[發明專利]一種孔隙可控的多孔鈮鉭鈦合金材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710228758.4
• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN107794426B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 阮建明;劉玨;楊海林;常林
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C27/02
• 分類號: C22C27/02;B22F3/11;A61L27/04;A61L27/06;A61L27/56
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強;周棟

本發明公開了一種孔隙可控的多孔鈮鉭鈦合金材料及其制備方法，所述多孔鈮鉭鈦合金材料由如下原子百分比的組分組成：Ta 5％～25％，Ti 5％～25％，余量為Nb；以模板浸漬和粉末冶金方法相結合，通過控制有機粘接劑溶液的濃度及浸漬料漿的固含量控制多孔合金的孔隙度、孔徑等參數的目的，從而達到調控合金支架力學性能、生物學性能的根本目的。上述制備的多孔鈮鉭鈦合金材料的孔隙度為50％～80％，開孔隙度≥90％，孔徑為47～536μm，壓縮強度為18～122MPa，壓縮彈性模量為0.11～2.08GPa，同時孔隙呈現各向異性的特征，相比較傳統多孔合金具有更優異的結構和性能的仿生性。

技術領域

本發明屬于生物醫用金屬材料領域，具體涉及一種孔隙可控的多孔鈮鉭鈦合金材料及其制備方法。

背景技術

生物醫用材料主要用于對生物體進行診斷、治療、修復或替換其病損組織、器官或增進其功能的材料。按照材料的組成和性質分類，生物醫用材料可分為生物醫用金屬材料、生物醫用高分子材料、生物醫用無機非金屬材料等。目前應用最為廣泛的生物醫用金屬材料包括鈦合金、不銹鋼、鈷基合金。但是，傳統金屬材料中存在的如V、Co、Al等元素對人體存在致畸、致敏甚至致癌的副作用。因此無毒副作用、生物相容性更好、彈性模量更低的β型合金逐漸成為研究熱點。Nb，Ta，Zr等元素都是以β相穩定存在，且對人體沒有毒副作用。然而，目前彈性模量最低的Ti-Ta-Nb-Zr合金的彈性模量仍然達到40GPa，遠高于人體松質骨的模量，不適配的彈性模量會引發“應力屏蔽”效應，最終導致植入失敗。要解決應力屏蔽問題，主要可以采取以下兩個思路：一、優選合金成分，使其兼顧良好的力學性能和優異的生物相容性；二、設計多孔結構，適合的孔隙結構不僅能有效降低金屬的彈性模量，同時能為后期植入提供體液和營養物質的傳輸通道。

目前國內外應用最多的幾種多孔合金制備方法包括粉末冶金法、金屬沉積法、纖維冶金法和等離子噴涂法等。但上述方法制備所得的合金中難免會引入雜質，從而影響合金的力學性能及生物相容性；同時所獲得的孔隙的孔隙度多不可控，孔隙形貌多為各向同性，無法模擬人體骨組織復雜的形貌特征。

發明內容

本發明旨在克服現有技術的不足，提供一種孔隙可控的多孔鈮鉭鈦合金材料及其制備方法。

為了達到上述目的，本發明提供的技術方案為：

所述多孔鈮鉭鈦合金材料由如下原子百分比的組分組成：Ta 5％～25％，Ti 5％～25％，余量為Nb。

優選地，所述多孔鈮鉭鈦合金材料的孔隙度為50％～80％，開孔隙度≥90％，孔徑為47～536μm，壓縮強度為18～122MPa，壓縮彈性模量為0.11～2.08GPa。

優選地，所述多孔鈮鉭鈦合金材料中的雜質含量需嚴格控制，其中，氧含量＜0.1％，碳含量＜0.02％，

上述孔隙可控的多孔鈮鉭鈦合金材料的制備方法包括如下步驟：

(1)粉末的混合：將Nb、Ta、Ti粉末按上述比例進行球磨預混合，得到Nb-Ta-Ti復合粉末；

(2)料漿的制備：將Nb-Ta-Ti復合粉末與有機溶劑按固含量比(3～6)：1，優選為(4.2～4.5)：1混合均勻，所述混合需在電磁攪拌器中攪拌1～2h，以保證金屬粉末的分散均勻性，得到Nb-Ta-Ti合金料漿；

(3)浸漬過程：將Nb-Ta-Ti合金料漿填充至經過預處理的高分子多孔模板中，于真空環境下干燥，得到含有Nb-Ta-Ti復合粉末料漿的多孔合金支架的生坯；

(4)生坯的脫脂：將生胚在真空度為10^-2～10^-3Pa的真空環境下、且有惰性氣體保護的氣氛中，低速升溫至400～500℃，保溫60～90min，分解生坯中的有機溶劑及高分子模板；