多孔钛的粉末烧结制备与性能研究

论文摘要

最近,医用金属材料广泛用于硬组织如牙根等植入物。多孔钛因为兼具良好的生物相容性和独特的孔隙结构的优点而成为研究热点。多孔结构有利于组织的长入和体液的传输。另外,钛属于生物惰性材料,可以通过表面改性处理改善其生物活性。本文采用粉末烧结制备多孔钛并利用化学法在其表面沉积羟基磷灰石涂层。本文利用粉末烧结技术,即在氢化钛粉末中添加造孔剂NH4HCO3烧结,制备不同孔隙率的多孔钛。多孔钛的力学性能与其孔隙率有关,因此可以通过造孔剂的添加量来达到改变其力学性能的目的。研究结果表明添加造孔剂的含量对多孔钛的压缩强度和孔隙特性有很大的影响,在压制和烧结条件不变时,造孔剂的含量增大时,多孔钛的压缩强度和弹性模量逐渐减小;多孔钛的孔隙率随造孔剂添加量的增大基本上呈正比增大。通过造孔剂含量的变化来制备出孔隙率合适,力学性能与骨骼相匹配的多孔钛是本文研究的重点。烧结的多孔钛的孔隙率为41.61-56.74%,孔隙尺寸为346-427μm,压缩强度为100-200MPa,弹性模量为7.9-17.5GPa。满足密质骨的基本的孔隙和力学性能要求。本文应用化学法对烧结多孔钛的表面进行改性,在多孔钛表面沉积羟基磷灰石涂层。酸处理的结果在多孔钛孔壁表面留下小蚀坑,这些小蚀坑增大了多孔钛孔隙内壁表面积。NaOH碱液处理后在金属表面形成钛酸钠凝胶层,将碱处理过的多孔钛放入模拟体液中浸泡,可在多孔钛表面诱导沉积羟基磷灰石。碱处理时碱液的浓度和处理时间对羟基磷灰石的沉积都有很大的影响。研究表明依次采用32.5%的硝酸,在60℃处理24h;用1.5M的氢氧化钠,在60℃处理24h,而后在37.5℃的模拟体液中处理后沉积的羟基磷灰石涂层较好。酸碱处理条件相同,预钙化有助于加快多孔钛的羟基磷灰石涂层的沉积速度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 骨的成份及结构
• 1.2.1 骨成份
• 1.2.2 骨结构
• 1.2.3 羟基磷灰石的骨诱导作用
• 1.3 骨替代材料的分类与特性比较
• 1.4 多孔钛作为骨替代材料的优点
• 1.4.1 钛的性质
• 1.4.2 多孔金属材料
• 1.4.3 多孔钛替代骨的优点
• 1.5 多孔钛的制备
• 1.5.1 多孔钛的制备方法
• 1.5.2 粉末烧结的发展
• 1.6 多孔钛的生物活化
• 1.7 国内外现状分析
• 1.7.1 需求与发展
• 1.7.2 目前研究情况
• 第2章 实验设备及研究方法
• 2.1 实验材料及实验设备
• 2.1.1 金属粉末的特性
• 2.1.2 实验设备及连接
• 2.2 实验方案以及其工艺流程
• 2.3 实验步骤
• 2.3.1 粉末的配比及混料
• 2.3.2 毛坯的制备
• 2.3.3 真空烧结
• 第3章 多孔钛的性能表征与结果分析
• 3.1 孔隙特征表征
• 3.1.1 孔隙率
• 3.1.2 孔径
• 3.1.3 孔隙形貌
• 3.2 X 射线衍射分析（XRD）
• 3.3 能谱（EDS）
• 3.4 力学性能表征
• 3.4.1 孔隙率对多孔钛压缩强度的影响
• 3.4.2 孔隙率对多孔钛弹性模量的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 多孔钛的表面改性
• 4.1 多孔钛的表面改性
• 4.1.1 表面改性的意义
• 4.1.2 表面改性常用的方法
• 4.1.3 化学法优点及其改性机理
• 4.2 实验的准备及其方案
• 4.2.1 模拟体液的配置
• 4.2.2 实验方案
• 4.3 实验工艺流程
• 4.3.1 试样的清洗
• 4.3.2 酸处理
• 4.3.3 碱处理
• 4.3.4 模拟体液培养
• 第5章 实验结果分析
• 5.1 酸处理及预钙化对涂层的影响
• 5.1.1 实验工艺参数
• 5.1.2 酸处理对羟基磷灰石涂层形成的影响
• 5.1.3 预钙化对羟基磷灰石的沉积的影响
• 5.1.4 酸处理，预钙化对羟基磷灰石的沉积的影响
• 5.2 碱液浓度及碱处理时间对涂层沉积的影响
• 5.2.1 实验工艺参数
• 5.2.2 碱处理浓度对羟基磷灰石涂层沉积的影响
• 5.2.3 碱处理时间对羟基磷灰石涂层沉积的影响
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