本发明专利技术公开了一种含Ｌａ↓［２］Ｏ↓［３］的梯度生物活性陶瓷的涂层材料、制法及应用，按照重量百分比计算：它由８０～１０％的钛粉与２０～９０％的复合陶瓷粉制备而成；其中复合陶瓷粉是由７２～８０％重量百分比的ＣａＨＰＯ↓［４］.２Ｈ↓［２］Ｏ与２０～２８％重量百分比的ＣａＣＯ↓［３］混合得到的陶瓷粉再加入０．４～０．８％重量百分比的Ｌａ↓［２］Ｏ↓［３］组成的。本发明专利技术运用梯度设计思想，采用宽带激光熔覆技术，所制备的生物活性陶瓷涂层裂纹和孔洞少，硬度高，韧性好，涂层中无非晶相产生，产品能够植入人体内作为骨头、骨关节的代替品，不会发生排异反应，还具有抗凝血作用并能防止癌变。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种含La2O3的梯度生物活性陶瓷的涂层材料、制法及应用，特别是一种含La2O3的梯度生物活性陶瓷的涂层材料、宽带激光熔覆制备方法及应用，属于医用材料的
技术介绍
生物陶瓷是生物医用材料的重要组成部分，在人体硬组织的缺损修复及重建已丧失的生理功能方面起着重要的作用。生物活性陶瓷涂层的制备技术总的来说可分为干法和湿法两大类，干法是在气相中进行各种反应和沉积，例如等离子喷涂法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、热喷涂法、激光熔覆法和离子注入法等。湿法是利用液相中发生各种反应从而在基材上沉积涂层的技术，如溶胶—凝胶法、电化学沉积、自组装单层膜法等。激光熔覆法是在基底材料表面上预先涂覆一定配比的CaHPO42H2O和CaCO3混合粉末，然后用CO2激光加工系统对金属基材进行表面熔覆处理，使合成和涂覆羟基磷灰石(HA)涂层在钛合金表面一步完成。激光熔覆法在制备生物涂层材料方面刚刚起步，但已显示出了巨大的优越性。目前，激光熔覆生物陶瓷涂层存在的主要问题是(1)采用的窄带激光光斑很小(φ1～3mm)，搭接部分及重熔面积太多，引起生物陶瓷重新分解和非晶化，影响涂层的均匀性和稳定性。(2)激光能量呈高斯分布，易造成熔池中央区域较大的温度梯度，熔池凝固结晶后涂层中会产生较多的裂纹。(3)稀土氧化物含量对生物陶瓷涂层组织结构及性能的影响规律缺乏研究。HA生物陶瓷涂层的机械性能主要依赖于最后烧结产物的烧结密度和显微组织，而宽带激光熔覆工艺参数能深刻地影响生物陶瓷涂层的显微组织及烧结性。因此，本专利技术人对宽带激光熔覆制备梯度生物陶瓷涂层的技术进行了深入地研究，并研究了稀土氧化物含量对生物陶瓷复合涂层组织结构的影响。本申请人已经申请并获得授权的专利技术专利(2005102000115)提供了一种激光熔覆制备梯度生物活性陶瓷涂层的材料及涂层的制法，其陶瓷粉中所掺入的稀土氧化物为Y2O3，Y2O3在激光熔覆过程中可催化合成羟基磷灰石和β-磷酸钙。专利技术人经过进一步的研究发现，陶瓷粉中不仅可以掺入Y2O3，还可以掺入其它的稀土氧化物。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含La2O3的梯度生物活性陶瓷的涂层材料、制法及应用，这种新的涂层材料与提供的制法能够保证在钛合金的表面形成生物活性陶瓷涂层，得到的产品能够植入人体内作为骨头、骨关节的代替品，不会发生排异反应，具有抗凝血作用并能防止癌变。本专利技术是这样构成的一种含La2O3的梯度生物活性陶瓷的涂层材料，按照重量百分比计算它由80～10％的钛粉与20～90％的复合陶瓷粉制备而成；其中复合陶瓷粉是由72～80％重量百分比的CaHPO4·2H2O与20～28％重量百分比的CaCO3混合得到的陶瓷粉再加入0.4～0.8％重量百分比的La2O3组成的。