[發(fā)明專利]Nd-YAG激光熔覆厚度可調(diào)的類骨結(jié)構(gòu)生物陶瓷復合涂層的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310310131.5
• 申請日: 2013-07-23
• 公開（公告）號: CN103422089A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王迎春;耿鐵;屈少敏;王贊;張映霞;唐靜靜;趙斌
• 申請（專利權(quán)）人: 河南工業(yè)大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 鄭州異開專利事務(wù)所(普通合伙) 41114
• 代理人: 韓華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物陶瓷材料領(lǐng)域，尤其是涉及一種Nd-YAG激光熔覆厚度可調(diào)的類骨結(jié)構(gòu)生物陶瓷復合涂層的方法。

背景技術(shù)

70年代以來問世的羥基磷灰石（Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂,?HAP）醫(yī)用生物陶瓷是目前前國內(nèi)外正在蓬勃發(fā)展的生物材料。由HAP微晶陶瓷制備的植入材料能與人體自然骨很好的結(jié)合，是已發(fā)現(xiàn)的生物相容性最好的生物陶瓷材料。磷酸鈣基的生物陶瓷在目前臨床應(yīng)用中應(yīng)用最為廣泛，其主要產(chǎn)品為HAP、磷酸三鈣(Ca₃(PO₄)₂,?TCP)、焦磷酸鈣(β-Ca₂P₂O₇,?β-TTCP)等。磷酸三鈣、焦磷酸鈣具有良好的骨誘導能力，是一種理想的可降解生物陶瓷材料，其成骨性能等生理功能非常接近HAP。由HAP與可降解生物陶瓷組成的復合材料的綜合生理性能將優(yōu)于單一的HAP生物陶瓷。目前臨床應(yīng)用時，是將該生物陶瓷材料利用等離子噴涂的方法將其噴涂在金屬基體上形成涂層。臨床使用發(fā)現(xiàn)，等離子噴涂法制備的生物陶瓷涂層的主要缺點為：１、涂層的組織與結(jié)晶度不均勻，這將減小涂層的生物相容性與穩(wěn)定性；2、涂層與基體的粘結(jié)強度較差，使得涂層在臨床應(yīng)用中出現(xiàn)剝落。

針對羥基磷灰石生物陶瓷涂層及等離子噴涂工藝仍然存在的上述問題，用激光熔覆工藝制備含HAP的鈣磷基生物活性陶瓷涂層近年得到了發(fā)展。傳統(tǒng)的激光熔覆制備工藝中使用CO₂激光器，以添加稀土的????????????????????????????????????????????????與CaCO₃的混合粉末為原材料能在熔覆層中得到包含HAP成分的生物陶瓷復合涂層。值得注意的是由于CO₂激光由于自身的波長吸收特性，CO₂激光熔覆不添加稀土成分的與CaCO₃?成分時無法得到生物陶瓷涂層。Nd?:?YAG固體激光器的波長為1.064μm，與CO₂氣體激光器（波長為10.64μm）相比，它輸出的波長較短。但是對于金屬材料而言，激光波長越短，吸收系數(shù)越大(圖中a與b處)，但是對陶瓷與玻璃材料而言(圖中A與B處),情況正好相反，如圖1所示，所以?⑴?當CO₂激光熔覆與CaCO₃混合粉末制備生物陶瓷涂層時，混合粉末對CO₂激光的吸收率將遠遠高于金屬基體，原材料發(fā)生燒蝕或分解，降低涂層中HAP的生成含量，同時制備出的HAP成分容易發(fā)生分解，所得HAP的含量降低；與之相反，Nd-YAG激光熔覆混合粉末時，金屬基體對Nd-YAG激光的吸收率將遠遠高于混合粉末。⑵?能量傳遞方式：Nd-YAG激光熔覆過程中，混合粉末合成生物陶瓷的能量來自吸收Nd-YAG激光束能量而熔化的金屬基體，這為激光熔覆過程中HAP的存在提供了加工與熱力學條件。

經(jīng)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)枺?00510030117.5，名稱：激光熔覆原位合成制備生物陶瓷復合涂層的方法，該專利涉及Nd-YAG激光熔覆生物陶瓷復合涂層的制備工藝，其涉及的復合生物陶瓷涂層材料主要由HAP?與β-Ca₂P₂O₇組成，但是該專利涉及的復合生物陶瓷涂層由于原材料中沒有添加稀土成分,?進而該專利涉及的復合生物陶瓷涂層原材料中不存在稀土成分。激光熔覆過程中原材料中稀土的添加,?能催化HAP?等鈣磷基生物陶瓷相的形成并可抑制其分解,?提高HAP?相結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。此外稀土在激光涂覆生物陶瓷涂層中,?少量分布于晶內(nèi),?大部分分布在局部晶粒間。稀土的摻雜,?促進晶粒細化,?具有自然骨組織晶粒的不規(guī)則性和纖維組織等特征。Nd-YAG激光熔覆過程中，激光工藝參數(shù)與原材料成分相同情況下，添加稀土的生物陶瓷涂層比未添加稀土的生物陶瓷涂層的晶粒度降低5-10倍，組織具有類骨組織的不規(guī)則性和纖維組織等特征，結(jié)合強度提高30%-50%，物相組成中羥基磷灰石的含量提高10-30%，并且合成羥基磷灰石的工藝參數(shù)范圍擴大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有CO₂激光熔覆制備生物陶瓷涂層的不足，提供一種以添加了稀土成分的與CaCO₃的混合粉末為原材料制作涂層厚度可調(diào)的具有類骨組織結(jié)構(gòu)的復合生物陶瓷涂層的Nd-YAG激光熔覆制備方法。