鈦合金膝關節是怎麼工作的

A. 鈷合金膝蓋假體好，還是鈦合金膝蓋假體好

目前使用的人工關節材料包括：鈦合金，鈷鉻合金，超高分子量聚乙烯，氧化鋁陶瓷，氧化鋯陶瓷。
沒有最好的材料，只有更好的材料。
主流假體組配為：1. 鈦合金柄，鈷鉻合金股骨頭，聚乙烯內襯，鈦合金杯。
2. 鈦合金柄，陶瓷頭，陶瓷襯，鈦合金杯。
3.鈷鉻合金柄，鈷鉻合金頭，聚乙烯襯，鈦合金杯。
可根據經濟能力和患者條件選擇不同材料和假體組合。

B. 骨科醫師談退化性膝關節炎治療武器　一次看懂全人工膝關節置換手術

隨著年紀漸長，膝關節的軟骨也會逐漸的磨損，當軟骨退化，露出其下的骨頭時，就是所謂的退化性關節炎，會造成膝關節的疼痛、腫脹、僵硬、活動受限及關節變形（圖一）。當膝關節屬於晚期退化，且疼痛已經嚴重到影響日常生活，在使用葯物或是其他非手術的治療方式都無法緩解時，就可以考慮接受全人工膝關節置換手術的治療。

圖一：左圖為健康的關節軟骨，表面光滑，沒有磨損；右圖為退化的關節軟骨，可發現其嚴重磨損，已經露出其下的骨頭了。（圖片／陳俊傑醫師提供）

什麼是全人工膝關節置換手術？

我們的膝關節大致上可以分為3個關節面：內側關節面（膝關節的內側）、外側關節面（膝關節的外側）及髕骨股骨關節而（圖二），當這3個關節面有2個以上嚴重磨損時，就可以考慮接受全人工膝關節置換手術。

圖二：膝關節可以分成內側關節面、外側關節面及髕骨股骨關節面等3個關節面。（圖片／陳俊傑醫師提供）

手術時，醫師會將受損的關節軟骨移除，換上人工材料來取代。這些人工材料包含了金屬和塑膠兩種：金屬材料主要由鈦合金或是鈷鉻合金做成，安裝在股骨及脛骨上面，現在主流的設計，是使用骨水泥將這兩個金屬組件黏著在骨頭的表面，差余在這兩個金屬組件中間會安裝一片由聚乙烯製成的塑膠墊片。手術醫師在安裝人工關節組件的同時也會視情況調整膝關節的角度及膝關節周圍韌帶的平衡，如此才能確保手術能有效的緩解疼痛及恢復膝關節的功能，同時能減少人工膝關節不正常的磨損，增加人工關節使用的年限（圖三）。

圖三：左圖為退化的膝關節，可以見到關節軟骨磨損及膝關節內翻變形；右圖為人工膝關節置換手術後，可看到在股骨及脛骨上裝置了金屬組件，金屬組件中間安裝有塑膠墊片，同時對膝關節的角度也做了適度的調整。（圖片／陳俊傑醫師提供）

全人工膝關節置換手術需選用自費材料嗎？

全人工膝關節置換手術在材料里的「超耐磨塑膠墊片」及「含抗生素骨水泥」這兩項材料需要患者自費使用。

一般健保的塑膠墊片，如果手術舉激後好好的保養，且沒有發生感染或是並發症，大多數的健保墊片可以使用15年以上。自費的超耐磨塑膠墊片則可以使用更長的時間，建議較為年輕的患者或是平時較為活躍的病人可以選擇正慶襪使用超耐磨塑膠墊片，以延長人工關節使用年限。

C. 使用合金材料已應用製造多少種關節

到目前為止，人們已設計和製造出近1000種人工關節，包括肩、肘、腕、指、脊柱、髖、膝、踝和腳趾關節等。在英、美輪鄭等一些科學發達國家，每年人工關節植入達2萬例以上。在我國，植入人工關節每年也達1000例以上，而且還在不斷增加。臘虛頌

鈦合金適合於製造大型人工關節，如全肩、全肘譽絕、全髖、全膝關節等。其中最大的人工關節全長達300毫米以上，重量為0．5千克。有的還將髓關節和膝關節連在一起設計製作，幾乎整條腿部的骨骼和關節都使用鈦合金作材料。

