TW201319280A - 金屬玻璃及金屬玻璃合金鍍膜切割器具銳度提升之應用 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關於一種鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具、金屬玻璃切割器具、及其製備方法。本發明之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具包括：一切割體，該切割體係具有一鋒利部位且該切割體之材質係金屬；以及一金屬玻璃合金鍍膜，該金屬玻璃合金鍍膜係配置於該切割體之表面，且該金屬玻璃合金鍍膜之組成係如式1或式2所示，[式1]（ZraCubNicAld）100-xSix，其中，45=＜a=＜75，25=＜b=＜35，5=＜c=＜15，5=＜d=＜15，0.1=＜x=＜10，[式2]（ZreCufAggAlh）100-ySiy，其中，35=＜e=＜55，35=＜f=＜55，5=＜g=＜15，5=＜h=＜15，0.1=＜y=＜10。本發明之金屬玻璃切割器具係包括：一切割體，該切割體係具有一鋒利部位，且該切割體之材質係為一金屬玻璃，且該金屬玻璃之組成係如上式1或式2所示。

Description

金屬玻璃及金屬玻璃合金鍍膜切割器具銳度提升之應用
本發明係關於一種鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具及其製備方法、一種金屬玻璃切割器具及其製備方法，尤指一種適用於刀子、鋸子、刀片、或刀輪等之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具及其製備方法、及金屬玻璃切割器具及其製備方法。
刀具、鋸子等切割器具的應用範圍非常廣泛，例如烹調用刀具、手術刀具、軍用刀具、美術用刀具、工業用刀具、木工鋸子、醫療用鋸子、金屬切割鋸子等。而製作切割器具之材料包括有不鏽鋼、陶瓷、高碳鋼、鎢鋼等。目前市面上醫用切割器具大部份是以麻田散鐵型不鏽鋼所製成，其主要的特點為取得便利、易於製造且成本低廉，因此被大量使用於醫用手術刀具與器械。
一般對於切割器具所要求的特性例如，具有某程度的硬度、銳利度、耐酸鹼性、及抗腐蝕性、且不易沾黏，此外，為了提升商業價值，切割器具更須可易於生產製造、以及具有低材料成本。
關於切割器具銳利度的評估，可透過實驗測試並計算刀具銳度指標(Blade Sharpness Index,BSI)來達成(C.T. McCarthy,M. Hussey,M.D. Gilchrist.“On the sharpness of straight edge blades in cutting soft solids: Part I-indentation experiments”,Engineering Fracture Mechanics,vol.74,p.2205-2224,2007)。銳利度可影響切割器具的切割效果，例如，當提升手術刀的銳利度時，手術切割產生的傷口可越平整，可使得術後癒合時間縮短。
而為了符合醫療以及生活及工業的各種用途，本領域則需要開發出新的材料，使可製備出具有好的銳利度的切割器具，並同時具有低生產材料成本等優點。
藉此，本發明提供了一種鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具，包括：一切割體，該切割體係具有一鋒利部位且該切割體之材質係金屬；以及一金屬玻璃合金鍍膜，該金屬玻璃合金鍍膜係配置於該切割體之表面，且該金屬玻璃合金鍍膜之組成係如式1或式2所示，
[式1]
(ZraCubNicAld)100-xSix，
其中，45=<a=<75，25=<b=<35，5=<c=<15，5=<d=<15，0.1=<x=<10，
[式2]
(ZreCufAggAlh)100-ySiy，
其中，35=<e=<55，35=<f=<55，5=<g=<15，5=<h=<15，0.1=<y=<10。
本發明中，上述[式1]所示之金屬玻璃合金鍍膜之組成係為鋯基金屬玻璃；而[式2]所示之金屬玻璃合金鍍膜之組成係為鋯銅基金屬玻璃。
