬骨作為樣本的想法被否定了。</p><p>　　圖2.16 豬骨做樣本</p><p>　　使用牛骨：牛骨的皮質(zhì)骨部分較厚，但是切開、去除骨髓后發(fā)現(xiàn)牛骨的皮質(zhì)骨最厚的部分仍然不能超過10mm，所以無法像常規(guī)骨鉆削那樣沿徑向鉆削，所以本實驗選則沿著軸向鉆削（如圖2.1

88、7）</p><p>　　圖2.17 軸向鉆削</p><p>　　2.3.2 骨骼鉆削參數(shù)優(yōu)化</p><p>　　在骨骼鉆削正式實驗之前有幾個參數(shù)需要優(yōu)化和確定，包括骨骼鉆削時間，下降速度，鉆削深度，鉆孔中心到測溫中心的距離和測溫點的分布方式。</p><p>　　對于骨骼鉆削時間，下降速度和鉆削深度，這三個參數(shù)密不可分，確定其中兩個就可

89、以確定剩下的那一個。由于光纖光柵熱敏范圍大于10mm的原因，為了使光纖光柵的熱敏段盡可能不與空氣接觸又不會埋的太深導致浪費實驗材料，所以最后研究決定鉆孔深度為20mm。因為鉆頭在鉆削過程中下降速度太慢的話不但會產(chǎn)生大量的切削熱，而且費時間，所以本實驗選擇的下降速度為40mm/min。</p><p>　　如果只考慮測溫的準確性的話，鉆孔中心到測溫中心的距離越近越好，但是又因為鉆孔中心到測溫中心太近的話就會在鉆削的

90、過程中不小心把光纖光柵鉆斷所以綜合考慮測溫和儀器安全問題，本實驗中測溫中心到鉆孔中心的距離為5mm。</p><p>　　對于測溫點的分布問題，因為本實驗是從軸向鉆削的，而實驗用鉆頭的直徑為4mm，牛骨皮質(zhì)骨部分的厚度有限，所以只能在鉆孔的兩側(cè)各預埋一個光纖光柵測溫傳感器。這樣就需要在鉆孔之前在與鉆孔的位置兩側(cè)到鉆孔中心5mm的地方各打一個深20mm，直徑1mm的預埋孔。</p><p>

91、<b>　　其他參數(shù)：</b></p><p><b>　　環(huán)境溫度：室溫</b></p><p><b>　　鉆頭直徑：4mm</b></p><p>　　鉆頭鉆速：8000轉(zhuǎn)/min</p><p><b>　　3. 骨骼鉆削實驗</b></p&

92、gt;<p><b>　　3.1 實驗流程</b></p><p>　　本實驗的實驗過程主要可分為以下步驟：</p><p>　　鉆頭表面處理，本實驗所需要做的表面處理有三種：</p><p>　　等離子處理：將鉆頭用酒精擦洗干凈后，放入等離子清洗儀里處理3min，然后浸入蒸餾水中待用；</p><p>　

93、　Ta-C涂層：由于實驗條件的限制，這一過程由相關(guān)單位代為完成；</p><p>　　Ta-C涂層后等離子處理：將做過Ta-C涂層后的鉆頭用酒精擦洗干凈后，放入等離子清洗儀里處理3min，然后浸入蒸餾水中待用；</p><p>　　實驗材料準備：實驗研究選用牛股骨作為骨樣本進行骨骼鉆削實驗。使用硬組織切片機（如圖2.5）將骨切成段。實驗前一小時，將骨樣本浸入恒溫水浴鍋內(nèi)解凍一小時，溫度設置

94、為室溫；去除解凍后骨樣本表面的肌肉、骨膜等附著物；將骨樣本固定在樣本夾具上，調(diào)整骨樣本位置保證預鉆削位置表面與鉆頭基本垂直。</p><p>　　測溫傳感器預埋：在鉆削之前，先在與鉆孔的位置兩側(cè)到鉆孔中心5mm的地方各打一個深20mm，直徑1mm的預埋孔，再將光纖光柵的熱敏部分涂上導熱硅脂后插入預埋孔里。</p><p>　　鉆削實驗：開始測溫并記錄溫度之后再打開電鉆，然后力學實驗機的按照

95、預設好的程序運行，開始鉆削。本實驗所用鉆頭共有四種：普通鉆頭，等離子處理后的鉆頭，Ta-C涂層的鉆頭，Ta-C涂層后等離子處理的鉆頭。每次鉆削結(jié)束后，立即拔出鉆頭，在樣本冷卻至室溫后，再進行實驗。</p><p>　　數(shù)據(jù)處理：記錄實驗中的鉆孔兩側(cè)溫度，并求出在鉆削過程中的最大值，觀測對比不同表面處理情況下的切削熱的量。</p><p><b>　　3.2 實驗結(jié)果</b&

96、gt;</p><p>　　3.2.1 普通鉆頭的實驗結(jié)果</p><p>　　普通鉆頭一共選用了三根進行實驗，普通鉆頭的實驗結(jié)果如表3.1：</p><p>　　表3.1 普通鉆頭的實驗結(jié)果</p><p>　　由表3.1可知普通鉆頭所得的平均溫度為70.38。</p><p>　　3.2.2 等離子處理鉆頭的實驗結(jié)

