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《暨南大学》 2010年
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粉末冶金结合微弧氧化制备医用钛基复合材料及其性能表征

戚元臣  
【摘要】: 钛由于其良好的生物相容性和耐腐蚀性而被广泛应用于人体骨替代材料,但纯钛杨氏弹性模量较高,植入人体容易产生“应力屏蔽”,同时钛生物活性较差,难以和人体骨形成稳固的骨性结合。本文针对钛的以上两方面不足,采用粉末冶金结合微弧氧化法制备了医用钛基表面复合材料,研究了等静压压力对纯钛粉压坯烧结体密度、孔隙率、抗拉强度和杨氏弹性模量的影响以及不同造孔剂含量时多孔钛烧结体的密度、孔隙率、抗弯强度、弯曲弹性模量和表面形貌,同时研究了不同电解液下微弧氧化电压及碱处理对氧化膜层物相、形貌、元素组成的影响以及微弧氧化膜层及微弧氧化结合碱处理膜层的生物活性。 研究结果表明,降低等静压压力可有效降低钛烧结体的抗拉强度和杨氏弹性模量,20MPa和30MPa成型压力下钛烧结体的杨氏弹性模量在26GPa左右,与人体皮质骨杨氏弹性模量(约25GPa)接近;增加造孔剂含量可显著降低钛烧结体的抗弯强度和弯曲弹性模量,10wt%和50wt%造孔剂含量的多孔钛烧结体弯曲弹性模量分别为33.59GPa和6.16GPa,6.16GPa的弯曲弹性模量过小,植入人体容易引起“应力屏蔽”,20wt%造孔剂含量的多孔钛烧结体的弯曲弹性模量约为23.44GPa,与人体骨(约22GPa)较接近;增加造孔剂含量还可显著降低多孔钛烧结体的显微硬度,20wt%造孔剂含量的显微硬度为2.24GPa,与人体皮质骨显微硬度(约2.2GPa)接近;微弧氧化电压升高则微弧氧化膜层金红石含量增多,金红石有利于羟基磷灰石的形核,但单一金红石较难诱导磷灰石形核,高微弧氧化电压下氧化膜层经碱处理后表现出较好的生物活性,碱处理微弧氧化膜层增加了OH-基团,加速了磷灰石的沉积速度;透钙磷石属于亚稳相,经碱热处理可以转变成羟基磷灰石,是羟基磷灰石的前驱体;在高孔隙率多孔钛烧结体粉末冶金孔隙内部也可进行微弧氧化,生成粗糙多孔的膜层结构,即钛表面粉末冶金大孔里面有微弧氧化小孔存在,出现了大孔套小孔的形貌;单一OH-不能诱导磷灰石形核;金红石、透钙磷石和OH-基团为羟基磷灰石的形核提供了强大动力,三者结合的氧化膜层具有优良的生物活性。 粉末冶金结合微弧氧化可以制备低弹性模量和高生物活性的复合材料,具有较好的医用前景。
【学位授予单位】:暨南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:R318.08

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