[發(fā)明專利]一種NiTi/表面多孔Ti生物梯度復合材料的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810318562.9
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108526467A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張玉勤;鄧霞;蔣業(yè)華;周榮
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B22F3/11
• 分類號: B22F3/11;B22F3/105;B22F3/02;B22F1/02;B22F9/04;C22C1/08;C22C19/03;A61L27/06;A61L27/30;A61L27/56
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本發(fā)明公開一種NiTi/表面多孔Ti生物梯度復合材料的制備方法，屬于生物醫(yī)用材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述方法為在真空環(huán)境下按成分配比稱取Ti粉和Ni粉后進行機械球磨得到NiTi混合粉末，將Ti粉和NH₄HCO₃粉混合得到Ti?NH₄HCO₃混合粉末，依次將兩種混合粉末分別填入分層組合模具套筒的內(nèi)層和外層壓制生坯，壓制好的生坯放入石墨模具中采用放電等離子爐進行燒結(jié)，燒結(jié)完成后冷卻退模即得NiTi/表面多孔Ti生物梯度復合材料。本發(fā)明制備的NiTi/表面多孔Ti生物梯度復合材料具有高強度低模量和優(yōu)異的生物活性，同時梯度合金界面層可抑制Ni離子的溶出，提高了材料的生物安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種NiTi/表面多孔Ti生物梯度復合材料的制備方法，屬于生物醫(yī)用材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近等原子比的NiTi合金因具有優(yōu)異的力學性能和生物相容性以及獨特的形狀記憶性能和超彈性而在醫(yī)學領(lǐng)域中得到廣泛應用。但是在臨床應用中發(fā)現(xiàn)，NiTi合金的彈性模量（55GPa左右）與人骨彈性模量（3 ~ 20GPa）相比仍然存在不匹配現(xiàn)象，植入人體后容易在骨組織-植入物界面處產(chǎn)生應力-屏蔽效應，導致材料松動或斷裂。同時由于合金屬于生物惰性材料，與人體組織之間難以形成骨性結(jié)合，會降低植入體的使用壽命。純鈦經(jīng)多孔化處理可使其彈性模量顯著降低，且多孔結(jié)構(gòu)可以促進骨組織向內(nèi)生長和血管化，生物活性明顯提高，容易形成穩(wěn)定的生物固定（骨整合）；但多孔化也會導致純鈦的強度顯著下降，無法在人體高承載部位使用，限制了其應用范圍。另外，有研究表明NiTi合金長期處于生理體液中會對其有一定的腐蝕作用，腐蝕釋放的Ni離子會引發(fā)體內(nèi)生物化學反應對細胞增殖和骨結(jié)合產(chǎn)生消極作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決NiTi醫(yī)用植入材料在臨床應用中存在的問題，提供制備一種NiTi/表面多孔Ti生物梯度復合材料的方法，該復合材料中間基體為致密NiTi，周圍為多孔Ti層；通過基體致密NiTi保持材料整體上具有優(yōu)異的力學性能、耐蝕性能和生物相容性，多孔層則為材料提供良好的生物活性，同時內(nèi)外層形成的界面可阻礙鎳離子溶出，提高植入材料的生物安全性，具體包括以下步驟：

（1）將粒徑為15~45μm的Ti粉末和粒徑為30~75μm的Ni粉末按照Ti粉末質(zhì)量百分比為44.93%，Ni粉末質(zhì)量百分比為55.07%的比例進行稱取，進行機械球磨得到NiTi混合粉末；

（2）將粒徑為15~45μm的Ti粉末和粒度為300～1000μm、純度為分析純的NH₄HCO₃粉末按照Ti粉末質(zhì)量百分比為85～55%，NH₄HCO₃粉末質(zhì)量百分比為15～45%的比例稱取，混合均勻得到Ti-NH₄HCO₃混合粉末；

（3）將NiTi混合粉末和Ti-NH₄HCO₃混合粉末依次填入分層組合模具套筒的內(nèi)層和外層，套筒內(nèi)層尺寸為5~10mm、外層尺寸為12~18mm，然后在的單向壓力下將其整體壓制成型，退模后即得生坯；

（4）將步驟（3）中制得的生坯裝入石墨模具中，然后置于放電等離子燒結(jié)爐中進行燒結(jié)，燒結(jié)過程中系統(tǒng)持續(xù)抽真空，燒結(jié)完成后冷卻即得NiTi/表面多孔Ti生物梯度復合材料。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述Ti粉末、Ni粉末的純度均≥99.5%。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟（1）中機械球磨的條件為：轉(zhuǎn)速為200~500r/min，球料比為2:1~8:1，球磨真空度小于8Pa，球磨時間為6~18h。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟（3）中單向壓力為20~50MPa

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟（4）中石墨模具的上下沖頭具有二級凸臺，一級凸臺尺寸與坯體保持一致，在燒結(jié)過程中上下沖頭不與坯體接觸。