D. 關於人造骨鈦金屬

你好！首先祝你身體健康！沖著你我的緣分，以下我來給你談談關於「人造骨」問題。 人造骨是一種具有生物功能的新型無機非金屬材料，它類似於人骨和天然牙的性質的結構，人造骨可以依靠從人體體液補充某些離子形成新骨，可在骨骼接合界面發生分解、吸收、析出等反應，實現骨骼牢固結合。 人造骨植入人體內需要人體中的Ca2＋與PO4 3－離子形成新骨。 因為鈦可以和人骨密切結合，新的骨頭可以貼合在鈦上，所以鈦是最好的人造骨的材料。 鈦是一種純性金屬，正因為鈦金屬的「純」，故物質和它接觸的時候，不會產生化學反應。也就是說，因為鈦的耐腐蝕性、穩定性高，使它在和人長期接觸以後也不影響其本質，所以不會造成人的過敏，它是唯一對人類植物神經和味覺沒有任何影響的金屬。 鈦又被人們稱為「親生物金屬」。鈦在醫學上有著獨特的用途。在骨頭損傷處，用鈦片和鈦螺絲釘固定好，過幾個月，骨頭就會長在鈦片上和螺絲釘的螺紋里。新的肌肉就包在鈦片上，這種「鈦骨」就如真的骨頭一樣，甚至可以用鈦制人造骨頭來代替人骨治療骨折。 相關鏈接--鈦金屬： 鈦金屬外觀似鋼，具有銀灰光譯，是一種過渡金屬，在過去一段時間內人們一直認為它是一種稀有金屬。鈦並不是稀有金屬，鈦在地殼中約占總重量的0.42％，是銅、鎳、鉛、鋅的總量的16倍。在金屬世界裡排行第七，含鈦的礦物多達70多種。 鈦的強度大，密度小，硬度大，熔點高，抗腐蝕性很強；高純度鈦具有良好的可塑性，但當有雜質存在時變得脆而硬。鈦的比重僅是鐵的1/2，卻像銅一樣經得起錘擊和拉延。在超低溫世界裡，鈦會變得更為堅硬，並有超導體的性能，鋼則變得脆弱無能。 鈦有很強的耐酸鹼腐蝕能力，在海中浸5年不銹蝕，鋼鐵在海水中則會腐蝕變質。用鈦合金為船隻製造外殼，海水無法腐蝕它。用鈦合金製成的「鈦潛艇」，可潛入4500米的深度，一般鋼鐵潛艇在超過300米就容易被水壓壓壞。 「鈦飛機」堅實又輕便，一架大型鈦客機可比同樣重的普通飛機多載100餘人，飛機時速每小時可超過3000千米，鋁合金飛機最多是2400千米。 利用鈦和鋯對空氣的強大吸收力，可以除去空氣，造成真空。用鈦鋯合金製成的真空泵，可以把空氣抽到只剩下10億分之一。 在航天事業中，鈦可製成飛船的「外衣」，防高溫的侵襲。 鈦和鎳組成的合金，被成為「記憶合金」。這種合金製成預先確定的形狀，再經定型處理後，若受外力變形，只要稍微加熱便可恢復原來的面貌。 這種合金目前已在不少領域得到應用。如美國阿波羅號飛船上用的天線，就是這種記憶合金；上海第一醫學院附屬第九人民醫院已將這種記憶合金用於婦女絕育手術中；另外還可用於儀表、電子裝置等領域。 碳化鈦(TiC)頗象碳化鐵，具有金屬光澤。可它比碳化鐵具有更高的熔點和更高的硬度。所以，它有著實際應用價值。 用鈦制器皿保存的食物，色、香、味經久不衰；鈦制炊具既輕巧，又不會生銹，最合科學衛生。用鈦合金製成的高壓容器，能夠耐受2500個大氣壓的高壓。 鈦在外科醫療手術上的應用，也非常引人入勝。目前，外科接骨是用不銹鋼，使用不銹鋼有一個缺點，就是接骨癒合之後，要把不銹鋼片再取出來，這是件十分痛苦的事。 不然，不銹鋼會因生銹而對人體產生危害。如果改用鈦制的「人造骨胳」將使骨科技術完全改觀。在頭損壞的地方，用鈦片與鈦螺絲釘，過了幾個月，骨頭就會重新生長在鈦片的小孔與螺絲里，新的肌肉纖維就包在鈦的薄片上，鈦骨骼宛如真正的骨骼一樣和血肉相聯，起到支撐和加固作用，所以，鈦被人們贊譽為「親生物金屬」。 現在它已開始應用於膝關節、肩關節、肋關節、頭蓋骨、主動心瓣、骨骼固定夾等方面。 在煉鋼工業中，少量鈦是良好的脫氧、除氮及除硫劑。 鈦酸鋇晶體被廣泛應用於超聲波儀器和水底探測器中。這是因為具有受壓斬改變形狀時，會產生電流；一旦通電又會改變形狀。把鈦酸鋇放在超聲波中，它受壓便會產生電流，由它所產生的電流的大小可以測知超聲波的強弱；相反，用高頻電流通過它，則可以產生超聲波。 在用金色裝飾工藝品和日用品中，由於它們的硬度低、容易刺破和磨損，不能耐久。當在這些物質的表面鍍一層氮化鈦時，外觀幾乎和黃金的鍍層一模一樣，而比黃金以及硬質合金更耐磨，這種鍍層被譽為具有「永不磨損性」。 有機鈦聚合物，可用作表面活性劑、分散劑、抗水劑或防銹劑。 目前人類使用的四個系列的貯氫金屬中，鈦系是其中一種，也是比較便宜的一種，但目前人類還沒有找到更理想的「貯氫金屬」，一旦這個問題解決了，人們就可以用氫做燃料。 以上回答如果滿意，請不要辜負我的一片好意，及時採納為答案。 追問： 那麼，身體上安裝了鈦金屬後，例如在脊椎上安裝，以後能不能再做劇烈運動，請你告訴我，分我還會再加，再加兩百 回答： 謝謝你對我的信任！ 因為上當太多，為接受教訓起見：如果閣下需要准確答案，請增加懸賞「兩百」並採納後，在下一定將答案送達閣下「[email protected]」郵箱，絕不失言！ 祝你新年快樂！ 追問： 不許食言哦 追問： 你一定要確保正確，不能食言啊 回答： 絕不失言！

