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姓名	林泓成(Hung-Cheng Lin)  查詢紙本館藏	畢業系所	材料科學與工程研究所
論文名稱	適用於生物駐植物之無毒鈦基金屬玻璃之合金設計 (Designing of the toxic element-free Ti-based amorphous alloy for biomedical implants)
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摘要(中)	近年來，由於鈦合金具有著高生物相容性以及高安全性、穩定性，因此在生醫植入物方面獲得顯著之發展，尤其是在骨折案例中手術部位之固定所需的骨釘及金屬縫線﹔但這些材料在人體中有安全性、耐久性與耐腐蝕性之問題，而且其楊氏模數(E)之差異會導致應力遮蔽(stress-shielding)效應，最後可能會導致原本骨頭萎縮。非晶合金相較於結晶合金，具有較低的楊氏係數、高彈性變行回復能力、高硬度等性質，另一方面鈦基非晶合金有著低密度、出色的生物相容性及抗腐蝕力，所以在生醫材料的運用上很有優勢。本研究的目的為設計出一可運用於生醫駐植物之不含有害元素的鈦基非晶質合金。因此選擇TixZryTazSi15 (at.%)合金系列進行成份設計，研究結果顯示，以Ti42Zr40Ta3Si15非晶質合金具有最佳之機械性質及過冷液相區間，在薄帶折曲180∘後未發生破裂，且成份中不含任何有毒元素不會對人體造成傷害。
摘要(英)	A series of toxic element-free Ti-Zr-Ta-Si amorphous alloy ribbons have been successfully prepared by melt-spinning method. The differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffraction analysis, bending test, and microhardness test are conducted for studying the thermal and mechanical properties of these alloy ribbons. The results show that the highest value (80 K) of supercooled liquid region (SCL, SCL= Tx - Tg , glass transition temperature (Tg) and crystallization temperature (Tx) are 693 and 773 K, respectively) occurs at the composition of Ti42Zr40Ta3Si15. In addition, this amorphous alloy exhibits the best thermal stability during isothermal annealing at the middle temperature of its SCL. Moreover, the Ti42Zr40Ta3Si15 amorphous alloy ribbon presents excellent ductility by bending test, without fracture and no crack after bending over 180 degree. Therefore, the composition of Ti42Zr40Ta3Si15 is believed to be a promising based alloy for fabricating the porous metallic glass in the application of biomedical implant.
關鍵字(中)	★ 金屬玻璃 ★ 玻璃形成能力 ★ 合金設計	關鍵字(英)	★ BMG ★ GFA ★ alloy design
論文目次	總目錄 摘要 i Abstract ii 致謝 iii 總目錄 v 表目錄 viii 圖目錄 ix 第一章 前言 1 1-1 研究動機 2 第二章 理論基礎 6 2-1 塊狀非晶質合金 6 2-2 實驗歸納法則 7 2-3 非晶質合金之製造方法 9 2-4 非晶質合金之種類 10 2-5 非晶質合金之特性 11 2-5-1 機械性質 12 2-5-2 化學性質-耐蝕性 12 2-5-3 磁性質 13 2-5-4 生醫性質 14 2-5-5 其它性質 14 2-6 非晶質合金之熱力學性質 14 2-6-1 非晶質之平衡 14 2-6-2 玻璃轉換溫度Tg 16 2-6-3 玻璃形成能力(GFA, Glass Forming Ability)指標 17 第三章 實驗步驟 28 3-1 合金試片配製 28 3-1-1 合金鑄錠熔製 28 3-1-2 薄帶製作 29 3-2 熱性質分析 30 3-2-1示差掃描熱分析(DSC) 30 3-3 微觀組織分析 31 3-3-1 X光繞射儀(XRD) 31 3-3-2 掃描式電子顯微鏡(SEM) 31 3-3-3 能量分散質譜儀(EDS) 31 3-3-4穿透式電子顯微鏡(TEM) 32 3-4 硬度試驗分析 32 第四章 