[發(fā)明專利]鈦合金-硅酸鹽過渡層-羥基磷灰石鹽生物陶瓷制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810971470.0
• 申請日: 2018-08-24
• 公開（公告）號: CN108863341A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐淑波;常誠;王彥鵬;劉鳳華;景財年
• 申請（專利權(quán)）人: 山東建筑大學(xué)
• 主分類號: C04B35/447
• 分類號: C04B35/447;C04B35/626;C04B35/64;B33Y70/00;B33Y10/00;B22F3/105;B22F7/02;C22C14/00;C22C32/00;B22F1/00;A61L31/14;A61L31/12;A61L31/02
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本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域，特別是鈦合金—硅酸鹽過渡層—羥基磷灰石鹽生物陶瓷多孔材料。由鈦合金基體材料粉末，鈦合金—硅酸鹽—羥基磷灰石鹽過渡層粉末和羥基磷灰石鹽粉末組成，粉末均采用加無水乙醇于球磨機中進(jìn)行機械化球磨的方法將粉末晶粒細(xì)化，將配置好的各粉末冷壓實后在10^?6脫真空條件下逐步加熱除氣，根據(jù)植入物的特點通過CAD構(gòu)建3D打印模型，通過計算機將CAD模型分層，獲得模型每一層的截面信息，根據(jù)植入物斷面的結(jié)構(gòu)特點由內(nèi)而外動態(tài)調(diào)節(jié)鋪置鈦合金基體材料粉末、鈦合金?硅酸鹽過渡層?羥基磷灰石鹽過渡層粉末和羥基磷灰石鹽粉末，自下而上按照植入物的流線多梯度裝填粉末，然后在500?600℃，50?200Mpa氬氣氣氛保護(hù)下激光選區(qū)熔化3D打印，制備出以鈦合金—羥基磷灰石鹽為基體的鈦合金?硅酸鹽過渡層?羥基磷灰石鹽生物陶瓷多孔材料。經(jīng)測試本發(fā)明材料較傳統(tǒng)工藝韌性、耐磨性、強度顯著提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域，特別是鈦合金-硅酸鹽過渡層-羥基磷灰石鹽生物陶瓷多孔材料。

背景技術(shù)

目前，臨床應(yīng)用的生物醫(yī)用材料，如骨骼植入物、心臟支架等多采用鈦合金，鈦合金具有良好的生物相容性、耐腐蝕性能和力學(xué)性能，因此鈦合金的應(yīng)用非常廣泛，在臨床醫(yī)學(xué)界得到認(rèn)可。對于鈦合金等現(xiàn)有金屬骨骼植入材料，存在著與生物骨的力學(xué)相容性差的問題。鈦合金等材料的抗拉強度比天然骨骼高5.3倍以上，彈性模量更是高11倍以上。鈦合金等骨骼植入物對人體局部骨組織產(chǎn)生很大的“應(yīng)力遮擋”效應(yīng),可誘發(fā)遮擋性骨質(zhì)缺失。導(dǎo)致人體骨骼植入物與周圍的原有生物骨脆弱化、人體骨骼植入物周圍的新生骨生長不良以及人體骨骼植入物與生物骨之間因應(yīng)力集中引發(fā)炎癥。開發(fā)新型的力學(xué)與生物相容性更理想的生物醫(yī)用材料十分必要。同時，人體骨骼植入物的手術(shù)取出，增加了醫(yī)療者的痛苦、時間和費用，因此，研究和開發(fā)高強韌且可以在生物體內(nèi)降解的醫(yī)用材料是目前醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)展的重要方向之一。而羥基磷灰石是脊椎動物骨骼和牙齒的主要組成成分，具有良好的生物活性和生物相容性。相對于傳統(tǒng)的金屬（不銹鋼、鈦合金）和陶瓷（氧化鋁、氮化硅）類骨替代材料，羥基磷灰石不僅抗腐蝕性強、骨誘導(dǎo)生成性強，而且它在體內(nèi)的降解也消除了前者的安全隱患。羥基磷灰石涂層是指以鈦合金為基底，利用物理化學(xué)手段將羥基磷灰石涂覆在其表面制備的硬組織植入材料。該材料植入人體后，鈦合金可以提供足夠的力學(xué)強度，表面的羥基磷灰石涂層易于與人體骨結(jié)合，在人體骨表面誘導(dǎo)新骨的生成，一般數(shù)月即可誘導(dǎo)新骨的生成。但是目前的技術(shù)仍存在結(jié)合力不夠強的缺點，以至于在體內(nèi)植入后出現(xiàn)涂層脫落的現(xiàn)象。

基于上述目的，本發(fā)明開發(fā)一種鈦合金-硅酸鹽過渡層-羥基磷灰石鹽生物陶瓷多孔材料，采用多梯度比例混合粉末為原料，使用金屬三維打印機打印骨植入物等。本發(fā)明的鈦合金-硅酸鹽過渡層-羥基磷灰石鹽生物陶瓷多孔材料的主要化學(xué)成分Si,O，P，H，Ca，其余為Ti。目前我國現(xiàn)有的鈦合金材料在專利104710188A中，經(jīng)研究、分析表明均有像Zn、Mg等元素添加，但是使用性能提高有限。因此，在本發(fā)明中通過多梯度三維打印生成鈦合金-硅酸鹽過渡層-羥基磷灰石鹽生物陶瓷多孔材料的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明專利的目的是：在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種加工工藝穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低廉、無污染排放、可在常規(guī)條件下組織生產(chǎn)的鈦合金-硅酸鹽過渡層-羥基磷灰石鹽生物陶瓷多孔材料，較傳統(tǒng)的不銹鋼、鈦合金等生物醫(yī)學(xué)材料具有更好的生物相容性，較常規(guī)陶瓷生物醫(yī)學(xué)材料的韌性大幅提升。

方案所需材料按如下具體制備步驟：

（1）鈦合金基體粉末的制備：