97、果</p><p>　　離子處理處理鉆頭實驗結(jié)果如表3.2</p><p>　　表3.2 等離子處理鉆頭的實驗結(jié)果</p><p>　　由表3.2可知等離子處理鉆頭所得的平均溫度為66.49。</p><p>　　3.2.3 Ta-C 涂層鉆頭的實驗結(jié)果</p><p>　　Ta-C 涂層鉆頭一共選用了三根進行實驗，其

98、實驗結(jié)果如表3.3：</p><p>　　表3.3 Ta-C涂層鉆頭的實驗結(jié)果</p><p>　　由表3.3可知Ta-C 涂層鉆頭所得的平均溫度為64.14。</p><p>　　3.2.4 Ta-C 涂層后等離子處理鉆頭的實驗結(jié)果</p><p>　　Ta-C 涂層后等離子處理鉆頭實驗結(jié)果如表3.4：</p><p

99、>　　表3.4 Ta-C 涂層后等離子處理鉆頭實驗結(jié)果</p><p>　　由表3.4可知Ta-C 涂層后等離子處理鉆頭所得的平均溫度為68.87。</p><p>　　由上述實驗結(jié)果可知，等離子出和Ta-C 涂層都可以在一定程度降低骨骼鉆削的切削熱。對各個實驗組與對照組（普通鉆頭組）間做獨立T檢驗，結(jié)果如表3.5。</p><p>　　表3.5 實驗組與對照

100、組間的獨立T檢驗</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　隨著社會的發(fā)展時代的進步，人們受到生活壓力、工作繁重、環(huán)境污染等因素的諸多影響，越來越多的人患有骨骼疾病，其中作為骨科手術(shù)中最常見的骨鉆削手術(shù)方式漸漸受到人們的重視。近三十年來，許多科學研究都是針對如何有效降低骨骼切削熱這一領(lǐng)域。從改變骨骼鉆削的參數(shù)到研究鉆頭的結(jié)構(gòu)，都從一定層面上介紹

101、并解決了降低切削熱的方式方法。然而，在前人的研究中，降低切削熱的方法都沒有涉及表面改性，因此在前人的理論基礎(chǔ)上，我們對鉆頭進行表面改性處理，來探索新型有效降低骨骼切削熱的途徑。</p><p>　　從第三章的實驗結(jié)果以及結(jié)果分析看來，我們得出了比較清晰明確的結(jié)論：通過對鉆頭表面改性實驗組和對照組普通鉆頭結(jié)果對比分析，等離子處理和Ta-C 涂層都在一定程度上可以降低骨骼切削熱。</p><p&g

102、t;<b>　　致 謝</b></p><p>　　為期一個學期的畢業(yè)設計馬上就要進入尾聲，回顧整個過程，覺得感慨良多，從開始時準備實驗材料、做預實驗，到后來開始正式實驗，這個過程免不了有各種磕磕絆絆，太大的問題沒有，大小問題也是層出不窮，但總的來說都已經(jīng)被克服了。在這個過程中我同時也學到了很多東西，有很多人讓我發(fā)自內(nèi)心的感激。</p><p>　　首先，我要感謝王

103、豫老師，如果沒有他就沒有這個課題。在實驗的過程中我遇到各種困難，可是每次都能得到王豫老師的耐心協(xié)助，他教會了我許多東西，沒有他的孜孜不倦，也沒有我實驗的成功完成。</p><p>　　其次我要感謝陳堯和師述昌兩位學弟，在他們的幫助下我得以更好地完成實驗，如果沒有他們實驗將無法順利完成</p><p>　　還有要感謝我的家人和505寢室的各位舍友，我與他們分享了實驗中的各種苦與樂，也是他們的

104、支持和傾情奉獻才讓我能夠在之前的3個月長周期實驗中堅持下來。</p><p>　　在畢業(yè)論文即將截稿之際，我內(nèi)心充滿感慨，回顧之前的畢設歷程，有太多的人要感謝，各位老師學長學姐以及同學們給了我無言的幫助，使得我能夠順利完成此文，謝謝你們！</p><p><b>　　孫志彬 </b></p><p><b>　　二〇一四年六月&l

105、t;/b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　Pandey R K, Panda S S. Drilling of bone: A comprehensive review[J]. Journal of Clinical Orthopaedics and Trauma, 2013 [In press].</p>&l

106、t;p>　　胡傳圻, 白韶軍, 安躍生. 表面處理手冊[M]. 北京工業(yè)大學出版社，2004.</p><p>　　Rodríguez-Villanueva C, Encinas N, Abenojar J, et al. Assessment of atmospheric plasma treatment cleaning effect on steel surfaces[J]. Surface

107、 and Coatings Technology, 2013, 236: 450-456.</p><p>　　Piazza F, Morell G. Wettability of hydrogenated tetrahedral amorphous carbon[J]. Diamond and Related Materials, 2009, 18(1): 43-50.</p><p>

108、　　Sugita N, Osa T, Mitsuishi M. Analysis and estimation of cutting-temperature distribution during end milling in relation to orthopedic surgery[J]. Medical Engineering & Physics, 2009, 31:101–107.</p><p&g

109、t;　　Eriksson RA, Albrektsson T. Temperature threshold levels for heat-induced bone tissue injury: a vital-microscopic study in the rabbit[J]. Prosthet Dent,1983,50:101-107.</p><p>　　Bonfield W, Li CH. The te