生物醫(yī)用材料鈦合金表面改性

1、等離子噴涂和水熱法等離子噴涂和水熱法一，生物醫(yī)用材料的介紹二，等離子噴涂介紹及例子三，水熱法介紹及例子四，等離子噴涂及水熱法優(yōu)缺點A biomaterial is a nonviable material used in a medical device, intended to interact with biological systems分類分類MetalsCeramicsPolymersComposites以醫(yī)療為目的的用于與組織接觸以形式功能無生命的材料Metalshighest strength-to-weight ratiocorrosion resistance of meta

2、lsexhibits high hardnessExcellent biocompatibilityBiocompatibility is the ability of a material to perform with an appropriate host response in a specific application生物材料植入體內(nèi)后機體對植入物發(fā)生的反應(yīng)。物理表面改性方法的一種；熱噴涂的一種火焰噴涂（3000K） 等離子噴涂（遠遠大于3000K）整流電源是向噴槍供給電能的裝置；控制柜是控制向等離子噴槍供應(yīng)冷卻水、工作氣、送粉氣、工作電流及調(diào)頻電流，能方便地調(diào)節(jié)水、氣和電參數(shù)等并

3、加以顯示。控制柜中還務(wù)有各種保護裝置，保證設(shè)備正常的工作。噴槍是等離子噴涂設(shè)備的核心裝置。噴槍產(chǎn)生高溫、高速等離子火焰，粉末經(jīng)送粉器被送入等離子焰中經(jīng)過熔化加速過程最終噴射到基材表面。噴槍是形成涂層的關(guān)鍵設(shè)備。噴槍由陰極、噴嘴（陽極）、朝氣道與氣室、送粉器、水冷密封、絕緣體及槍體構(gòu)成。送粉器是貯存和向噴槍供給粉末的裝置。水冷系統(tǒng)是向噴槍供給一定壓力和足夠流量冷卻水的裝置，供水裝置包括增壓水泵和熱交換器供氣系統(tǒng)包括工作氣和送粉器的供氣系統(tǒng)，主要由氣瓶、減壓閥、儲氣筒、流量計等 組成 等離子噴槍結(jié)構(gòu)及噴涂原理示意圖等離子噴涂是將材料輸送到高溫等離子射流中，粉末顆粒在高溫等離子射被瞬間加熱到熔化或者

4、半熔化狀態(tài)，并以單個顆粒為單元分別凝固在零件表面形成層片狀堆積涂層 應(yīng)用實例應(yīng)用實例人工犬股骨桿上制備與人工犬股骨桿上制備與HA-Ti梯形涂層梯形涂層人工犬股骨桿基體材料 鈦合金涂層材料 HA和Ti-HA羥基磷灰石(Hydroxyapatite, HA), 又稱羥基磷酸鈣，是骨和牙無機質(zhì)的重要組成部分。骨的無機質(zhì)由非晶相和晶體相組成，后者即為 HA, 它在成人骨中約占 40wt.%，而在牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)和水泥質(zhì)中分別占 95wt.%, 75%和 35%。HA 的 Ca/P 比為 1.67, 但人體所含的 HA 并非是嚴格化學計量比的。Ti + Ti +A groupTi + Ti +V HA+

5、Ti +A HA+ Ti +v 生物醫(yī)用合金生物醫(yī)用合金Ti13Nb13Zr 噴涂陶瓷噴涂陶瓷涂層涂層基體材料 Ti13Nb13Zr（它具有優(yōu)異的生物相容性，低的彈性模量和良好的耐蝕與耐磨性能，且強度變化范圍很大）涂層材料Al2O313 wt%TiO2 (AT) 7 wt% 氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ) 水熱法(Hydrothermal Synthesis)，是指在特制的密閉反應(yīng)器（高壓釜）中，采用水溶液作為反應(yīng)體系，通過對反應(yīng)體系加熱、加壓(或自生蒸氣壓），創(chuàng)造一個相對高溫、高壓的反應(yīng)環(huán)境，使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解，并且重結(jié)晶而進行無機合成與材料處理的一種有效方法。在水熱條件下，水既作為溶

6、劑又作為礦化劑，在液態(tài)或氣態(tài)還是傳遞壓力的媒介，同時由于在高壓下絕大多數(shù)反應(yīng)物均能部分溶解于水，從而促使反應(yīng)在液相或氣相中進行。水熱法近年來已廣泛應(yīng)用于納米材料的合成，與其它粉體制備方法相比，水熱合成納米材料的純度高、晶粒發(fā)育好，避免了因高溫煅燒或者球磨等后處理引起的雜質(zhì)和結(jié)構(gòu)缺陷。 水熱法常用氧化物或者氫氧化物或凝膠體作為前驅(qū)物，以一定的填充比進入高壓釜，它們在加熱過程中溶解度隨溫度升高而增大，最終導(dǎo)致溶液過飽和，并逐步形成更穩(wěn)定的新相。反應(yīng)過程的驅(qū)動力是最后可溶的前驅(qū)體或中間產(chǎn)物與最終產(chǎn)物之間的溶解度差，即反應(yīng)向吉布斯焓減小的方向進行二氧化鈦中空球的制備二氧化鈦中空球的制備純鈦（CPTi）

7、作為基體材料TiOSO4與HCL溶液的混合液和經(jīng)過處理的聚苯乙烯磺酸鈉溶液（內(nèi)有ps球）鈦片加入電阻爐中在 430C 下煅燒 30分鐘，除去其內(nèi)部的 PS 球常溫下放入四氫呋喃（THF）溶液中浸泡 2h，使其PS 完全溶于四氫呋喃，然后 65C 通風環(huán)境下?lián)]發(fā)溶液，使其基體表面完全干燥溶解了 PS 的四氫呋喃揮發(fā)不完全，球殼內(nèi)部會產(chǎn)生殘留；揮發(fā)溫度過高時，中空球內(nèi)外滲透壓增大，達到一定的程度后可能會對球殼造成沖擊，甚至產(chǎn)生裂紋。二氧化鈦納米棒的制備二氧化鈦納米棒的制備純鈦（CPTi）作為基體材料三氯化鈦(TIC13)溶液，去離子水和NaCl溶液配制水熱前驅(qū)液加入預(yù)處理的鈦片高壓反應(yīng)釜（水熱反應(yīng)）退火處理1等離子噴涂優(yōu)點：沉積速度高，厚度大，成本低。涂層粗糙度比較大，作為固體或者是修復(fù)材料是有利的。在鈦基體上制備生物涂層，不僅克服了鈦或者及其合金在體內(nèi)的離子釋放及抗磨損較差的特點，而且提高了生物活性。缺點：有些涂層特別