具体地说，复合陶瓷粉是由78％重量百分比的CaHPO4·2H2O与22％重量百分比的CaCO3混合得到的陶瓷粉再加入0.6％重量百分比的La2O3组成的；所述的钛粉为20～80μm，复合陶瓷粉为30～50μm，La2O3为1～5μm。优选的钛粉为40μm，复合陶瓷粉为36μm，La2O3为4μm。本专利技术所述含La2O3的梯度生物活性陶瓷的涂层制法为将陶瓷粉和La2O3混合，研磨3小时，再与钛粉混合研磨3小时，使之充分混合，得到涂层粉末材料；将配好的涂层粉末材料与粘结剂混合，然后将其预压在钛合金TC4的表面，预压的涂层厚度为0.4～0.6mm；采用宽带激光熔覆工艺，首先在钛合金TC4表面熔覆第一梯度层，清理表面残渣，洗净试样表面，再将制备好的涂层粉末材料预压在钛合金TC4的表面，熔覆第二梯度层，再清理表面残渣，洗净试样表面，然后将制备好的涂层粉末材料预压在钛合金TC4的表面熔覆第三梯度层，最终在钛合金TC4表面制得梯度生物活性陶瓷。其中，宽带激光熔覆工艺参数为输出功率P＝2.1～2.9kW，扫描速度V＝120～200mm/min，光斑尺寸D＝16～30mm×1～4mm。所用的粘结剂为1～5毫升的大豆醇酸。涂层粉末材料预压的压力为50kg/cm2，预压的涂层厚度为0.5mm。激光熔覆所用设备为TJ-HL-5000型5kW CO2激光器、TJ-LTM-VI型五坐标三轴联动激光加工数控机床和JKF-6型激光宽带扫描转镜。优选的宽带激光熔覆工艺参数为输出功率P＝2.5kW，扫描速度V＝150mm/min，光斑尺寸D＝16mm×2mm。预压在钛合金TC4表面第一梯度层的涂层粉末材料是70～80％重量百分比的钛粉与30～20％重量百分比的复合陶瓷粉混合、研磨制成的，第二梯度层的涂层粉末材料是40～50％重量百分比的钛粉与60～50％重量百分比的复合陶瓷粉混合、研磨制成的，第三梯度层的涂层粉末材料是10～20％重量百分比的钛粉与90～80％重量百分比的复合陶瓷粉混合、研磨制成的。优选的梯度涂层材料预压在钛合金TC4表面第一梯度层的涂层粉末材料是70％重量百分比的钛粉与30％重量百分比的复合陶瓷粉混合、研磨制成的，第二梯度层的涂层粉末材料是40％重量百分比的钛粉与60％重量百分比的复合陶瓷粉混合、研磨制成的，第三梯度层的涂层粉末材料是10％重量百分比的钛粉与90％重量百分比的复合陶瓷粉混合、研磨制成的。本专利技术所述含La2O3的梯度生物活性陶瓷的涂层制法制备得到的梯度生物活性陶瓷在人体硬组织的缺损修复或替换中的应用。具体地说，将制得的梯度生物活性陶瓷用于人体股骨坏死或髋关节、牙缺损的修复。专利技术人通过实验研究了La2O3含量对生物陶瓷复合涂层相结构、组织形貌及开裂敏感性的影响，La2O3含量分别取0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1.0％进行实验，结果La2O3含量达到0.4～0.6％时，催化合成羟基磷灰石和β-磷酸钙的数量最大，而La2O3含量达到0.8％时，催化合成羟基磷灰石和β-磷酸钙的数量反而下降。结论La2O3含量深刻地影响着生物活性相羟基磷灰石和β-磷酸钙的形成，当La2O3含量达到0.4～0.6％时，催化合成羟基磷灰石和β-磷酸钙的数量最大；加入La2O3的生物陶瓷涂层的组织较未加La2O3的组织明显细化，这种细化的组织有利于提高生物陶瓷的力学性能；加入La2O3的生物陶瓷涂层开裂敏感性较小，而未加的涂层有较大的开裂敏感性。另外，在稀土元素中，Y为重稀土，La为轻稀土，轻稀土化合物比重稀土化合物有较大的抗凝血作用。