等离子喷涂羟基磷灰石涂层的研究

发布时间：2020-05-29 21:52

【摘要】：生物陶瓷由于具有良好的生物相容性、生物亲和力、生物活性、高稳定性和足够的机械性能,在生物医学领域已经得到了广泛的应用。在生物惰性金属假体表面制备一层微米级羟基磷灰石涂层,既可以满足植入假体的力学性能,又能够兼顾植入后的生物活性。但是用等离子喷涂法制备的纯羟基磷灰石涂层往往力学性能较差,非晶化现象严重,这大大影响了涂层的长期使用寿命。本文采用等离子喷涂法在Ti-6Al-4V金属表面制备了纯羟基磷灰石涂层和羟基磷灰石/氧化钇稳定氧化锆复合材料涂层,并通过多种试验验证了其材料学性能。结果表明,在喷涂参数近似的条件下,喷涂后两种涂层中均存在不纯相,如磷酸三钙、磷酸四钙、氧化钙等。X射线衍射图谱表明涂层的非晶化程度很高,这是由羟基磷灰石受热分解形成的。水热处理大大加快了涂层与溶液的物质交换过程,150℃下水热处理4h后,两涂层中分解相的衍射峰就已经完全消失。随着保温时间的延长,涂层表面也相继出现了羟基磷灰石微晶。喷涂后纯羟基磷灰石涂层的结晶度为6.9%,羟基磷灰石/氧化钇稳定氧化锆复合涂层的结晶度为4.27%。两涂层的结晶度与保温时间成正比,8h后两涂层的结晶度达到最大值,分别为93.76%和77.35%。表明水热处理是一种有效的涂层晶化处理方式。水热处理8h后,两涂层表面均出现了不同程度的“自愈”现象。这是羟基磷灰石微晶不断生长,起到了填充微裂纹的作用。从涂层截面组织观察到,涂层的截面裂纹均随着保温时间的延长逐步扩散。羟基磷灰石/氧化钇稳定氧化锆复合涂层的裂纹水平要低于纯羟基磷灰石涂层,说明氧化钇稳定氧化锆的加入对涂层的显微组织起到增强的作用。水热处理初期涂层的弹性模量和微观硬度和保温时间呈正相关。水热处理4h后,纯羟基磷灰石涂层的弹性模量达到最大值8.754GPa。6h后,羟基磷灰石/氧化钇稳定氧化锆复合涂层达到最大值14.621GPa。两者的值达到最大后,开始出现下降的趋势。这是残余应力、裂纹扩散等因素的共同作用造成的。整体来看羟基磷灰石/氧化钇稳定氧化锆复合涂层的弹性模量和微观硬度值均大于纯羟基磷灰石涂层。表明氧化钇稳定氧化锆能有效地提升涂层的力学性能。由于复合材料涂层的熔点更高,羟基磷灰石/氧化钇稳定氧化锆复合涂层的表面形貌堆叠平整程度不如纯羟基磷灰石涂层。随着模拟体液浸泡的进行,不纯相和非晶相逐渐溶解并重新结晶生成羟基磷灰石,其宏观表现为两涂层表面均生成了白色絮状沉淀。利用扫描电镜进行显微形貌观察,浸泡5天时,两涂层的表面即发生了明显的“板结”现象,这是溶解速度加快,涂层内部残余应力释放,表面裂纹扩张的结果。浸泡20天时,两涂层表面几乎被羟基磷灰石球形结晶完全覆盖。喷涂后处理方式的差异导致羟基磷灰石重结晶的活化能不同,模拟体液浸泡生成羟基磷灰石结晶的形态跟水热处理后的羟基磷灰石微晶差异较大。相同浸泡时间下,纯羟基磷灰石的表面羟基磷灰石结晶速度要大于羟基磷灰石/氧化钇稳定氧化锆复合涂层,这是由羟基磷灰石的质量分数决定的,质量分数较高的涂层首先完成物相溶解→平衡→沉淀(结晶)的过程。总体来说,水热处理是一种有效的晶化处理方法,加入氧化钇稳定氧化锆既能够提高涂层的力学性能,又不会对其生物活性造成影响。
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钛基,部件,钛合金

中北大学学位论文材料期，钛及其合金已经广泛用于航天、化工齿的假体置换。之后，人们逐渐对钛合金推动了钛及其合金在此领域的大规模应用钛都对人体无毒性作用[9-10]。钛金属的密合金更加优良的比强度[11-13]。工业用纯钛量级。钛合金的拉伸强度在室温下可以达学反应。纯钛可直接用作生物医用金属，，纯钛制品在某些生物医疗领域并没有得用金属方面的应用仍具有很大的潜力。图

假体,骨组织,生物陶瓷

图 1.2 骨组织浸入钛假体内部[16]ma ic diag am of he bone’ imme ion p oce in o h材料组织工程一直被用作人体受损组织修复和重建植入物诱导骨组织形成需要具备以下几个条使细胞组织黏附、分化和增殖。（CaP）材料属于生物陶瓷类材料，磷酸钙陶料。生物陶瓷具有可比拟关节或组织置换的结入物的生物相容性，，也可以扮演修缮晶格的角提供结构和框架。CaP 基生物陶瓷材料可以辅来减轻疼痛、恢复病患处或受损钙化组织（
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG174.4;R318.08

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