一种生物医用NiTiFe-Ta复合板材及其制备方法技术

本发明专利技术涉及生物医用复合材料技术领域，具体地说是一种兼具无细胞毒性、类线弹性变形及大的可恢复应变量的NiTiFe

【技术实现步骤摘要】
一种生物医用NiTiFe
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Ta复合板材及其制备方法

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[0001]本专利技术涉及生物医用复合材料
，具体地说是一种兼具无细胞毒性、类线弹性变形及大的可恢复应变量的NiTiFe
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Ta生物医用复合材料及其制备方法。

技术介绍
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[0002]随着社会的进步和人们生活水平的提高，人们对生物医用材料的需求日益增加，同时对生物医用材料的性能也提出了更为苛刻的要求。对于某些医用领域(如外科驱动器及自扩张支架等)而言，目前亟需能够同时具备无细胞毒性(即优异的生物相容性)及大类线弹性变形能力(即应力能够随着应变的增加呈现近似线性的增长并伴有大的可恢复应变) 的新型生物医用材料。因此，设计和研发能够兼具上述综合性能的新型生物医用材料已经成为世界各国高新
的学术研究前沿和应用研究热点。
[0003]目前，外科驱动器及自扩张支架等相关医用领域的选材主要为NiTi基形状记忆合金。仅就类线弹性变形能力而言，NiTi基形状记忆合金经过热
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机械处理(如塑性变形加退火处理)后通常可呈现较好的类线弹性变形行为。例如，高Ni含量的NiTi基合金可发生线弹性变形(即应力能够随着应变的增加呈现严格的线性增长)，可恢复应变量相对较低(通常小于1％)；而低Ni含量的NiTi基合金借助微观结构因素(包括位错、晶界及孪晶等)对马氏体相变的调控，可表现出类线弹性变形(即应力能够随着应变的增加呈现近似线性的增长)，并伴随着较大的可恢复应变量(约3.5％左右)。然而，NiTi基形状记忆合金较差的生物相容性(即表层Ni元素的细胞毒性)极易引发人体出现多种不良反应(如过敏甚至癌症等)，限制了其在生物医用领域中的广泛应用。

