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粉末冶金法制备生物医用多孔钛及性能研究

刘秀明  
【摘要】:多孔钛综合了钛及钛合金优异的机械性能、耐腐蚀性、生物相容性和泡沫金属的多孔结构这两种材料的优势,在骨替代和牙体组织修复等领域具有广泛的应用前景。粉末冶金法制备多孔钛一般添加有机造孔剂,而本文选择对人体具有积极作用的金属镁作为造孔剂,更有益于人体健康。因此,开展生物医用多孔钛的制备及相关性能的研究具有一定理论和实际意义。 本项研究选用纯镁粉作为造孔剂,采用粉末冶金方法制备生物医用多孔钛;利用图像处理技术分析孔的几何特征;结合金相、扫描电镜观察多孔钛的孔结构;采用万能力学试验机进行力学性能(弹性模量和抗压强度)测试;用XRD对体外生物矿化和微弧氧化后的多孔钛进行物相分析。系统研究了镁粉量和尺寸、成型压力及烧结温度等工艺参数对多孔钛孔隙率及力学性能的影响。并利用化学处理和微弧氧化方法对多孔钛表面进行改性处理,以增加其表面的生物活性。 本实验成功制备了孔径为10-50μm和100-500μm的多孔钛。实验结果表明,制备过程的影响因素中,镁含量对多孔钛结构和性能影响最显著,随镁粉量的增加,多孔钛的孔隙率升高,而弹性模量和抗压强度均降低。典型的多孔钛的力学性能为:弹性模量10-15GPa;抗压强度344-489MPa,接近于牙体组织的力学性能。多孔钛表面改性结果显示:经过酸碱活化处理的多孔钛在人体模拟体液(SBF)中浸泡后,其表面成功沉积了具有生物活性的钙磷层,含有Ca/P的表面可促进新骨的生长,提高植入体的生物相容性;通过微弧氧化,可以在原多孔钛表面形成具有金红石相和锐钛矿相的微孔氧化层。这些微孔又对体液和营养成分的运输具有一定的促进作用,可望进一步提高植入体的生物相容性。 综上所述,通过粉末冶金法成功制备了孔隙率可控的多孔钛,且具有与牙体组织相近的力学性能,并通过表面改性使其具有良好的生物相容性,上述特点表明多孔钛适合于牙种植体材料的开发。


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