金屬玻璃(Metallic Glass)是指金屬中原子之排列方式缺乏長程有序(long-range order)的規則，而僅是以短程有序(short-range order)或無序之方式排列，此種原子排列形式和具有長程有序之金屬有明顯不同。金屬玻璃具有非常好的工程性能，如熱穩定性好、高抗拉強度、高彈性能、相當高的衝擊韌性、非常好的耐蝕性及非常好的磁性特性(Fe,Co基合金)。尤其是鋯基金屬玻璃的抗拉強度及維氏硬度分別可達到1600~1800 MPa及500~650，且其比重僅有5.9~6.7 kg/l。另一方面，金屬玻璃鍍膜可以提升醫用器械的耐蝕性，一般而言，材料的腐蝕都起始於缺陷，如：晶界處，這是由於晶界處的化學活性較強，但是金屬玻璃具有無晶界、差排等晶體缺陷的優勢，在腐蝕環境中具有較佳的耐蝕功能。
鍍覆了金屬玻璃鍍膜的手術刀片，其表面粗糙度會降低，可減少使用時的摩擦力，且切面平整，有利於顯微神經接合手術的術後復原，經過發明人實驗結果顯示，刀鋒銳利指數方面，金屬玻璃與金屬玻璃鍍膜手術刀較市售現行手術刀可提升約30%銳利度，是一理想的醫用切割器具材料。
本發明之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具，係於一般切割體表面鍍上金屬玻璃合晶，使提高切割器具之銳利度。因此，當本發明之切割器具應用於手術切割時，由於手術刀片表面鍍覆了金屬玻璃鍍膜，可降低表面粗糙度，減少使用時的摩擦力，可使切面更平整，有利於如神經接合等手術的術後復原，使術後癒合時間縮短。且經由實驗測試證實，本發明之金屬玻璃合金鍍膜具有優秀的附著性，因此不易剝落，具有長的使用壽命。此外，更透過實驗測試證實，本發明之金屬玻璃合金鍍膜可提升切割器具的硬度。
本發明之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具中，該鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具之刀鋒銳利指數(blade sharpness index，BSI)相較於市售手術刀銳度提升30%，例如刀鋒銳利指數為0.2-0.28。
本發明之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具中，當該金屬玻璃合金鍍膜之組成係如式1所示時(即，鋯基金屬玻璃合金鍍膜)，該鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具之刀鋒銳利指數較佳可為0.23-0.28，例如，0.25。
本發明之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具中，當該金屬玻璃合金鍍膜之組成係如式2所示時(即，鋯銅基金屬玻璃合金鍍膜)，該鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具之刀鋒銳利指數較佳可為0.2-0.25，例如0.23。
本發明之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具中，該金屬玻璃合金鍍膜之厚度較佳可為100nm-500nm，例如200nm。
本發明之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具中，該切割體與該金屬玻璃合金鍍膜之間較佳可更包括一緩衝層。緩衝層可用於增加金屬玻璃合金鍍膜與切割體間的附著性。
本發明之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具中，該緩衝層之厚度較佳可為10mm-100mm，例如50nm。
本發明之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具中，該緩衝層之之材質較佳可為鈦。
本發明之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具中，該切割器具較佳可為手術刀片、骨鋸片、及其應用之器械。亦可應用於民生或軍事用品，例如：烹調用刀具、軍用刀具、美術用刀具、工業用刀具、木工鋸片、金屬切割鋸片等。
本發明之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具，其中，該鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具之硬度值較佳可為700Hv-800 Hv，更佳可為700-750 Hv，例如725 Hv或740 Hv。
本發明之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具中，該[式1]較佳為(Zr53Cu30Ni9Al8)99.5Si0.5；該[式2]較佳為(Zr42Cu42Al8Ag8)99.5Si0.5。