技术实现思路

[0004]综上所述，现有的NiTi基形状记忆合金尚无法完全满足某些生物医用装置(如外科驱动器及自扩张支架等)对材料在生物相容性(无细胞毒性)和大类线弹性(即类线弹性变形并伴有大的可恢复应变量)方面的综合要求。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种新型生物医用NiTiFe
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Ta复合材料及其制备方法，充分利用外层高纯Ta良好的生物相容性(无细胞毒性)和内层NiTiFe合金的大类线弹性变形特性，能够获得兼具优异生物相容性(无细胞毒性)、类线弹性变形和大的可恢复应变量的新型复合材料，满足某些生物医用领域对新型高性能复合材料的迫切需求。
[0005]针对现有的NiTi基形状记忆合金无法完全满足某些生物医用装置 (如外科驱动器及自扩张支架等)对材料在生物相容性(无细胞毒性) 和大类线弹性(即类线弹性和大的可恢复应变)方面的综合性能要求，本专利技术提供了一种新型生物医用NiTiFe
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Ta复合材料及其制备方法，充分利用外层高纯Ta良好的生物相容性(无细胞毒性)和内层NiTiFe合金的大类线弹性变形特性，能够实现兼具良好生物相容性(无细胞毒性)、类线弹性变形和大的可恢复应变量的新型复合材料的制备，在生物医用领域具有重要应用前景。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007](1)原材料种类，包括：
[0008]外层材料：高纯Ta(Ta质量百分含量＞99.9％)；
[0009]内层材料：商用NiTiFe形状记忆合金(其中Ti原子百分含量为 49.5～50.0％，Fe原子百分含量为0.1～0.5％，余量为Ni)。
[0010]上述纯度的原料均无须进口，可在国内批量采购，也可以自行制备。外层Ta材料和内层NiTiFe材料最终形成如图1所示的夹芯结构。
[0011](2)原材料选取原则，其中：
[0012]外层Ta材料：Ta属于无细胞毒性元素，具有优异的生物相容性，能够有效隔绝内层NiTiFe形状记忆合金与人体细胞的直接接触，确保复合材料具有良好的生物相容性。
[0013]内层NiTiFe材料：NiTiFe形状记忆合金经过后续包套轧制和冷轧处理后，借助微观结构因素(包括位错、晶界及孪晶等)对马氏体相变的调控及其内在孪晶结构，能够赋予复合材料大的类线弹性变形能力(即应力能够随着应变的增加呈现近似线性的增长并伴有大的可恢复应变量)。
[0014](3)具体的制备工艺，包括以下步骤：
[0015]第一步，采用线切割和/或机加工的方法从高纯Ta和NiTiFe坯料上分别切下两块高纯Ta板和一块NiTiFe板；
[0016]第二步，将切割好的高纯Ta板和NiTiFe板分别依次在200目、500 目、1000目和1500目的砂纸上进行机械打磨，然后再用超声波清洗机对其进行表面清洁处理；
[0017]第三步，将经过表面打磨及清洁处理后的两块高纯Ta板和一块NiTiFe板，按照高纯Ta板/NiTiFe板/高纯Ta板的顺序(堆垛顺序详见图1)整齐地叠放在包套中框内，包套是采用商用纯钛制作而成，包括中框、上盖板和下盖板，在中框侧面预制有抽气孔；对上盖板和下盖板的与板材接触的表面进行抛光处理后，再将上盖板、下盖板与中框固定、焊合；然后通过预留的抽气孔对包套内进行抽真空(真空度范围为 2
×
10
‑1～1Pa)，最后用螺钉和生胶带密封抽气孔；
[0018]第四步，对内含高纯Ta板和NiTiFe板的包套进行热处理，加热温度为500～600℃，保温15～25分钟；然后对热处理后的内含高纯Ta板和NiTiFe板的包套先进行压下率为45～65％的第一道轧制以实现复合，再进行压下率为55～75％的第二道轧制和压下率为20～30％的第三道轧制；待内含高纯Ta板和NiTiFe板的包套完全冷却后，对其再进行变形量为 70～80％的冷轧变形，即得到NiTiFe
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Ta复合板；
[0019]第五步，去除经过第一至第三道轧制和冷轧变形后的包裹在NiTiFe
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Ta复合板外面的包套，再对复合板材进行酸洗和酒精超声清洗，即可获得生物医用NiTiFe
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Ta大类线弹性复合材料。
[0020]本专利技术的优点包括：
[0021]1.本专利技术制备的NiTiFe
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Ta复合材料充分发挥了外层高纯Ta良好的生物相容性(无细胞毒性)和内层NiTiFe合金的大类线弹性变形特性，实现了优异生物相容性(无细胞毒性)、类线弹性变形和大的可恢复应变量的良好匹配。与传统NiTi基形状记忆合金相比，本专利技术制备的NiTiFe
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Ta大类线弹性复合材料具有更为优异的生物相容性，能够满足某些生物医用装置(如外科驱动器及自扩张支架等)对材料在生物相容性 (无细胞毒性)和大类线弹性(即类线弹性变形并伴有大的可恢复应变量)方面的综合要求，在生物医用领域获得
重要应用。
[0022]2.与以往对NiTi基合金采用的表面改性方法(如涂层法和氧化法) 相比，用本专利技术所涉及的NiTiFe
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Ta复合材料的制备方法存在如下明显的优势：(1)通过涂层法和氧化法等表面改性方法在NiTi基合金表面制备的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物医用NiTiFe
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Ta复合板材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：A)预处理步骤，包括将切割好的高纯Ta板和NiTiFe板分别进行机械打磨，然后再用超声波清洗机对其进行表面清洁处理；B)将经过表面打磨及清洁处理后的两块高纯Ta板和一块NiTiFe板，按照高纯Ta板/NiTiFe板/高纯Ta板的顺序整齐地叠放在轧制包套中，包套材料选用商用纯钛，然后对包套进行封装，并通过预留的抽气孔对包套内进行抽真空，然后密封抽气孔；C)对内含高纯Ta板和NiTiFe板的包套进行热处理，加热温度为500～600℃，保温15～25分钟，然后对热处理后的内含高纯Ta板和NiTiFe板的包套先进行压下率为45～65％的第一道轧制以实现复合，再进行压下率为55～75％的第二道轧制和压下率为20～30％的第三道轧制，待内含高纯Ta板和NiTiFe板的包套完全冷却后，对其再进行变形量为70～80％的冷轧变形，得到NiTiFe
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Ta复合板；D)去除经过第一至第三道轧制和冷轧变形后的包裹在NiTiFe
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Ta复合板外面...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭顺，张慧慧，黄豪，丁旺，凌瀚宇，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：