[發明專利]一種TI-6Al-4V基體的生物材料

在審

• 申請號: 201410777311.9
• 申請日: 2014-12-17
• 公開（公告）號: CN105749351A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 湯燕
• 申請（專利權）人: 湯燕
• 主分類號: A61L27/40
• 分類號: A61L27/40;A61L27/30;A61L27/32;A61L27/56
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 錢成岑;詹永斌

技術領域

本發明涉及生物材料，尤其是一種采用激光熔覆而成的TI-6Al-4V基體生物材料，屬于生物材料技術領域。

背景技術

目前，生物陶瓷涂層的制備方法主要有：等離子噴涂法、電化學法、溶膠-凝膠法、水熱合成法、粉漿涂層和燒結、激光熔覆法等。由于臨床上對生物材料有不同的性能要求，所以各種制備方法都是為了滿足某一方面的性能而被經常使用。

同時隨著表面科學和技術的迅猛發展，在金屬醫用生物材料表面熔覆一層或多層生物陶瓷材料的研究和開發已倍受人們的關注。在機械強度高、生物相容性差的金屬等種植體基材表面涂敷上一層生物相容性好的生物陶瓷涂層，來與生物體直接接觸。通過控制表面處理工藝參數，可以調整生物陶瓷涂層的孔隙率和表面狀態。這種多孔生物陶瓷涂層材料能夠作為永久性的骨或作為細胞組織能夠長入的骨。

發明內容

本發明的發明目的在于：提供一種能夠用于生物、醫學材料的制作復合材料，特別是能夠用于具有梯度生物材料的復合材料，該材料是熔覆在Ti-6Al-4V基體上。

本發明采用的技術方案如下：

一種TI-6Al-4V基體的生物材料，包括鈦粉和羥基磷灰石原料粉末，以質量百分數計，鈦粉為0.01-85%，羥基磷灰石原料粉末為15-99.99%，所述羥基磷灰石原料粉末由CaHPO₄·2H₂O和CaCO₃組成，以質量百分數計CaHPO₄·2H₂O為75-86%，CaCO₃為14-25%；并通過激光熔覆法制成，激光熔覆參數為：輸出功率2.5kW，掃描速度80-160mm/min，光斑尺寸15mm×1mm，所述基體為Ti-6Al-4V材料。

所述激光熔覆參數為：輸出功率2.5kW，掃描速度140mm/min，光斑尺寸15mm×1mm。

所述CaHPO₄·2H₂O為82%，CaCO₃為18%。

所述鈦粉的粒度為35-40微米。

所述鈦粉為0.01%，羥基磷灰石原料粉末為99.99%。

所述鈦粉為55%，羥基磷灰石原料粉末為45%。

所述鈦粉為85%，羥基磷灰石原料粉末為15%。

激光熔覆中，隨著輸出功率P的增大，生物陶瓷涂層組織的致密性下降。這是因為隨著輸出功率的增大，也即提高了陶瓷的燒結溫度。隨著燒結溫度的升高，形成陶瓷的晶粒逐漸長大，同時使晶粒的棱角變得圓滑，小晶粒互相連接而形成較大晶粒，這時晶界處的玻璃態液相填充晶粒間的空隙并粘接小晶粒；小晶粒又進一步長大，隨溫度升高而形成的玻璃態液相再進一步填充孔隙，這樣晶粒長大和液相填充不斷往復循環進行，最終形成陶瓷。但和通常燒結工藝不同，由于激光熔覆是快速加熱和快速冷卻過程，當輸出功率大，也即燒結溫度高時，所形成的晶粒尺寸比較大，由于液相來不及填充而形成的孔隙也較大；另一方面，由于輸出功率大，燒結過程中產生的熱應力也較大，這樣也容易形成較大的空洞和裂紋。由于所制備的生物陶瓷要求有一定的空隙率，以便骨組織的長入。當輸出功率P=2.5kW時，所制備的陶瓷表面既有一定的致密度，又有一定的空隙率。

羥基磷灰石[Ca₁₀(PO4)₆(OH)₂]的鈣磷原子比為1.67，合成HA的CaHPO₄·2H₂O和CaCO₃的重量百分比分別為72%和28%，由于激光熔覆過程中Ca、P存在燒損，特別是P的燒損更為嚴重，故對混合粉末進行CaHPO₄·2H₂O為75-86%，CaCO₃為14-25%的鈣磷比設計。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是：采用激光熔覆工藝所得到的TI-6Al-4V基體的生物材料既有一定的致密度，又有一定的空隙率，合適的掃描速度也使得涂層具備較好的致密度，且與基體Ti-6Al-4V具有較好的基體融合性能。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。