本發明另提供一種濺鍍金屬玻璃合金鍍膜於一切割體表面之方法，包括步驟：(A)提供一金屬玻璃靶材，該金屬玻璃靶材之組成係如式1或式2所示；以及(B)以該金屬玻璃靶材作為陰極，濺鍍一金屬玻璃合金鍍膜於該切割體表面；
其中，
[式1]
(ZraCubNicAld)100-xSix，
其中，45=<a=<75，25=<b=<35，5=<c=<15，5=<d=<15，0.1=<x=<10，
[式2]
(ZreCufAggAlh)100-ySiy，
35=<e=<55，35=<f=<55，5=<g=<15，5=<h=<15，0.1=<y=<10。
本發明中，上述[式1]所示之金屬玻璃合金鍍膜之組成係為鋯基金屬玻璃；而[式2]所示之金屬玻璃合金鍍膜之組成係為鋯銅基金屬玻璃。
透過本發明之濺鍍金屬玻璃合金鍍膜於一切割體表面之方法，可於一切割體之表面形成一金屬玻璃合金鍍膜，使提高該切割體之銳利度。使得該經由本發明之方法於表面形成有金屬玻璃合金鍍膜之切割體應用於手術切割時，由於手術刀片表面鍍覆了金屬玻璃鍍膜，可降低表面粗糙度，減少使用時的摩擦力，可使切面更平整，有利於如神經接合等手術的術後復原，使術後癒合時間縮短。且經由實驗測試證實，本發明之金屬玻璃合金鍍膜具有優秀的附著性，因此不易剝落，具有長的使用壽命。此外，更透過實驗測試證實，本發明之金屬玻璃合金鍍膜可提升切割器具的硬度。
本發明之濺鍍金屬玻璃合金鍍膜於一切割體表面之方法，其中，該金屬玻璃靶材較佳可經由以下步驟製得：(A1)將如式1或式2所示之組成之合金原料經熔煉(例如，電弧熔煉)形成一鑄錠(ingot)；(A2)將該融熔態鑄錠進行真空吸鑄並冷卻(例如水冷)製成板材；(A3)再加工該板材，以形成一金屬玻璃靶材。
本發明之濺鍍金屬玻璃合金鍍膜於一切割體表面之方法，其中，該步驟(A2)之冷卻係為急速冷卻。
本發明之濺鍍金屬玻璃合金鍍膜於一切割體表面之方法，其中，該方法較佳可用於提升該切割體之銳利度。
本發明之濺鍍金屬玻璃合金鍍膜於一切割體表面之方法，其中，該步驟(B)中，該金屬玻璃合金鍍膜之厚度較佳可為100nm-500nm，例如200nm。
本發明之濺鍍金屬玻璃合金鍍膜於一切割體表面之方法，其中，該步驟(B)之前，較佳可更包括一步驟(B0)：形成一緩衝層於該一切割體之表面。其中，該緩衝層之材質較佳可為鈦。其中，該緩衝層之厚度較佳可為10mm-100mm，例如50nm。
本發明之濺鍍金屬玻璃合金鍍膜於一切割體表面之方法，其中，該步驟(B)之前，該切割體可預先經由表面處理，該表面處理較佳可包括選自由：研磨拋光、電解拋光、及其組合所組成之群組。
本發明之濺鍍金屬玻璃合金鍍膜於一切割體表面之方法，其中，該步驟(B)中，該濺鍍步驟較佳可為於一氣體壓力為1x10-4Pa-1x10-2Pa之條件下進行。
本發明之濺鍍金屬玻璃合金鍍膜於一切割體表面之方法，其中，該步驟(B)中，該濺鍍步驟較佳可為於一惰性氣體或氮氣環境中進行。
本發明之濺鍍金屬玻璃合金鍍膜於一切割體表面之方法中，該[式1]較佳為(Zr53Cu30Ni9Al8)99.5Si0.5；該[式2]較佳為(Zr42Cu42Al8Ag8)99.5Si0.5。
本發明更提供一種金屬玻璃切割器具，係包括一切割體，該切割體係具有一鋒利部位，且該切割體之材質係為一金屬玻璃，且該金屬玻璃之組成係如式1或式2所示，
[式1]
(ZraCubNicAld)100-xSix，
其中，45=<a=<75，25=<b=<35，5=<c=<15，5=<d=<15，0.1=<x=<10，
[式2]
(ZreCufAggAlh)100-ySiy，
其中，35=<e=<55，35=<f=<55，5=<g=<15，5=<h=<15，0.1=<y=<10。
在此，[式1]所示之金屬玻璃之組成係為鋯基金屬玻璃；而[式2]所示之金屬玻璃之組成係為鋯銅基金屬玻璃。
本發明之切割器具其使用金屬玻璃(鋯基金屬玻璃或鋯銅基金屬玻璃)作為切割體(本體)的材料，可在拋光處理後得一鋒利刀刃，因此不需再經鍍膜，即可具有優秀的銳利度(具有很好的刀具銳度指標(BSI)值)、以及硬度，因此，當本發明之切割器具應用於手術切割時，由於表面粗糙度低，使用時的摩擦力低，可使切面更平整，有利於如神經接合等手術的術後復原，使術後癒合時間縮短。此外，亦可應用於民生或軍事用品，例如：烹調用刀具、軍用刀具、美術用刀具、工業用刀具、木工鋸片、金屬切割鋸片等，使發揮優秀的切割效率。
