[發明專利]一種雙連通結構鈦鎂復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010217980.6
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111266592B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 蔡學成;張鑫;辛圣煒;丁帥軍;沈同德;劉永
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B22F9/04
• 分類號: B22F9/04;B22F3/02;B22F3/14;B22F1/052;B22F3/11;A61L27/42;A61L27/56;A61L27/58
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 徐華燊;李洪福

本發明公開一種雙連通結構鈦鎂復合材料及其制備方法和應用，涉及生物醫用金屬材料制備技術領域，制備方法包括以下步驟：通過均勻化球磨使鈦粉和鎂粉混合均勻，得到鈦鎂復合材料粉末；對復合材料粉末干燥后進行預壓定型，得到鈦鎂復合材料粗坯；對復合材料粗坯進行高溫高壓燒結，得到雙連通結構鈦鎂復合材料。本發明工藝簡單、流程短，采用的高溫高壓固相燒結工藝，解決了傳統粉末冶金法存在的鎂氧化燒損、分布不均勻等組織調控難題以及材料致密度低、力學性能差等燒結難題。本發明制備的雙連通結構鈦鎂復合材料是集優異的力學性能、生物相容性、成骨誘導性與成骨整合性一體化的新型生物醫用復合材料，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及生物醫用金屬材料技術領域，具體而言，尤其涉及一種雙連通結構鈦鎂復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

鈦及鈦合金以其比強度高、生物相容性較好以及耐腐蝕性好等優點，在生物醫用方面得到了廣泛的應用并具有廣闊的發展前景。然而鈦及鈦合金的彈性模量較高，遠遠大于人骨的彈性模量，引起嚴重的“應力屏蔽”效應，產生骨質疏松、植入體脫落等嚴重后果。另外，鈦是生物惰性材料，成骨誘導性較差。

鎂及鎂合金的彈性模量為40～45GPa，是最接近人骨彈性模量的金屬材料。而且鎂是人體常量元素之一，是骨生長的必需元素。鎂合金降解后產生的鎂離子具有優異的成骨誘導性能。基于鈦合金和鎂合金各自的優缺點，國內外眾多研究學者開展了大量鈦鎂復合材料(合金)的設計制備和生物性能研究。其中，具有雙連通結構的鈦鎂復合材料尤其引人注目。一方面，雙連通結構鈦鎂復合材料中鎂含量一般較高，可以有效的降低鈦合金彈性模量，大大減小“應力屏蔽”效應。另一方面，材料植入初期，鎂降解后產生的鎂離子具有優異的成骨誘導性能；植入后期，鎂完全降解后形成多孔鈦骨架，留下的連續孔道結構可成為養分運輸以及組織生長的通道，使材料具有優異的骨整合性能。

對于Ti-Mg合金，由于鈦與鎂的理化性能差異太大(鈦熔點1600℃以上、鎂熔點約650℃、沸點約1100℃)，因此無法通過熔煉方法制備出鈦鎂復合材料。目前，可用的制備雙連通結構鈦鎂復合材料方法是液態浸潤和粉末冶金法。液態浸潤法需要將預燒結的鈦骨架浸潤到熔化的鎂合金液中，通過冷卻得到雙連通的鈦鎂復合材料，目前大多數雙連通結構鈦鎂復合材料通過此法制備。但液態浸潤法一般工藝技術復雜，設備環境要求高，或者制備的雙連通復合材料的力學性能較低。如中國發明專利CN106670464B，公布了一種制備雙連通網狀結構鈦-鎂雙金屬復合材料的液態浸潤法。該發明首先采用兩次燒結法，對900℃初燒制備的預燒結體在高溫1200℃長時間燒結3h，使得到的多孔鈦預制體中鈦顆粒間的結合強度和力學性能提高，壓縮強度達到100～300MPa；然后將鎂合金熔化，在超聲波輔助下將鎂合金液浸滲入多孔鈦預制件中，冷卻制備成雙連通網狀結構鈦-鎂雙金屬復合材料。可以看到，此工藝工序較多，同時燒結溫度高、時間長，液態浸潤鎂的操作困難復雜。中國發明專利CN103599560B，報道了一種醫用雙連通鈦/鎂復合材料的液態浸潤法。該發明采用醫用級的鈦絲或鈦合金絲，用常規繞制或編織機械制備成三維貫通的多孔骨架，然后采用無壓浸滲或負壓吸鑄將醫用級的鎂或鎂合金熔液滲入該多孔骨架的孔隙中。該發明工藝相對簡單，避免了鈦骨架的高溫燒結工序。但纏繞型多孔鈦的彈性模量和強度較低，因此在材料植入后期，鎂降解后留下的多孔鈦結構無法滿足對力學性能的要求。