結果與討論 40 4-1 薄帶性質測試 40 4-1-1 非恆溫熱性質分析 41 4-1-2 微結構分析 41 4-2 最佳合金成份選擇 44 4-2-1 恆溫熱分析 44 4-2-2 機械性質分析 45 4-3 添加不同元素對合金系統影響 45 4-3-1改變Ta元素含量對Ti-Zr-Ta-Si系統之影響 45 4-3-2改變Ti-Zr元素比例對Ti-Zr-Ta-Si系統之影響 46 4-3-3添加Cu元素對Ti-Zr-Ta-Si系統熱之影響 47 4-3-4添加B元素對Ti-Zr-Ta-Si系統熱之影響 47 第五章 結論 64 第六章 參考文獻 66   表目錄 表1- 1 非晶質合金之特性[19] 5 表2- 1 最初非晶質合金之系統分類[46] 19 表2- 2 多元系塊狀非晶質合金種類與發展歷程[50] 20 表2- 3 多元系塊狀非晶質合金之成分分類[50] 21 表2- 4 非晶質合金之磁特性[51] 22 表2- 5 非晶質合金之決定因子[2] 23 表3- 1 TIXZRYTAZSI15樣品成份表 33 表3- 2 TIXZRYTAZSI15BU樣品成份表 33 表3- 3 TIXZRYTAZSI15CUV樣品成份表 34 表3- 4 TIXZRYTAZSI15CUV樣品成份表 34 表4- 1 TIXZRYTAZSI15合金系統之熱性質與機械性質表 48 表4- 2 TIXZRYTAZSI15合金系統添加B元素之熱性質與機械性質表 48 表4- 3 TIXZRYTAZSI15合金系統添加CU元素之熱性質與機械性質表 49 表4- 4 TIXZRYTAZSI15合金系統不同TI-ZR比例之熱性質與機械性質表 49 表4- 5 TIXZRYTAZSI15合金系統添加CU元素之熱性質與機械性質表 50 表4- 6 TI42ZR40TA3SI15非晶質合金之硬度表 50   圖目錄 圖1- 1 結晶與非晶質之原子排列方式[20] 5 圖2- 1 合金系統之分類圖[46] 24 圖2- 2 結晶與非結晶之X光繞射結果[21] 24 圖2- 3 施加外力於非晶質材料，原子對力之傳導方式[49] 25 圖2- 4 非晶質合金之形成法則[42] 25 圖2- 5 玻璃形成時，焓與比容之關係圖[45] 26 圖2- 6 ZR59AL7.5NI10CU17.5B6非晶質合金之DSC曲線[46] 26 圖2- 7 非晶質比熱與溫度之關係圖[42] 27 圖2- 8 臨界冷卻速率與玻璃形成能力關係圖[27] 27 圖3- 1 實驗流程圖 35 圖3- 2 真空電弧融煉機 35 圖3- 3 高週波銅輪薄帶機示意圖 36 圖3- 4 熱差掃描熱分析儀(DIFFERENTIAL SCANNING CALORIMETER DSC) 36 圖3- 5 高溫熱差掃描熱分析儀 37 圖3- 6 微小維氏硬度機(MICRO VICKERS INDENTATION) 37 圖3- 7 X光繞射儀(X-RAY DIFFRACTION XRD) 38 圖3- 8 掃描式電子顯微鏡(SEM) 38 圖3- 9 FOCUS ION BEAM, FEI VERSA3D(FIB) 39 圖3- 10 穿透式電子顯微鏡(TEM) 39 圖4- 1 TIXZRYTAZSI15合金系統三元相圖 51 圖4- 2 薄帶破裂位置示意圖 51 圖4- 3 TI42ZR40TA3SI15熱分析曲線圖 55 圖4- 4 TI42ZR40TA3SI15恆溫持溫曲線 56 圖4- 5 TI42ZR40TA3SI15孕核時間 56 圖4- 6 TIXZRYTAZSI15合金系統之XRD曲線圖 57 圖4- 7 TIXZRYTAZSI15合金系統之DSC曲線圖 57 圖4- 8 TIXZRYTAZSI15合金系統添加B元素之XRD曲線圖 58 圖4- 9 TIXZRYTAZSI15合金系統添加B元素之DSC曲線圖 58 圖4- 10 TIXZRYTAZSI15合金系統添加CU元素之XRD曲線圖 59 圖4- 11 TIXZRYTAZSI15合金系統不同TI-ZR比例之DSC曲線圖 59 圖4- 12 TIXZRYTAZSI15合金系調整TI-ZR比例之XRD曲線圖 60 圖4- 13 TIXZRYTAZSI15合金系統調整TI-ZR比例之DSC曲線圖 60 圖4- 14 TIXZRYTAZSI15合金系統添加CU元素之XRD曲線圖 61 圖4- 15 TIXZRYTAZSI15合金系統添加CU元素之DSC曲線圖 61 圖4- 16 熱處理前後TI42ZR40TA3SI15合金XRD圖 62 圖4- 17 TI42ZR40TA3SI15合金結晶活化能 62 圖4- 18 熱處理前TI42ZR40TA3SI15合金TEM圖 63 圖4- 19 熱處理530℃後TI42ZR40TA3SI15合金TEM圖 63 圖4-2- 1 薄帶脆性破裂SEM圖 52 圖4-2- 2 薄帶脆性破裂SEM圖 52 圖4-2- 3 薄帶韌性破裂SEM圖 53 圖4-2- 4 薄帶韌性破裂SEM圖 53 圖4-2- 5 薄帶韌性破裂SEM圖 54
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指導教授	鄭憲清(Jason Shian Ching jang)	審核日期	2013-7-26
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