金屬玻璃(Metallic Glass)是指金屬中原子之排列方式缺乏長程有序(long-range order)的規則，而僅是以短程有序(short-range order)或無序之方式排列，此種原子排列形式和具有長程有序之金屬有明顯不同。金屬玻璃具有非常好的工程性能，如熱穩定性好、高抗拉強度、高彈性能、相當高的衝擊韌性、非常好的耐蝕性及非常好的磁性特性(Fe,Co基合金)。尤其是鋯基金屬玻璃的抗拉強度及維氏硬度分別可達到1600~1800 MPa及500~650，且其比重僅有5.9~6.7 kg/l。另一方面，金屬玻璃鍍膜可以提升醫用器械的耐蝕性，一般而言，材料的腐蝕都起始於缺陷，如：晶界處，這是由於晶界處的化學活性較強，但是金屬玻璃具有無晶界、差排等晶體缺陷的優勢，在腐蝕環境中具有較佳的耐蝕功能。
本發明之金屬玻璃切割器具，其中，該切割體之硬度值較佳可為500 Hv-600 Hv，例如550 Hv或570 Hv。
本發明之金屬玻璃切割器具，其中，該切割體之刀鋒銳利指數較佳可為0.25-0.30。
本發明之金屬玻璃切割器具，其中，當該金屬玻璃之組成係如式1所示時，該切割體之刀鋒銳利指數較佳可為0.25-0.30，例如0.26。
本發明之金屬玻璃切割器具，其中，當該金屬玻璃之組成係如式2所示時，該切割體之刀鋒銳利指數較佳可為0.25-0.30，例如0.25。
本發明之金屬玻璃切割器具，其中，該切割器具係較佳可為刀子、鋸子、刀片、或刀輪。
本發明之切割器具中，該[式1]較佳為(Zr53Cu30Ni9Al8)99.5Si0.5；該[式2]較佳為(Zr42Cu42Al8Ag8)99.5Si0.5。
本發明又提供一種金屬玻璃切割器具之製備方法，包括步驟：(A)將如式1或式2所示之組成之合金原料加熱(例如，以電弧熔煉)使熔融混合形成一鑄錠(ingot)；(B)將該融熔態之鑄錠進行真空吸鑄並急速冷卻使形成一金屬玻璃板材；以及(C)再加工(例如，機械加工方式)該金屬玻璃板材，而得到一具有一鋒利部位之切割體；
其中，
[式1]
(ZraCubNicAld)100-xSix，
其中，45=<a=<75，25=<b=<35，115=<c=<15，5=<d=<15，0.1=<x=<10，
[式2]
(ZreCufAggAlh)100-ySiy，
35=<e=<55，35=<f=<55，5=<g=<15，5=<h=<15，0.1=<y=<10。
在此，[式1]所示之金屬玻璃之組成係為鋯基金屬玻璃；而[式2]所示之金屬玻璃之組成係為鋯銅基金屬玻璃。
透過本發明的方法所製得的金屬玻璃切割器具係以金屬玻璃(鋯基金屬玻璃或鋯銅基金屬玻璃)作成切割體，相較於習知技術所製得的切割器具，本發明之金屬玻璃切割器具可在拋光處理後得一鋒利刀刃，而具有優秀的銳利度(具有很好的刀具銳度指標(BSI)值)、以及硬度，因此，當本發明的金屬玻璃切割器具應用於手術切割時，可使切面更平整，有利於如神經接合等手術的術後復原，使術後癒合時間縮短。
本發明之金屬玻璃切割器具之製備方法中，該步驟(C)中，該金屬玻璃板材較佳可透過切割而成形。
本發明之金屬玻璃切割器具之製備方法中，該[式1]較佳為(Zr53Cu30Ni9Al8)99.5Si0.5；該[式2]較佳為(Zr42Cu42Al8Ag8)99.5Si0.5。
本發明之金屬玻璃切割器具之製備方法中，該步驟(B)中急速冷卻較佳係透過水冷(例如，在水冷式銅模中急速冷卻)進行。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。下列特定具體實施例僅解釋為說明性，無論以任何方式皆不限制本揭示之其餘者。對本發明中配方的形式與細節之省略、修飾、減損、與改變，在不背離本發明之精神與範疇下，均可由熟習本項技藝者加以進行。
[實施例1]　鍍有鋯基金屬玻璃合金((Zr53Cu30Ni9Al8)99.5Si0.5)之切割器具之製備
1.靶材之製備
將合金原料按照組成比例((Zr53Cu30Ni9Al8)99.5Si0.5)配製後，將合金原料在氬氣保護氣氛下(分壓約為200 torrs)以電弧熔煉的方式(氬焊機廠牌型號：Lincoln electric INVERTEC V450-PRO)，進行合金熔煉形成圓形鑄錠(ingot)。
將熔煉完成之鑄錠表面進行清潔(例如，以噴砂機將氧化層去除，並將鑄錠放入裝有酒精的燒杯內，以超音波震盪清潔表面殘留物)，並將完成清潔後之鑄錠放入真空吸鑄熔煉爐中，在高純度氬氣的保護下進行真空吸鑄，並搭配恆溫控制系統控制銅模溫度，快速冷卻後得到一金屬玻璃板。接著，利用線切割(Wire-Cut EDM)將合金板切割成直徑約2吋大小的靶材，即完成本實施例的金屬玻璃靶材之製備。