採納哦

E. 鈦合金對人體的好處

鈦合金是以鈦為基加入其他元素組成的合金。鈦有兩種同質異晶體：882℃以下為密排六方結構α鈦，882℃以上為體心立方的β鈦。合金元素根據它們對相變溫度的影響可分為三類：①穩定α相、提高相轉變溫度的元素為α穩定元素,有鋁、碳、氧和氮等。其中鋁是鈦合金主要合金元素，它對提高合金的常溫和高溫強度、降低比重、增加彈性模量有明顯效果。②穩定β相、降低相變溫度的元素為β穩定元素，又可分同晶型和共析型二種。前者有鉬、鈮、釩等；後者有鉻、錳、銅、鐵、硅等。③對相變溫度影響不大的元素為中性元素，有鋯、錫等。
氧、氮、碳和氫是鈦合金的主要雜質。氧和氮在α相中有較大的溶解度,對鈦合金有顯著強化效果,但卻使塑性下降。通常規定鈦中氧和氮的含量分別在0.15～0.2％和0.04～0.05％以下。氫在α相中溶解度很小,鈦合金中溶解過多的氫會產生氫化物，使合金變脆。通常鈦合金中氫含量控制在 0.015％以下。氫在鈦中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。 鈦合金具有強度高而密度又小，機械性能好，韌性和抗蝕性能很好。另外，鈦合金的工藝性能差，切削加工困難，在熱加工中，非常容易吸收氫氧氮碳等雜質。還有抗磨性差，生產工藝復雜。鈦的工業化生產是1948年開始的。航空工業發展的需要，使鈦工業以平均每年約 8％的增長速度發展。目前世界鈦合金加工材年產量已達4萬余噸,鈦合金牌號近30種。使用最廣泛的鈦合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工業純鈦（TA1、TA2和TA3）。
鈦合金主要用於製作飛機發動機壓氣機部件，其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件。60年代中期，鈦及其合金已在一般工業中應用，用於製作電解工業的電極，發電站的冷凝器，石油精煉和海水淡化的加熱器以及環境污染控制裝置等。鈦及其合金已成為一種耐蝕結構材料。此外還用於生產貯氫材料和形狀記憶合金等。
中國於1956年開始鈦和鈦合金研究；60年代中期開始鈦材的工業化生產並研製成TB2合金。
鈦合金是航空航天工業中使用的一種新的重要結構材料，比重、強度和使用溫度介於鋁和鋼之間，但比強度高並具有優異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能。1950年美國首次在F-84戰斗轟炸機上用作後機身隔熱板、導風罩、機尾罩等非承力構件。60年代開始鈦合金的使用部位從後機身移向中機身、部分地代替結構鋼製造隔框、梁、襟翼滑軌等重要承力構件。鈦合金在軍用飛機中的用量迅速增加，達到飛機結構重量的20％～25％。70年代起，民用機開始大量使用鈦合金，如波音747客機用鈦量達3640公斤以上。馬赫數小於 2.5的飛機用鈦主要是為了代替鋼，以減輕結構重量。又如，美國SR-71 高空高速偵察機(飛行馬赫數為3，飛行高度26212米)，鈦占飛機結構重量的93％，號稱「全鈦」飛機。當航空發動機的推重比從4～6提高到8～10，壓氣機出口溫度相應地從200～300°C增加到500～600°C時，原來用鋁製造的低壓壓氣機盤和葉片就必須改用鈦合金，或用鈦合金代替不銹鋼製造高壓壓氣機盤和葉片，以減輕結構重量。70年代，鈦合金在航空發動機中的用量一般占結構總重量的20％～30％，主要用於製造壓氣機部件，如鍛造鈦風扇、壓氣機盤和葉片、鑄鈦壓氣機機匣、中介機匣、軸承殼體等。航天器主要利用鈦合金的高比強度，耐腐蝕和耐低溫性能來製造各種壓力容器、燃料貯箱、緊固件、儀器綁帶、構架和火箭殼體。人造地球衛星、登月艙、載人飛船和太空梭 也都使用鈦合金板材焊接件。

