本发明专利技术涉及一种由ＣａＯ－ＺｒＯ↓［２］－ＳｉＯ↓［２］涂层和钛合金组成的骨替换材料及制备方法，其特征在于以钛合金为基材，在钛合金基材表面采用ＣａＯ－ＺｒＯ↓［２］－ＳｉＯ↓［２］玻璃粉料制备的生物相容涂层，所述的ＣａＯ－ＺｒＯ↓［２］－ＳｉＯ↓［２］玻璃粉体中，氧化钙摩尔百分含量为２１．３％－４２．８％，氧化硅的摩尔百分含量为１２．５％－３１．７％，余量为ＺｒＯ↓［２］。，提供的骨替换材料采用电弧等离子工艺制备，制备的材料经模拟体液浸泡和Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ缓冲溶液中降解试验显示出良好的生物活性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种骨替换材料及制备方法。更确切地说，所述的骨替换材 料系在钛合金基材上，采用CaO—Zr02—Si02玻璃粉料，以电弧等离子体喷 涂方法制备的长寿命生物相容涂层，属于医用生物涂层领域。技术背景钛及其合金具有优良的力学性能，广泛用作人工关节等人体硬组织替换 材料，但其不能与骨组织产生化学键合，且存在力学不相容性，会造成植入 失效或使用寿命短等。电弧等离子体喷涂是常用的硬体植入材料表面改性手 段，采用该方法所制备的钛、羟基磷灰石涂层已广泛应用于生物医疗实践。 钛涂层结合强度高，通过调节孔隙率可获得具有较好力学相容涂层，但不具 有生物活性，术后愈合时间长，给患者带来痛苦。羟基磷灰石涂层具有较好 的生物活性，但与钛合金基材热膨胀系数不匹配，涂层与基材的结合强度较 低。另外，此种涂层在生理环境中的吸收和降解也导致涂层与基材的结合强 度降低以及涂层的分层剥落，引起植入体松动或植入失败Bauer TW， Geesink RCT, Zimmerman R， McMahon JT， J. Bone Joint Surg. 1991; 73A: 1439; Collier JP, Surprenant VA， Mayor MB, Wrona M， Jensen RE， Surprenant HP, J. Arthroplasty, 1993; 8: 389.。Ca0—Si02陶瓷是近年来生物医用材料领域的研究热点，与钛合金结合 强度高，生物活性和生物相容性良好，但涂层在生理体液侵蚀下的降解较快Xue W， Liu X, Zheng X， Ding X, In vivo evaluation of plasma-sprayed wollastonite coating, Biomaterials, 2005; 26: 3455-3460; Liu X, Ding C, Apatite formed on the surface of plasma sprayed wollastonite coating immersed in simulated body fluid, Biomaterials, 2001; 22/14:: 2007-2012; De Aza PN,Fern&ndez-Pradas JM, Serra P， In vitro bioactivity of laser ablation pseudowollastonite coating, 2004; 25/11: 1983-1990.。氧化锆陶瓷具有优良的 机械性能和化学稳定性，在生理体液中不降解，具有良好的生物相容性，大 量用作植入材料，亦广泛应用于羟基磷灰石涂层的补强KhorKA, Gu YW， Pan D, Cheang P, Microstmcture and mechanical properties of plasma sprayed HA/YSZ/Ti-6Al-4V composite coatings, Biomaterials, 2004; 25(18): 4009-4017.。但氧化锆陶瓷用于复合涂层的补强大部分采用机械混合喷涂粉 末的方法，涂层降解速率的降低来源于氧化锆陶瓷在复合涂层中所占比例， 对涂层的抗降解性能不能产生质的改变Xie Y. Liu X, Zheng X, Ding C, Chu P, Improved stability of plasma-sprayed dicalcium silicate/zirconia composite coating, Thin Solid Films, 2006; 515/3: 1214-1218; Xie Y, Liu X， Ding C, Chu P， Biocondictivity and mechanical properties of plasma-sprayed dicalcium silicate/zirconia composite coating, Mater. Sci. Eng: C, 25/4: 509-515.。