[發明專利]多孔鈦表面制備含榍石生物活性陶瓷涂層的方法

無效

• 申請號: 201010596222.6
• 申請日: 2010-12-20
• 公開（公告）號: CN102114540A
• 公開（公告）日: 2011-07-06
• 發明（設計）人: 魏大慶;成夙;周玉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B22F3/11
• 分類號: B22F3/11;C25D11/26;A61L27/30
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所 23118
• 代理人: 陳曉光

技術領域：

本發明涉及一種金屬表面改性技術領域，具體涉及一種多孔鈦表面制備含榍石生物活性陶瓷涂層的方法。

背景技術：

鈦及其合金的多孔材料即保持了鈦實體高機械強度、高韌性和優良的抗疲勞性能等特點，并且由于其多孔結構可以為骨組織的長入提供空間，有利于植入材料與骨組織之間的結合，因此鈦多孔材料在生物醫學骨組織替代方面具有相當大的應用潛力。通過微弧氧化的方法可以在多孔鈦表面形成微觀多孔結構的二氧化鈦TiO₂涂層，同時可在涂層中引入對生命體有益的微量元素，如鈣Ca、磷P、硅Si、鈉Na等，當這些微量元素引入后，可有效提高涂層的活性，在模擬體液中浸泡可提高誘導羥基磷灰石形成的能力，但是由于長時間在體液環境中浸泡表面微量元素會流失，這就需要提高微量元素在涂層內的穩定性。

發明內容：

本發明的目的是提供一種微弧氧化工藝方法節能省時，原位形成的氧化物涂層與基體匹配好，適用于不同孔隙、形狀與尺寸的多孔零件，所獲得的致密陶瓷層含有對人體骨組織生長有益的硅Si、鈣Ca微量元素和體液環境中具有極好穩定性的榍石，能夠成功的在模擬體液中誘導羥基磷灰石的生成，有助于提高多孔鈦基體替換物植入體內與骨組織的結合能力。

?上述的目的通過以下的技術方案實現：

多孔鈦表面制備含榍石生物活性陶瓷涂層的方法,本方法有四個步驟，

步驟一：做基體前處理將鈦珠(1)表面拋光、清洗；

步驟二：做真空燒結處理將鈦珠裝入模具中后置入真空度為10^-3Pa的真空燒結爐中，1450℃恒溫加熱2小時,然后隨爐空冷，冷卻到室溫后取出，鈦珠形成自然搭接的多孔形狀，即為多孔鈦(2)；

步驟三：做微弧氧化處理將多孔鈦置于含有堿性電解液的不銹鋼槽體中，以多孔鈦做陽極，不銹鋼槽體為陰極；氧化過程中通過冷卻系統控制槽液溫度＜50^oC；采用雙極脈沖電源，通過對微弧氧化電參數的控制，靠多孔鈦表面的擊穿放電使多孔鈦表面（2）形成微弧氧化涂層（3），微弧氧化涂層厚度控制在3～10mm;

[步驟四：做涂層熱處理將微弧氧化涂層放入空氣爐中600~900℃，保溫時間1-12小時進行熱處理。

所述的多孔鈦表面制備含榍石生物活性陶瓷涂層的方法，所述的微弧氧化的脈沖電壓為200～600V，所述的微弧氧化的頻率400～800Hz，所述的微弧氧化的占空比4～20%，所述的微弧氧化的溶液溫度0～50^oC。

所述的多孔鈦表面制備含榍石生物活性陶瓷涂層的方法，所述的堿性電解液是硅酸鹽和乙酸鈣的混合物，其中EDTA-2Na、NaOH、Na₂SiO₃·9H2O和Ca(CH₃COO)₂·H₂O的濃度分別定為15克/升、20克/升、14.2克/升和8.8克/升，以去離子水為溶劑配制成電解液，使得所述的通過微弧氧化制備涂層（3）中加入硅Si、鈣Ca微量元素。

所述的多孔鈦表面制備含榍石生物活性陶瓷涂層的方法，所述的熱處理溫度控制在600~900?^oC，所述的熱處理溫度時間控制在1~12h,隨著熱處理溫度和處理時間的增加榍石含量也增加。

所述的多孔鈦表面制備含榍石生物活性陶瓷涂層的方法，所述的多孔鈦制備所采用的原材料尺寸為直徑100或直徑200或直徑300或直徑400或直徑500或直徑600mm的鈦珠。

有益效果：

1.?本發明在保持多孔鈦表面微弧氧化涂層的生物活性基礎上顯著提高表面微弧氧化陶瓷層的穩定性，擴展了多孔鈦作為最理想的骨替代物的應用范圍。

本發明處理后的涂層進行衍射儀EDS能譜檢測，涂層中有鈉Na、硅Si、鈣Ca微量活性元素的存在,X射線衍射儀XRD衍射測試可檢測出涂層中存在榍石和銳鈦礦及金紅石，本發明首次在多孔鈦基體上通過高溫處理微弧氧化含Si、Ca涂層獲得榍石。以鈦珠燒結成多孔鈦，多孔結構可以提高植入物與骨組織的結合，在多孔鈦基體上微弧氧化是一項創新，將按本發明獲得涂層放入模擬體液中浸泡7天表面有羥基磷灰石生成，當浸泡一個月后表面羥基磷灰石達到飽和，同時用衍射儀EDS能譜檢測涂層中的Si、Ca元素含量沒有發生變化，說明本發明中的陶瓷涂層即具有良好的生物活性和同時克服了直接微弧氧化鈦基體表面微量元素易流失的缺點。

附圖說明：

附圖1是本產品中鈦珠表面的結構示意圖。

附圖2是本產品中真空燒結多孔鈦的結構示意圖。