F. 鈦合金膝關節可以完全下蹲嗎，還有鈦合金可以使用多少年呢

一般術後3個月可以下蹲，使用年限和平時活動量有關系，大概15-20年

G. 鈦合金的主要用途是什麼

1、航空航天領域用鈦大國集中在西方國家，尤其是美國，60%的鈦材都應用到這個領域。亞洲國家，日本和中國在此領域中鈦的投入量均在10%左右。但是近年來隨著亞洲航空航天的飛速發展，鈦在航空航天領域的消費量將會隨之增長。從全球角度來看，航空業對鈦市場起著決定性的作用，從歷史上看，鈦行業大的周期輪回都和航空業的冷暖密切相關。

2、民用飛機

(1)減輕結構重量、提高結構效率

(2)符合高溫部位的使用要求

(3)符合與復合材料結構相匹配的要求

(4)符合高抗蝕性和長壽命的要求

3、軍事飛機

軍用武器的開發與采購不斷向著輕便、靈活方向發展，為了滿足戰斗機對戰斗性能要求，除了採用先進的設計技術外，還必須採用額性能優良的材料以及先進的工藝製造技術。大量選用鈦合金、提高先進鈦合金應用水平就是重要措施之一。

自20世紀60年代以來，國外軍用飛機的鈦量逐年增加，當前歐美設計的各種先進軍用戰斗機和轟炸機中鈦合金用量已經穩定在20%以上，並且新機型的用鈦量佔比正在大幅提升。

4、汽車

降低燃油消耗、減少有害廢棄物（CO2、NOX 等）排放已經成為汽車行業技術進步的主要動力和方向之一。研究表明，輕量化是實現節省燃料、減少污染的有效措施。汽車的質量每降低10%，燃料消耗可節省8%-10%，廢氣排放可減少10%。

在駕駛方面，汽車輕量化後加速性能提高，車輛控制穩定性、噪音、振動方面也都有改善。從碰撞安全性考慮，汽車輕量化後，碰撞時慣性小，制動距離減少。

汽車輕量化的首選途徑就是用高比強度的輕質材料，如鋁、鎂、鈦等替代傳統的汽車材料（鋼鐵）。2009年全球汽車用鈦量已達3000噸。鈦在賽車上的應用已有許多年的歷史目前賽車幾乎都使用了鈦材，日本汽車用鈦已超過600噸，隨著全球汽車工業的發展，汽車用鈦還在快速增加。

5、醫療行業

鈦在醫療領域有著廣泛的應用。鈦與人體骨骼接近，對人體組織具有良好的生物相容性、無毒副作用。人體植入物是與人的生命和健康密切相關的特殊的功能材料。同其它金屬材料相比較，使用鈦及鈦合金的優勢主要有以下幾點：

