[發明專利]一種生物醫用多孔鈦合金及制備方法

有效

• 申請號: 201710018778.9
• 申請日: 2017-01-11
• 公開（公告）號: CN106756238B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發明（設計）人: 陳鋒;余新泉;張友法;吁衛燕
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/08;B22F3/11;B22F1/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

本發明涉及一種生物醫用多孔鈦合金及制備方法，所述合金的組份以重量百分比計算為：Nb：20～22wt％、Zr：6～8wt％、Mo：4～6wt％，余量為Ti；該多孔鈦孔隙和力學性能調節范圍大，較低孔隙率時可得到低彈性模量和高強度性能，適合制備醫用植入體。該合金制備的具體步驟是：按比例將Ti粉、Nb粉、Zr粉、Mo粉、TiH₂粉和ZrH₂粉混合均勻，之后冷壓成生坯，在充氬氣的燒結爐中燒結，完成后，打開泄氣閥，使爐內壓力快速降低到0.15～0.30MPa，之后關閉爐體電源，同時往爐內充入氬氣使燒結物冷卻；最后對燒結物進行固溶處理。該方法制備成本低，TiH₂粉和ZrH₂粉既是發泡材料，也是合金原料。

技術領域

本發明涉及一種生物醫用多孔鈦合金及制備方法，屬于鈦合金材料制備技術領域。

背景技術

鈦及其合金具有良好的生物相容性和優異的力學性能以及在體液環境中的耐腐蝕性，是人工關節(髖、膝、踝、肩、肘關節)和牙種植體等人體硬組織修復與替代的首選材料，目前廣泛應用的是純鈦和Ti₆Al₄V(TC4)。現存的問題是：①兩種鈦合金的彈性模量(100-115GPa)遠高于人體皮質骨(5-27GPa)，使植入體與骨界面產生“應力屏蔽”效應，長期使用將發生骨質吸收和骨質疏松，導致植入體無菌松動，縮短使用壽命；②TC4含對人體有害的V、Al元素，長期使用存在安全隱患。近年來，國內外學者通過添加對人體友好的Nb、Ta、Zr、Mo、Sn等元素和采用微觀組織調控技術(全部由低彈性模量的β相組成)，使新型醫用鈦合金的彈性模量降低到55-70GPa，但還是顯著高于人體硬組織的彈性模量。

進一步降低鈦合金彈性模量的有效方法是制備多孔鈦合金，其中孔隙的引入有如下作用：①使彈性模量顯著降低，與被替換骨組織的力學性能相匹配；②有利于成骨細胞的內生長，形成機械嵌合，最終使植入體與骨之間形成一個整體；③有利于體液和營養液的傳輸，加快愈合過程。

多孔鈦合金常用的制備方法為粉末冶金法，其中松裝粉末燒結法和有機泡沫浸漬燒結法制備的多孔鈦的鈦顆粒間的結合面積小，易產生裂紋，強度較低。最常用的是造孔劑法，將鈦粉和造孔劑(碳酸氫銨和尿素等顆粒)混合后冷壓，通過低溫熱處理使造孔劑揮發，經高溫燒結得到多孔鈦，獲得150～500μm大孔(造孔劑尺寸)和分布在大孔孔壁上的10μm左右的小孔(鈦粉顆粒間隙的尺寸)。該法的缺點是孔隙尺寸分布極不均勻，且由于造孔劑的存在，會對基體金屬造成不同程度的污染。多孔鈦合金的其他制備方法還有利用電子束和激光進行粉末燒結的快速成型法，得到周期性的多孔狀點陣結構，但孔隙尺寸單一，且偏大(一般大于500μm)，制備設備昂貴，制備成本較高。

人體皮質骨的彈性模量為5～27GPa，孔隙率5.4～14.2％，孔隙尺寸5～150μm，抗壓強度130～180MPa。制備出生物相容性高、無污染的多孔鈦合金，使其彈性模量和孔隙結構與人體硬組織相近，且力學強度高，這是當前人體硬組織修復與替代所亟待解決的問題。

發明內容

技術問題：本發明的目的在于提供一種生物醫用多孔鈦合金，該合金具有低彈性模量、高力學強度，其孔隙和力學性能調節范圍大，可應用于的人體硬組織修復等生物醫用領域。

本發明的另一目的是提供一種生物醫用多孔鈦合金的制備方法，該方法制備成本低，制備過程孔隙參數可調。

技術方案：本發明提供了一種生物醫用多孔鈦合金，該多孔鈦合金的組份以重量百分比計算為：

Nb：20wt％～22wt％；

Zr：6wt％～8wt％；

Mo：4wt％～6wt％；

余量為Ti。

其中：