2.　濺鍍鋯基金屬玻璃合金鍍膜
取一市售手術刀作為基材，於該手術刀之切割部位表面鍍上一層厚度約為50nm的緩衝層，緩衝層之材料主要為金屬鈦。
接著，以金屬玻璃靶材為陰極，鍍有緩衝層之手術刀作為陽極，使用直流磁控濺鍍機(DC Magnetron Sputter)，將濺鍍機腔體抽至真空度為約1x10-4Pa-1x10-2 Pa，充入氬氣氣體並施加直流高電壓進行濺鍍，以濺鍍鋯基金屬玻璃合金鍍膜((Zr53Cu30Ni9Al8)99.5Si0.5)於緩衝層表面，其鍍膜厚度為200nm，如此則完成本實施例之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具。
[實施例2]　鍍有鋯銅基金屬玻璃合金((Zr42Cu42Al8Ag8)99.5Si0.5)之切割器具之製備
首先，除了需將組成比例改為((Zr42Cu42Al8Ag8)99.5Si0.5)以外，以如同實施例1中步驟1.靶材之製備中所描述的相同方法製備鋯銅基金屬玻璃合金靶材。
接著，取市售手術刀，以如同實施例1中步驟2.所描述的相同方法，使用本實施例之鋯銅基金屬玻璃合金靶材進行濺鍍，而得到本實施例之鍍有鋯銅基金屬玻璃合金鍍膜之切割器具。
[實施例3]鋯基金屬玻璃合金((Zr53Cu30Ni9Al8)99.5Si0.5)切割器具(刀具)
將合金原料按照組成比例((Zr53Cu30Ni9Al8)99.5Si0.5)配製後，將合金原料在氬氣保護氣氛下(分壓約為200 torrs)以電弧熔煉的方式(氬焊機廠牌型號：Lincoln electric INVERTEC V450-PRO)，進行合金熔煉形成圓形鑄錠(ingot)。
將熔煉完成之鑄錠表面進行清潔(例如，以噴砂機將氧化層去除，並將鑄錠放入裝有酒精的燒杯內，以超音波震盪清潔表面殘留物)，並將完成清潔後之鑄錠放入真空吸鑄熔煉爐中，在高純度氬氣的保護下進行真空吸鑄，並搭配恆溫控制系統控制銅模溫度，快速冷卻後得到一金屬玻璃板。接著，利用線切割切出刀具的外型，之後使用研磨機研磨至0.38mm的厚度，再經由刀鋒加工，使刀鋒銳利。最後，再以0.05μm粒度的氧化鋁粉懸浮液拋光，而得到本實施例的切割器具(刀具)。
[實施例4]　鋯銅基金屬玻璃合金((Zr42Cu42Al8Ag8)99.5Si0.5)切割器具(刀具)
除了需將組成比例改為((Zr42Cu42Al8Ag8)99.5Si0.5)以外，以如同實施例3中所描述的相同方法製備本實施例的鋯銅基合金切割器具(刀具)。
[測試例1]　能量分散質譜儀(Energy dispersive spectrometry,EDS)分析
取實施例1、2、3、4之鍍有鋯基金屬玻璃合金鍍膜之切割器具、鍍有鋯銅基金屬玻璃合金鍍膜之切割器具、鋯基金屬玻璃合金切割器具、以及鋯銅基金屬玻璃合金切割器具分別進行能量分散質譜儀分析，所得到的結果如下表1所示。
其中，由於矽含量只有0.5 at.%，因為含量過少使EDS偵測不到矽元素，但其他元素如鋯元素、鋁元素、銅元素、鎳元素、銀元素所測得之結果皆在合理範圍之內。
[測試例2]　X光繞射分析(XRD)
利用X光繞射儀(Shimadzu XRD-6000)繞射，鑑定晶體結構與特性。其中，X光繞射之散射角2θ範圍從20度至80度，掃描速率為4°/min。
圖1至圖4分別為實施例3、4、1、2之鋯基金屬玻璃合金切割器具、鋯銅基金屬玻璃合金切割器具、鍍有鋯基金屬玻璃合金鍍膜之切割器具、以及鍍有鋯銅基金屬玻璃合金鍍膜之切割器具之X光繞射分析結果圖。由圖1、2中可看到，實施例3、4之金屬玻璃合金鍍膜僅在低角度(2θ=30°-50°)具有一寬廣的繞射峰，其餘部分沒有特別尖銳(sharp)的繞射峰，因此可知實施例3、4之刀具皆為金屬玻璃材質。
而圖3、4為實施例1、2之鍍有鋯基金屬玻璃合金鍍膜之切割器具、以及鍍有鋯銅基金屬玻璃合金鍍膜之切割器具之X光繞射分析結果圖。由圖3、4可看出其皆分別具有一個較明顯的結晶峰(2θ=44.67°、65.02°)，而此結晶峰經由與JPCDS CARD比對，推測為切割體(即，市售手術刀)本身的結晶峰。詳細地說，X光穿透金屬玻璃合金鍍膜，打到內部切割體所得到的吸收峰。而將此吸收峰扣除後，則無其他尖銳的繞射峰存在。因此，可證實實施例1、2之合金鍍膜皆為金屬玻璃鍍膜。