因为轻稀土离子比重稀土离子半径更接近钙离子半径，稀土离子比钙离子多一个正电荷，由于稀土离子取代钙离子，从而有效竞争性抑制钙离子在凝血过程中的作用。因此，本专利技术陶瓷粉中加入La2O3不仅有催化合成羟基磷灰石和β-磷酸钙的作用，所制备的生物陶瓷涂层还具有抗凝血作用并能防止癌变。而且，加入La2O3比加入Y2O3的生物陶瓷涂层表面所形成的微孔多，可以为骨组织长入涂层提供更多的通道。专利技术人经过热力学和动力学的研究表明严格控制激光熔覆的工艺参数，才能生成羟基磷灰石(HA)。因此，为确保本专利技术的效果，专利技术人对激光熔覆的工艺参数进行了优选，具体如下宽带激光熔覆工艺参数的优化要想在熔覆涂层中获得含HA的钙磷基生物活性陶瓷相，并且涂层与基材有良好的结合，必须选择合适的激光熔覆工艺参数。研究发现控制较低的激光输出功率和较高的扫描速度，是本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含Ｌａ２Ｏ３的梯度生物活性陶瓷的涂层材料，按照重量百分比计算：它由８０～１０％的钛粉与２０～９０％的复合陶瓷粉制备而成；其特征在于：复合陶瓷粉是由７２～８０％重量百分比的ＣａＨＰＯ４.２Ｈ２Ｏ与２０～２８％重量百分比的ＣａＣＯ３混合得到的陶瓷粉再加入０．４～０．８％重量百分比的Ｌａ２Ｏ３组成的。
【技术特征摘要】
1.一种含La2O3的梯度生物活性陶瓷的涂层材料，按照重量百分比计算它由80～10％的钛粉与20～90％的复合陶瓷粉制备而成；其特征在于复合陶瓷粉是由72～80％重量百分比的CaHPO4·2H2O与20～28％重量百分比的CaCO3混合得到的陶瓷粉再加入0.4～0.8％重量百分比的La2O3组成的。2.按照权利要求1所述的含La2O3的梯度生物活性陶瓷的涂层材料，其特征在于复合陶瓷粉是由78％重量百分比的CaHPO4·2H2O与22％重量百分比的CaCO3混合得到的陶瓷粉再加入0.6％重量百分比的La2O3组成的；所述的钛粉为20～80μm，复合陶瓷粉为30～50μm，La2O3为1～5μm。3.按照权利要求1或2所述的含La2O3的梯度生物活性陶瓷的涂层材料，其特征在于所述的钛粉为40μm，复合陶瓷粉为36μm，La2O3为4μm。4.用权利要求1～3中任意一项所述含La2O3的梯度生物活性陶瓷的涂层材料的涂层制法，其特征在于将陶瓷粉和La2O3混合，研磨3小时，再与钛粉混合研磨3小时，使之充分混合，得到涂层粉末材料；将配好的涂层粉末材料与粘结剂混合，然后将其预压在钛合金TC4的表面，预压的涂层厚度为0.4～0.6mm；采用宽带激光熔覆工艺，首先在钛合金TC4表面熔覆第一梯度层，清理表面残渣，洗净试样表面，再将制备好的涂层粉末材料预压在钛合金TC4的表面，熔覆第二梯度层，再清理表面残渣，洗净试样表面，然后将制备好的涂层粉末材料预压在钛合金TC4的表面熔覆第三梯度层，最终在钛合金TC4表面制得梯度生物活性陶瓷。5.按照权利要求4所述含La2O3的梯度生物活性陶瓷的涂层制法，其特征在于宽带激光熔覆工艺参数为输出功率P＝2.1～2.9kW，扫描速度V＝120～200mm/min，光斑尺寸D＝16～30...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘其斌，李文飞，吴玲，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：52[中国|贵州]
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