本研究共檢測人工髖關節中20個市售氧化鋁及8個氧化鋯陶瓷球頭，檢驗ISO 6474及ISO 13356規范中要求的各項性質。本研究也增加這些規范中并無列述的檢測，結果發現股小球表面仍可觀察的刮痕及孔洞殘留，另外建議3點彎曲強度之試片尺寸應針對產品尺寸設計，以便于做產品檢測。此外，材料之硬度對機械性質及磨耗行為有相當的影響性，應將此性質納入相關規范中，并明確訂定出測試之條件，例如準備樣品之方法、測試時施加之荷重及持壓時間等。

 

 

陶瓷材料的機械性質受各項基本物性所控制，因此ISO 6474及ISO 13356分別規范了用于制作植入物的氧化鋁及氧化鋯陶瓷材料的性質。本研究針對市售人工髖關節中之陶瓷股小球，檢驗規范中要求的各項性質，一方面作為實驗室材料發展的依據，另一方面建立實驗室的檢驗能力。

 

 

 

本研究共檢測20個市售氧化鋁及8個氧化鋯球頭。檢測的性質包括︰密度(density)、外觀尺寸(dimension)、真圓度(roundness)、表面粗度(surface roughness)、三點彎曲強度(3-pt flexural strength)量測、表面狀況、晶粒尺寸(grain size)和硬度(hardness)。

 

 

外觀尺寸十分穩定，與廠商標示的28 mm直徑誤差值在50 μm以內。真圓度僅約0.4μm，優于一般可接受的5μm。表面粗度值為0.03μm(Ra)。顯示廠商加工技術非常精良。但仍然可以觀察到燒結殘留的孔洞及機械加工留下的刮痕。在市售氧化鋁球頭表面較常觀察到燒結殘留的孔洞，機械加工的刮痕則只是偶爾可觀察到，并不常見。市售氧化鋯球頭表面與氧化鋁球頭恰好相反，觀察到機械加工刮痕的頻率非常高，燒結殘留的孔洞則十分少見。

氧化鋁及氧化鋯球頭密度分別達3.98及6.10g/cm3，幾乎完全緻密。晶粒尺寸及其標準差為2.4±1.3μm及0.41±0.16μm，均符合ISO規范的要求。氧化鋁及氧化鋯的平均三點彎曲強度為519及1230 MPa 。量測的維克氏硬度隨施加荷重而變，氧化鋁硬度隨荷重增加而降低，氧化鋯卻有相反趨勢，可能與氧化鋯材料受外力作用時，具有相變化（phase transformation）或鐵彈性區域轉換（ferroelastic domain switch, FDS）行為時，吸收部份能量有關。對氧化鋁而言，在各種測試條件中，所有的測試值均小于2300 Hv，應該是測試方法與規范中使用的條件不同所致。

 

 

市售之股小球表面可觀察到刮痕及孔洞殘留，仍有改進的空間。標準規范中規定之雙軸強度，在一般陶瓷測試中并不常見，建議修改為常見的3點彎曲強度，且試片尺寸應針對產品尺寸設計，以便于做產品檢測。此外，材料之硬度對機械性質及磨耗行為有相當的影響性，應將此性質納入相關規范中，并明確訂定出測試之條件，例如準備樣品之方法、測試時施加之荷重及持壓時間等。未來可依照此研究所得到的結果及建議，作為陶瓷相關骨科器材的檢測參考。