一种骨修复钛钼基羟基磷灰石复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种骨修复钛钼基羟基磷灰石复合材料及其制备方法。本发明专利技术所述的复合材料是由钛钼合金、过程控制剂与羟基磷灰石混合制得。本发明专利技术制备的复合材料的弹性模量低(30～50GPa)、抗压强度高(500～1550MPa)、硬度高(300～520HV)，含有大量的生物活性陶瓷相(CaTiO3、Ca3(PO4)2、HA等)，有利于诱导骨结合，兼具优良的力学性能和生物活性，可用于骨修复和骨替代。和骨替代。和骨替代。

【技术实现步骤摘要】
一种骨修复钛钼基羟基磷灰石复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及生物医用材料制备
，尤其是涉及一种骨修复钛钼基羟基磷灰石复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前临床应用的人造生物医用材料中，钛及钛合金性能优异，被认为是人工关节、脊柱矫形内固定系统、牙种植体等硬组织替代和修复的首选材料。纯钛(Ti)及Ti
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6Al
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4V是目前应用最广泛的骨修复钛合金，但铝(Al)和钒(V)被证实会对人体产生毒害，且其弹性模量与人骨不匹配，导致“应力屏蔽现象”。添加Nb、Ta、Zr、Mo等无毒元素来研制新型的β型生物医用钛合金，可以有效降低弹性模量，具有极大的发展前景。与其它β
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Ti添加元素相比，钼(Mo)元素作为人体及动植物所必需的微量元素，有助于调节人体内的酸碱平衡度，并可以作为一些酶的辅助因子，是一种人体亲和元素。此外，Mo与Ti属于同晶型结构，能与Ti形成无限固溶体，不仅降低弹性模量，且能够提高Ti的耐磨性及强度。因此，Ti
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Mo系合金在生物医用方面具有广泛的应用前景。
[0003]钛合金具有良好的力学性能，作为人体植入材料可用于承载较大的部位，但作为一种生物惰性材料，表面无生物活性，难以与机体组织形成强有力的化学键合，导致长期使用时的松动、失效。羟基磷灰石(HA)作为一种类骨生物陶瓷，与人体骨骼具有相似的成分和结构，在植入生物体内时能与骨组织发生骨性结合，具有优异的生物活性。但是其力学性能较差，不能应用于承载力较大的部位。因此综合钛钼合金优良的力学性能与羟基磷灰石优良的生物活性，制备两者性能兼备的生物复合材料，是开发生物医用材料的一个重要方向。
[0004]目前，利用生物陶瓷的生物活性改善钛合金生物惰性的研究较多。其中制备生物活性涂层尤为常见，主要是通过等离子喷涂、电化学沉积、激光熔覆、仿生矿化等技术实现。但是所制备的涂层与金属材料性质差异较大，涂层的术后稳定性较差且容易脱落，导致骨结合性能下降和植入的失败。为了解决涂层较薄和结合力不强的问题，国内外学者研究了钛及钛合金与生物陶瓷混合制备生物活性复合材料。其中文献(Davoud Bovanda，Mardali Yousefpoura，Sousan Rasouli，et al.Characterization of Ti
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HA composite fabricated by mechanicalalloying[J].Materials and Design，2015，65:447
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453)报道了一种Ti
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HA复合材料的制备方法，其能够改善材料的生物活性，但是因基体中大量α
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Ti存在，力学性能难以满足要求。文献(刘凯歌，胡树兵.放电等离子烧结技术制备(Ti
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35Nb
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7Zr
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5Ta)
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15HA复合材料微观组织的演变及生物活性[J].中国有色金属学报，2020，30(01):112
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121.)报道了一种(Ti
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35Nb
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7Zr
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5Ta)