1 質輕；2 彈性模量低；3無磁性；4 無毒性；5 抗腐蝕性；6 強度高、韌性好。

外科植入物中的鈦合金用量正以每年5%-7%的速度增長。採用鈦及鈦合金製造的股骨頭、髖關節、肱骨、顱骨、膝關節、肘關節、肩關節、掌指關節、頜骨以及心辨膜、腎辨膜、血管擴張器、夾板、假體、緊固螺釘等上百種金屬件移植到人體中，取得了良好的效果，被醫學界給予了很高的評價。

6、化工行業

鈦具有優良的耐腐蝕性能、力學性能和工藝性能，被廣泛應用於國民經濟許多部門。特別是在化工生產中，用鈦代替不銹鋼、鎳基合金和其它稀有金屬作為耐腐蝕材料。這對增加產量，提高產品質量，延長設備使用壽命，減少消耗，降低能耗，降低成本，防止污染，改善勞動條件和提高勞動生產率等方面都有十分重要的意義。

7、海洋工程

隨著科學技術的發展和陸地資源日趨枯竭，人類開發利用海洋已經提到日程上來了。鈦對於海水有優異的耐蝕性能，大量運用於海水淡化、艦船、海洋熱能開發和海底資源開采等領域。

8、日常生活

鈦在日常生活中的應用非常廣泛，可謂無處不在，例如高爾夫球頭、自行車車架、網球拍、輪椅、眼鏡架等都會應用到鈦。

鈦以其輕質、強度高的特性在體育用品中的應用，從最早的網球拍、羽毛球拍逐步擴展到了高爾夫球頭、球桿以及賽車等。

2008年我國體育休閑占總消費量的13%，其中僅高爾夫球頭和球桿的用鈦量就超過了1000噸。鈦合金做成的自行車車架也頗受歡迎，目前有近50價公司生產鈦自行車，美國早已是最大的鈦自行車生產商和消費國。

鈦輕質的特點也應用到眼鏡架中，而且鈦又不易與皮膚發生過敏，並且鈦表面經陽極處理可有絢麗色彩，因此從20世紀80年代初就開始應用於鏡架中。

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鈦被認為是一種稀有金屬，這是由於在自然界中其存在分散並難於提取。但其相對豐富，在所有元素中居第十位。 鈦的礦石主要有鈦鐵礦及金紅石，廣布於地殼及岩石圈之中。鈦亦同時存在於幾乎所有生物、岩石、水體及土壤中。

從主要礦石中萃取出鈦需要用到克羅爾法 或亨特法。鈦最常見的化合物是二氧化鈦，可用於製造白色顏料。其他化合物還包括四氯化鈦(TiCl4)（作催化劑和用於製造煙幕作空中掩護）及三氯化鈦（TiCl3)（用於催化聚丙烯的生產）。

H. 簡述醫用不銹鋼、鈷基合金、鈦基合金的特性比較。

簡述醫用不銹鋼、鈷基合金、鈦基合金的特性比較。：1.鈦合金，生物醫用鈦合金材料是用於生物醫學工程的一類功能結構材料，常用於外科植入物和矯形器械產品的生產和製造。鈦合金醫療器械產品如人工關節、牙種植體和血管支架等用於臨床診斷、治療、修復、 替換人體組織或器官，或增進人體組織或器官功能， 其作用是御春葯物攜拆亂不能替代的。2.鈷基合金通常指Co-Cr合金，有2種基本牌號：Co-Cr-Mo合金和Co-Ni-Cr-Mo合金。Co-Cr-Mo合金微觀組織為鈷基奧氏體結構，能夠鍛造或鑄造，但製作加工非常困難，其機械性能和耐蝕性優於不銹鋼，是現階段比較優良的生物醫用金屬材料。辯檔鍛造鈷基合金是一種新型材料，用於製造關節替換假體連接件的主幹，如膝關節和髖關節替換假體等。3.不銹鋼醫用不銹鋼具有低成本和良好的加工性能、力 學性能等，目前在口腔醫學和骨折內固定器械、人 工關節等領域應用廣泛。302不銹鋼是最早使用的醫 用金屬材料，抗腐蝕性能較好，強度較高。有研究 人員將鉬元素加入不銹鋼中製作316不銹鋼，有效地 改善了醫用不銹鋼的抗腐蝕性。20世紀50年代，研 究人員研製出新的316L不銹鋼，將不銹鋼中的最高 碳含量降至0.03%，使得材料的抗腐蝕性能得到進一 步提高。從此，醫用不銹鋼便成為國際上公認的外 科植入體的首選材料。