金屬玻璃(amorphous metals)是指金屬原子之排列方式缺乏連續規則性的長程排列，而僅以間斷短程有序方式排列。金屬玻璃又稱為液態金屬(liquid metals)或非結晶金屬(non-crystalline metals)，又因為這種缺乏連續規則性長程排列的規則性的特質與玻璃之結構相似，所以又被稱為玻璃化金屬(glassy metals)或金屬玻璃(metallic glass)。當合金液由高溫緩慢冷卻凝固時，通常會形成具連續規則性長程排列的結晶固體，但若是以極快的冷卻速率(約106~1010K/sec)冷卻，則可生成無序原子排列的金屬玻璃。且因為這種特殊的金屬玻璃結構，使金屬玻璃在低角度(2θ=30~50度)的X-ray繞射圖下具有一寬廣的繞射峰，故有別於結晶物體的繞射峰圖。
本測試例透過X光繞射分析證實出實施例1、2、3、4之金屬玻璃合金鍍膜及金屬玻璃切割器具皆呈現金屬玻璃狀態。
[測試例3]　薄膜刮痕附著力試驗
本測試例取實施例1、2之鍍有鋯基金屬玻璃合金鍍膜之切割器具、以及鍍有鋯銅基金屬玻璃合金鍍膜之切割器具分別進行刮痕測試。係使用刮痕試驗機(J&L Tech Scratch Tester)，將實施例1、2之鍍有金屬玻璃之切割器具固定於鋁塊上進行測試。
附著力之取得方法係經由：透過薄膜刮痕測試得到曲線圖，將摩擦力數據平滑化(smoothing)後，取一次微分(differentiate)，其最大值所對應的負載值就是破壞薄膜所需的力(即，臨界荷重：Lc)。
本測試例中，測試結果經由計算後，所得到實施例1、2之鍍有鋯基金屬玻璃合金鍍膜之切割器具、以及鍍有鋯銅基金屬玻璃合金鍍膜之切割器具的附著力分別為53N與60N。藉此可看出，本發明之鋯銅基薄膜附著力高於鋯基薄膜，而附著力越高表示附著性質越好，薄膜越不容易剝落。
[測試例4]　硬度測量
1.奈米壓痕技術量測(Nano-indentation test)
取實施例1、2之鍍有鋯基金屬玻璃合金鍍膜之切割器具、以及鍍有鋯銅基金屬玻璃合金鍍膜之切割器具、以及市售手術刀分別進行測試。在此，採用奈米壓痕測試儀(Nanoindenter,TriboLab,Hysitron,USA)做測試，壓痕深度(約30nm)不超過膜厚的1/10，於鍍膜上均勻施打五點，所得數據經取平均值後得到薄膜之硬度值。可以得到實施例1、2之鋯基、鋯銅基金屬玻璃合金鍍膜、以及市售手術刀之硬度值分別為724±8.2 Hv、742.3±7.6 Hv、760.7±10.9 Hv。
2.微小維克氏硬度測試
取實施例3、4之鋯基金屬玻璃合金切割器具、鋯銅基金屬玻璃合金切割器具、以及市售手術刀進行測試。在此，採用微小維克氏硬度測量儀進行量測，荷重為500g，荷載時間(loading time)為12秒。所得到之實施例3、4、以及市售手術刀之硬度結果分別為538.9±14.5 Hv、563.1±6.8 Hv、753.4±12.0 Hv。
[測試例5]切削能力分析
取實施例1、2、3、4之鍍有鋯基金屬玻璃合金鍍膜之切割器具、鍍有鋯銅基金屬玻璃合金鍍膜之切割器具、鋯基金屬玻璃合金切割器具、鋯銅基金屬玻璃合金切割器具、以及市售手術刀分別進行切削能力分析。其係透過將刀具固定於一夾具上，使其對橡皮墊進行切割，測量切削橡皮墊所需之力。測試時，切削深度為10mm，切削速度為9mm/min，橡皮墊厚度(t)為5mm。獲得實驗數據後，再經計算而得到刀具銳度指標(BSI)，有關刀具銳度指標的計算方式可參考文獻C.T. McCarthy,M. Hussey,M.D. Gilchrist.“On the sharpness of straight edge blades in cutting soft solids: Part I-indentation experiments”,Engineering Fracture Mechanics,vol.74,p.2205-2224,2007。
本測試例計算得到的刀具銳度指標，實施例1、2、3、4之鍍有鋯基金屬玻璃合金鍍膜之切割器具、鍍有鋯銅基金屬玻璃合金鍍膜之切割器具、鋯基金屬玻璃合金切割器具、鋯銅金屬玻璃基合金切割器具、以及市售手術刀分別為0.25、0.23、0.26、0.25、0.335(如下表2所示)。
由上測試結果可看出，本發明實施例1-4所製得之切割器具，其刀具銳度指標皆優於市售手術刀，亦即本發明實施例1-4所製得之切割器具相較於市售手術刀具有更高的銳利度。因此，當本發明之切割器具應用於手術切割時，可使傷口更平整，使術後癒合時間縮短。
