[發明專利]一種新型硬組織生物醫用鋯基合金及制備方法

無效

• 申請號: 201110412827.X
• 申請日: 2011-12-13
• 公開（公告）號: CN102443720A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 湛永鐘;李春流
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: C22C16/00
• 分類號: C22C16/00;C22C1/02
• 代理公司: 廣西南寧匯博專利代理有限公司 45114
• 代理人: 鄧曉安

技術領域

本發明屬于鋯基合金技術領域，具體涉及一種新型硬組織生物醫用鋯基合金。

背景技術

生物醫用材料包括醫療上能夠植入生物體或能夠與生物組織相結合的材料，生物材料用來治療或替換生物機體中原有的組織和器官，修正和提高其功能。目前生物醫用金屬材料是廣泛應用的外科植入材料，具有高的強度、良好的韌性、抗彎曲疲勞強度以及良好的加工成型性能，具有其他類型醫用材料難以替代的優良性能。金屬材料作為生物醫用材料必須滿足嚴格的生物學要求：(1)組織相容性好，無毒性，不致畸變，不引起過敏反應和干擾機體的免疫，不破壞臨近組織等；(2)物理化學性質穩定，強度、彈性、尺寸、耐腐蝕、耐磨性等性質穩定；(3)易于加工成型，容易制成各種需要的形狀。

目前金屬材料鈦及其合金在生物醫用植入材料上得到了廣泛的應用，尤其是β-鈦合金運用更廣泛，但是隨著醫學技術的發展，鈦合金在生物醫學的應用上存在的不足和缺陷不斷被發現出來，如鈦合金的彈性模量與天然骨的彈性模量不夠匹配，容易引起應力屏蔽效應，不利于骨愈合和植入體的長期穩定，對人體容易造成損傷。所以開發新型無毒性、性能更有優異的生物醫用合金材料，部分或全部替代現有的醫用鈦合金，已經成為當今生物醫用材料的最主要研究和發展方向之一。

有關鋯及其合金的研究在逐漸增加，但是主要集中在核工業及化學工業方面。無論國外或國內，有關鋯合金在生物醫用方面的研究幾乎還是一片空白，多數都是以鋯作為添加元素來彌補鈦合金的不足。鋯合金在生物醫用方面的應用未能得到研究和開發。基于以上情況，本發明將鋯合金在生物醫用上的應用作為主要的研究方向。

與鈦合金相比，鋯及其合金不僅具有作為傳統生物醫用合金所具有的優越性能，而且鋯及其合金還具有比鈦合金更高的耐蝕性、強度、以及更低的楊氏模量，很好地彌補了傳統鈦合金存在的不足和缺陷。同時，鋯為中性元素，對人體細胞無毒性作用，鈮和硅元素均具有良好的生物相容性，滿足了生物醫用材料的基本要求。

發明內容

本發明目的是提供一種新型硬組織生物醫用鋯基合金及制備方法，其能替代或部分替代鈦合金在生物醫用的運用，其具有良好的生物相容性，具有和人體骨骼相匹配的楊氏模量，能有效避免因力學不匹配而對人體造成的損傷。

本發明的技術方案如下：

一種新型硬組織生物醫用鋯基合金，所用原料組分及重量百分比為：海綿鋯90.3％～91.3％，鈮0％～0.9％，硅8.5～9.0％。海綿鋯為合金基體，鈮和硅為合金化元素。所用原料優選重量百分比為：海綿鋯90.3％～91.2％，鈮0.3％～0.9％，硅8.8％。

所述海綿鋯、鈮和硅純度均為99.0％以上。

新型硬組織生物醫用鋯基合金的制備方法，它的制備步驟如下：

(1)原料稱取，根據各原料組分的重量百分比分別稱取海綿鋯、硅和鈮；

(2)原料混合，將稱量好的原料利用攪拌混合方法混合均勻；

(3)原料熔煉，將混合均勻的原料放入非自耗真空電弧爐內的坩堝中，然后抽真空，真空度為1.0×10^-2～1.0×10^-3Pa；再通入惰性氣體進行洗氣；最后在惰性氣體的保護下進行熔煉得到粗合金鑄錠，熔煉電流強度為100A～150A，熔煉溫度為2700℃～3000℃；

(4)粗合金鑄錠冷卻，在惰性氣體保護下，對坩堝底部通水，利用流動的水對粗合金鑄錠進行水冷，得到新型硬組織生物醫用鋯基合金材料。

所述抽真空和洗氣反復進行2～4次。抽真空包含抽低真空和抽高真空，就是先對非自耗真空電弧爐內抽真空達到一個低真空度，然后調檔繼續抽真空，達到高真空度，真空度為1.0×10^-2～1.0×10^-3Pa。

所述的熔煉的次數為5遍以上，熔煉時間為70～90秒/次。

所述冷卻的時間為300～350秒。

所述惰性氣體為氬氣，壓強為一個標準大氣壓。

本發明的優點：

1、具有優異的性能，解決了傳統醫用鈦合金在楊氏模量與人體自然骨骼不匹配的問題。

本發明的鋯合金的楊氏模量(25～30GPa)處于人體骨骼的楊氏模量(15～30GPa)范圍內。

2、本發明的鋯合金對人體無毒性作用，生物相容性好。

3、在一定程度上解決了其他金屬替代材料因力學不匹配而對人體造成的損傷。