Colin等Colin S， Dupre B, Gleitzer， Decalcification of stailized zirconia by silica and some other oxides, J. Euro. Cera. Soci. 1992; 9: 389-395.发现，高温 下，钙稳定氧化锆易与硅、氧化硅等含硅原料发生去钙化反应，在氧化锆颗 粒周围反应形成一层钙一硅基陶瓷，包裹在氧化锆颗粒上。通过去钙化反应 形成的CaO—Zr02—Si02玻璃的这种独特结构将有利于其在生物医用领域的 应用。包裹在外围的钙一硅基陶瓷能充分保证材料的生物活性，而氧化锆的 核则能保证材料的化学稳定性和抗降解性能。钙稳定氧化锆去钙化方法制备 的Ca0_Zr02—Si02玻璃具有较好的生物活性和抗降解性能。以钛合金为基 材，本专利技术拟采用等离子体喷涂技术制备的Ca0—Zr02—Si02涂层不但使所 制备的涂层材料具有优良的生物活性，而且与基材结合强度高，又能长期抵 抗生理体液侵蚀，有望成为新一代的骨替换材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种由CaO—Zr02—Si02涂层和钛合金组成的骨替 换材料及制备方法，具体地说本专利技术提供的骨替换材料是以钛合金为基材—Si02玻璃粉料制作的生物相容涂层。 本专利技术针对现有等离子体喷涂生物相容涂层所存在的问题，如钛涂层不具有 生物活性、羟基磷灰石涂层与基材结合强度较低等，本专利技术采用钙稳定氧化 锆的去钙化反应获得CaO—Zr02—Si02玻璃粉末，以电弧等离子体喷涂技术 成功制备了生物活性好、结合强度高、抗生理体液侵蚀等综合性能优良的人 工骨涂层。大量实验已经证实，钙一硅基涂层材料与钛合金基材结合强度高， 生物活性和生物相容性能优良，但其在生理体液侵蚀下的降解速度较快。氧 化锆陶瓷的生物相容性已得到公认，具有优良的机械性能和化学稳定性，在 生理体液中不降解，已广泛用作骨替换材料，但它不具有生物活性。本专利技术 采用钙稳定氧化锆的去钙化反应在氧化锆表面包裹一层生物活性的钙一硅 基材料，氧化锆的核保证了材料的抗降解性能，而表面包裹的钙一硅基材料 保证其生物活性，从而获得一种生物活性好而又抗生理体液侵蚀的长寿命涂 层。本专利技术所述的钛合金和CaO — Zr02—Si02涂层组成的骨替换材料的制备 包括两大步，第一步制备CaO-Zr02-Si02玻璃粉料，它首先按权利要求1所 述的玻璃组成，先配成CaO稳定的Zr02粉料，然后①在钙稳定的氧化锆粉 料中加入相应摩尔量的硅粉混和、烧结；②在钙稳定的氧化锆中加入相应摩 尔量的氧化硅粉混和烧结；③或在钙稳定的氧化锆中加入相应摩尔量的四氧 乙基规烷、催化水解、干燥后烧结制备；第二步由第一步制备的 CaO-Zr02-Si02玻璃粉料利用电弧等离子体方法在钛合金基材上生成涂层。其中，(a) CaO稳定的Zr02粉料是由机械混合粒径为1 5pm微米级的 氧化锆和粒径为100nm以下的纳米碳酸钙粉末，以3 8i:/分钟的速率从室 温升至850-900。C，保温l本文档来自技高网...
【技术保护点】
ＣａＯ－ＺｒＯ↓［２］－ＳｉＯ↓［２］涂层和钛合金组成的骨替换材料，以钛合金为基材，其特征在于在钛合金基材表面采用ＣａＯ－ＺｒＯ↓［２］－ＳｉＯ↓［２］玻璃粉料制备的生物相容涂层，所述的ＣａＯ－ＺｒＯ↓［２］－ＳｉＯ↓［２］玻璃粉体中，氧化钙摩尔百分含量为２１．３％－４２．８％，氧化硅的摩尔百分含量为１２．５％－３１．７％，余量为ＺｒＯ↓［２］。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谢有桃，郑学斌，丁传贤，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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