綜上所述，本發明之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具，係於一般切割體表面鍍上金屬玻璃合晶，使提高切割器具之銳利度。因此，當本發明之切割器具應用於手術切割時，由於手術刀片表面鍍覆了金屬玻璃鍍膜，可降低表面粗糙度，減少使用時的摩擦力，可使切面更平整，有利於如神經接合等手術的術後復原，使術後癒合時間縮短。且經由實驗測試證實，本發明之金屬玻璃合金鍍膜具有優秀的附著性(且鋯銅基薄膜附著力高於鋯基薄膜)，因此不易剝落，具有長的使用壽命。此外，更透過實驗測試證實，本發明之金屬玻璃合金鍍膜可提升切割器具的硬度。
此外，本發明之使用金屬玻璃所製得之切割器具，由於其材質係為金屬玻璃(鋯基金屬玻璃或鋯銅基金屬玻璃)，因此不需再經鍍膜即可具有優秀的銳利度(具有很好的刀具銳度指標(BSI)值)、以及硬度，因此，當本發明之切割器具應用於手術切割時，由於金屬玻璃鍍膜之切割器具或金屬玻璃切割器具表面粗糙度低，摩擦力小，可使切面更平整，有利於如神經接合等手術的術後復原，使術後癒合時間縮短。此外，亦可應用於例如手術刀具、骨鋸片、及其應用之器械，或是可應用於民生或軍用刀具，例如：烹調用刀具、軍用刀具、美術用刀具、工業用刀具、木工鋸子、金屬切割鋸子等作使用，使發揮優秀的切割效率。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
圖1為本發明實施例3之鋯基金屬玻璃合金切割器具之X光繞射分析結果圖。
圖2為本發明實施例4之鋯銅基金屬玻璃合金切割器具之X光繞射分析結果圖。
圖3係本發明實施例1之鋯基金屬玻璃合金鍍膜之切割器具之X光繞射分析結果圖。
圖4係本發明實施例2之鍍有鋯銅基金屬玻璃合金鍍膜之切割器具之X光繞射分析結果圖。

Claims (23)

  1. 一種鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具，包括：一切割體，該切割體係具有一鋒利部位且該切割體之材質係金屬；以及一金屬玻璃合金鍍膜，該金屬玻璃合金鍍膜係配置於該切割體之表面，且該金屬玻璃合金鍍膜之組成係如式1或式2所示，[式1](ZraCubNicAld)100-xSix，其中，45=<a=<75，25=<b=<35，5=<c=<15，5=<d=<15，0.1=<x=<10，[式2](ZreCufAggAlh)100-ySiy，其中，35=<e=<55，35=<f=<55，5=<g=<15，5=<h=<15，0.1=<y=<10。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具，其中，該鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具之刀鋒銳利指數(blade sharpness index，BSI)係0.2-0.28。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具，其中，當該金屬玻璃合金鍍膜之組成係如式1所示時，該鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具之刀鋒銳利指數係為0.23-0.28。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具，其中，當該金屬玻璃合金鍍膜之組成係如式2所示時，該鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具之刀鋒銳利指數係為0.2-0.25。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具，其中，該金屬玻璃合金鍍膜之厚度係100nm-500nm。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具，其中，該切割器具係為刀子、鋸子、刀片、或刀輪。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具，其中，該鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具之硬度值為700Hv-800 Hv。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具，其中，當該金屬玻璃合金鍍膜之切割器具之硬度值為700-750 Hv。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之鍍有金屬玻璃合金鍍膜之切割器具，其中，該切割體與該金屬玻璃合金鍍膜之間更包括一緩衝層，且該緩衝層之厚度為10mm-100mm。
