多孔钛的粉末烧结制备与性能研究

发布时间：2020-08-15 00:15

【摘要】：最近,医用金属材料广泛用于硬组织如牙根等植入物。多孔钛因为兼具良好的生物相容性和独特的孔隙结构的优点而成为研究热点。多孔结构有利于组织的长入和体液的传输。另外,钛属于生物惰性材料,可以通过表面改性处理改善其生物活性。本文采用粉末烧结制备多孔钛并利用化学法在其表面沉积羟基磷灰石涂层。本文利用粉末烧结技术,即在氢化钛粉末中添加造孔剂NH4HCO3烧结,制备不同孔隙率的多孔钛。多孔钛的力学性能与其孔隙率有关,因此可以通过造孔剂的添加量来达到改变其力学性能的目的。研究结果表明添加造孔剂的含量对多孔钛的压缩强度和孔隙特性有很大的影响,在压制和烧结条件不变时,造孔剂的含量增大时,多孔钛的压缩强度和弹性模量逐渐减小;多孔钛的孔隙率随造孔剂添加量的增大基本上呈正比增大。通过造孔剂含量的变化来制备出孔隙率合适,力学性能与骨骼相匹配的多孔钛是本文研究的重点。烧结的多孔钛的孔隙率为41.61-56.74%,孔隙尺寸为346-427μm,压缩强度为100-200MPa,弹性模量为7.9-17.5GPa。满足密质骨的基本的孔隙和力学性能要求。本文应用化学法对烧结多孔钛的表面进行改性,在多孔钛表面沉积羟基磷灰石涂层。酸处理的结果在多孔钛孔壁表面留下小蚀坑,这些小蚀坑增大了多孔钛孔隙内壁表面积。NaOH碱液处理后在金属表面形成钛酸钠凝胶层,将碱处理过的多孔钛放入模拟体液中浸泡,可在多孔钛表面诱导沉积羟基磷灰石。碱处理时碱液的浓度和处理时间对羟基磷灰石的沉积都有很大的影响。研究表明依次采用32.5%的硝酸,在60℃处理24h;用1.5M的氢氧化钠,在60℃处理24h,而后在37.5℃的模拟体液中处理后沉积的羟基磷灰石涂层较好。酸碱处理条件相同,预钙化有助于加快多孔钛的羟基磷灰石涂层的沉积速度。
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：R783.1
【图文】：

松质骨

结构是一种具有独特结构的高密度结缔组织，大多数骨都有其内在的精多孔网状或小梁状的骨质，外层是密质骨质的外壳。骨质有着网状由互相连接的骨杆或骨板的网络组成，骨杆的网络所形成的是低密而骨板的网络得出的则是较高密度的实质上可能为闭合的孔，实际的相对密度可在 0.05 到 0.7 之间变化，在低的密度下孔是开口的，络。随着密度的增加，骨杆逐渐延展和平坦，变得像板状，最后融乎为闭合的孔。

形貌,多孔钛,形貌,新骨

孔结构有利于骨细胞的长入，实现替代材料与骨的物理嵌合，使骨触紧密，不但可增加材料的骨传导性还提高了材料在骨内的稳定性证实，至少孔径 100μm 的孔隙才有可能使新骨长入。Kuhne 等将不的珊瑚植入兔股骨骸，12 和 26 周发现 200μm 孔隙的材料无新骨长00μm 孔隙的材料则有新骨长入，说明孔隙的大小可影响材料的成骨孔钛的另一优点是其力学性能和骨组织比较相近，如图 1.2。

真空烧结炉,温度自动控制,烧结炉,真空泵

坯保持一定形状的能力。粉末成形性的确定是观察压坯有无裂纹、表面状态而定。而定量的确定是用单位压制压力下压坯的极限压缩强度来表征，其比值越大，表示成形性越好。有时也用最小压制压力来衡量。最小压制压力越小，其压制性能也越好，反之亦然。粉末的压制性能主要取决于粉末的性能。有加工硬化、被氧化或被气体饱和的粉末，以及颗粒很细的粉末，其压缩性都不好；但是压缩性好的粉末，成形性就差。同一种粉末，松装密度越大，成形性就越差，而压缩性越好[42]。本实验所使用的烧结粉末是由北京有色金属研究总院提供的粒度为－300 目的氢化钛粉，用碳酸氢氨作为造孔剂。2.1.2 实验设备及连接本实验采用的设备有电子天平，制样机，管式电阻炉，真空泵，电炉温度控制器等设备。如图 2.1 所示。

【参考文献】