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15HA生物复合材料的制备方法，但Ta的熔点较高，不利于复合材料的制备，且放电等离子烧结机理易受烧结过程中产生的陶瓷相的影响，导致材料组织存在较多缺陷。SPS技术因烧结机理和石墨模具的限制，制备样品通常为简单圆柱体，难以制备复杂形状工件，且石墨模具的强度低、寿命短、容易对烧结材料造成污染。模压烧结作为一种近净成形工艺，能够实现定制化模具，后续处理只需要少量机加工，烧结过程在流动氩气保护下进行，过程清洁且低成本。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术申请人提供了一种钛钼基羟基磷灰石复合材料及其制备方法。本专利技术使用无危害的钛钼合金并添加羟基磷灰石粉末，借助高能球磨制备高精细粉末，采用高温管式炉实现梯度升温脱脂烧结，目的在于进一步提高人工植入物的生物活性，解决因植入物与骨组织的力学性能不匹配等问题，制备得到的复合材料成分组织均匀、弹性模量低(30～50GPa)、抗压强度高(500～1550MPa)、硬度高(300～520HV)，综合力学性能优异，具有优良的生物活性及生物相容性，可以作为骨替代或骨修复的首选材料。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种骨修复钛钼基羟基磷灰石复合材料，该复合材料的原料种类及各原料的用量为：
[0008]钛钼金属粉末
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100份
[0009]过程控制剂粉末
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0.5～5份
[0010]羟基磷灰石粉末
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3～20份；
[0011]各原料以重量份数计；
[0012]所述钛钼合金金属粉末中各元素粉末的质量百分数为Ti：80％～90％、Mo：10％～20％。
[0013]一种骨修复钛钼基羟基磷灰石复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0014](1)按Ti：80％～90％、Mo：10％～20％的质量百分比，分别称取Ti、Mo粉末，合计100份；同时称取0.5～5份过程控制剂粉末；
[0015](2)将步骤(1)称取的原料进行研磨，得到粒径细小的钛钼金属粉末；
[0016](3)在步骤(2)制得的钛钼金属粉末中加入3～20份的羟基磷灰石粉末，继续研磨，得到钛钼基羟基磷灰石混合粉末；
[0017](4)将步骤(3)得到的钛钼基羟基磷灰石混合粉末装入钢制模具中，利用压片机或液压机进行双向压制，脱模后得到压坯；
[0018](5)将步骤(4)所得的压坯在流动氩气保护下进行阶梯式升温烧结，冷却至室温，得到钛钼基羟基磷灰石复合材料。
[0019]步骤(1)中所述Ti粉末纯度为99.99％、粒度为325～500目；所述Mo粉末纯度为99.99％、粒度为400～500目；所述过程控制剂为硬脂酸、硬脂酸锌、乙烯基双硬脂酰胺、聚乙二醇中的一种。
[0020]步骤(2)、(3)中，研磨采用行星式球磨机。
[0021]所述球磨机包含不锈钢球磨罐，球磨介质是直径4～10mm的不锈钢研磨球，球料质量比为3:1～20:1，球磨转速为300～600r/min，球磨时间为6～24h。
[0022]步骤(3)中，羟基磷灰石粉末为纯度99.99％、平均粒径为15μm的球状微米级粉末或长度为100nm的针状纳米级粉末。
[0023]步骤(2)中，钛钼金属粉末的粒径为5～50μm；步骤(3)中，钛钼基羟基磷灰石混合粉末的粒径为2～50μm。
[0024]步骤(4)中，双向压制工艺的压力为300～800MPa，保压时间1～12min。
[0025]步骤(5)中，阶梯式升温烧结在管式炉中进行。
[0026]步骤(5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种骨修复钛钼基羟基磷灰石复合材料，其特征在于：所述复合材料的原料种类及各原料的用量为：钛钼金属粉末
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100份过程控制剂粉末
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0.5～5份羟基磷灰石粉末
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3～20份；各原料以重量份数计；所述钛钼金属粉末中各元素粉末的质量百分数为Ti：80％～90％、Mo：10％～20％。2.一种权利要求1所述骨修复钛钼基羟基磷灰石复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：(1)按Ti：80％～90％、Mo：10％～20％的质量百分比，分别称取Ti、Mo粉末，合计100份；同时称取0.5～5份过程控制剂粉末；(2)将步骤(1)称取的原料进行研磨，得到粒径细小的钛钼金属粉末；(3)在步骤(2)制得的钛钼金属粉末中加入3～20份的羟基磷灰石粉末，继续研磨，得到钛钼基羟基磷灰石混合粉末；(4)将步骤(3)得到的钛钼基羟基磷灰石混合粉末装入钢制模具中，利用压片机或液压机进行双向压制，脱模后得到压坯；(5)将步骤(4)所得的压坯在流动氩气保护下进行阶梯式升温烧结，冷却至室温，得到钛钼基羟基磷灰石复合材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述Ti粉末纯度为99.99％、粒度为325～500目；所述Mo粉末纯度为99.99％、粒度为400～...

【专利技术属性】
技术研发人员：颉芳霞，黄家兵，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：