  10. 一種濺鍍金屬玻璃合金鍍膜於一切割體表面之方法，包括步驟：(A)　提供一金屬玻璃靶材，該金屬玻璃靶材之組成係如式1或式2所示；以及(B)　以該金屬玻璃靶材作為陰極，濺鍍一金屬玻璃合金鍍膜於該切割體表面；其中，[式1](ZraCubNicAld)100-xSix，其中，45=<a=<75，25=<b=<35，5=<c=<15，5=<d=<15，0.1=<x=<10，[式2](ZreCufAggAlh)100-ySiy，其中，35=<e=<55，35=<f=<55，5=<g=<15，5=<h=<15，0.1=<y=<10。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之濺鍍金屬玻璃合金鍍膜於一切割體表面之方法，其中，該金屬玻璃靶材係經由以下步驟製得：(A1)將如式1或式2所示之組成之合金原料經熔煉形成一鑄錠(ingot)；(A2)將該鑄錠進行真空吸鑄並冷卻製成板材；以及(A3)再加工該板材，以形成一金屬玻璃靶材。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之濺鍍金屬玻璃合金鍍膜於一切割體表面之方法，其中，該步驟(A2)之冷卻係為急速冷卻。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之濺鍍金屬玻璃合金鍍膜於一切割體表面之方法，其中，該方法係用於提升該切割體之銳利度。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之濺鍍金屬玻璃合金鍍膜於一切割體表面之方法，其中，該步驟(B)中，該金屬玻璃合金鍍膜之厚度係100nm-500nm。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之濺鍍金屬玻璃合金鍍膜於一切割體表面之方法，其中，該步驟(B)中，該濺鍍步驟係於一氣體壓力為1x10-4Pa-1x10-2Pa之條件下進行。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之濺鍍金屬玻璃合金鍍膜於一切割體表面之方法，其中，該步驟(B)中，該濺鍍步驟係於一惰性氣體或氮氣環境中進行。
  17. 一種金屬玻璃切割器具，係包括一切割體，該切割體係具有一鋒利部位，且該切割體之材質係為一金屬玻璃，且該金屬玻璃之組成係如式1或式2所示，[式1](ZraCubNicAld)100-xSix，其中，45=<a=<75，25=<b=<35，5=<c=<15，5=<d=<15，0.1=<x=<10，[式2](ZreCufAggAlh)100-ySiy，其中，35=<e=<55，35=<f=<55，5=<g=<15，5=<h=<15，0.1=<y=<10。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之金屬玻璃切割器具，其中，該切割體之硬度值為500 Hv-600 Hv。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之金屬玻璃切割器具，其中，該切割體之硬度值為500 Hv-550 Hv。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之金屬玻璃切割器具，其中，該切割體之刀鋒銳利指數係0.25-0.30。
  21. 如申請專利範圍第17項所述之金屬玻璃切割器具，其中，該切割器具係為刀子、鋸子、刀片、或刀輪。
  22. 一種金屬玻璃切割器具之製備方法，包括步驟：(A)　將如式1或式2所示之組成之合金原料加熱使熔融混合形成一鑄錠；(B)　將該鑄錠進行真空吸鑄並急速冷卻使形成一金屬玻璃板材；以及(C)　再加工該金屬玻璃板材，而得到一具有一鋒利部位之切割體；其中，[式1](ZraCubNicAld)100-xSix，其中，45=<a=<75，25=<b=<35，5=<c=<15，5=<d=<15，0.1=<x=<10，[式2](ZreCufAggAlh)100-ySiy，其中，35=<e=<55，35=<f=<55，5=<g=<15，5=<h=<15，0.1=<y=<10。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之金屬玻璃切割器具之製備方法，其中，該步驟(C)中，該金屬玻璃板材係透過切割而成形。
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