一种替代承重骨组织的医用多孔金属材料的制备方法技术

一种替代承重骨组织的医用多孔金属材料的制备方法，钽粉与碳酸氢铵或双氧水、成型剂（硬脂酸、硬脂酸锌、石蜡、合成树脂中的一种或多种）混合，再经压制成型、脱脂、烧结、冷却和热处理；压制成型是将混合物压制到有机泡沫体中，其压力为50～100Mpa，脱脂是以0.3℃/min～2℃/min的速率逐步升温至400～800℃，氩气为保护气氛并保温300min～360min；烧结是真空度10-4Pa～10-3Pa，以10～20℃/min升温至1500～1800℃、保温120～240min、随炉冷至200～300℃，再以10～20℃/min升温至1500～1800℃、保温180～240min，以5～10℃/min升温至2000～2200℃、保温120～360min。有效解决了作为替代承重部位的医用多孔钽材料既要求其孔隙率较大、又要求力学性能好的矛盾，非常适合用于作为替代承重骨组织的医用植入材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多孔医用金属植入材料的制备方法，特别是涉及一种替代承重部位骨组织的医用多孔金属植入材料的制备方法。
技术介绍
多孔医用金属植入材料具有治疗骨组织创伤、股骨组织坏死等重要而特殊的用途，现常见的这类材料有多孔金属不锈钢、多孔金属钛等。作为骨组织创伤和股骨组织坏死治疗使用的多孔植入材料，其孔隙度应达30 80%，而且孔隙最好全部连通与均匀分布，或根据需要使之既与人体的骨组织生长相一致，又减轻了材料本身的重量，以适合人体植入使用。 而难熔金属钽/铌，由于它具有优秀的生物相容性，其多孔材料有望作为替代前述等传统医用金属生物材料。由于金属钽/铌对人体的无害、无毒、无副作用，以及随着国内外医学的飞速发展，对钽/铌作为人体植入材料认知的进一步深入，人们对人体植入用多孔金属钽/铌材料的需求变得越来越迫切，对其要求也越来越高。其中作为多孔医用植入金属钽/铌，如果能具有很高的均匀分布连通孔隙以及与人体相适应的物理机械性能，则其有望作为一种新型的骨组织替代材料。作为医用植入的多孔金属材料就像一般的多孔金属材料那样基本上是以粉末烧结法为主要的加工方法，特别是为获取孔隙连通与均匀分布的多孔金属泡沫结构采用粉末烧结法中的金属粉末浆料在有机泡沫体上的浸溃后干燥再烧结简称泡沫浸溃法居多。关于粉末烧结所获得的多孔金属材料通常其金属力学性能并不是很好，其主要原因是工艺上如何安排成孔介质的支撑与消除关系、金属粉末烧结过程中的塌陷问题。而已知的文献报道中均没有很好的解决方法而放任自然。采用金属粉末烧结法制造多孔钽/铌的文献报道很少，特别是以获得医用植入材料用为目的的多孔钽/铌粉末烧结法文献报道几乎没有。可以参考的是公开号为CN200510032174，名称“三维通孔或部分孔洞彼此相连多孔金属泡沫及其制备方法”以及CN200710152394,名称“一种新型多孔泡沫钨及其制备方法”。然而其所获得的多孔金属或是为过滤材料用，或是为航空航天及其它高温场合用而非作为医用金属植入材料使用，再者所加工的多孔金属也非多孔钽/铌。关于多孔钽，US5282861公开了一种应用于松质骨植入体、细胞和组织感受器的开孔钽材料及其制备。这种多孔钽由纯商业钽制成，它以聚亚氨酯前体进行热降解得到的碳骨架为支架，该碳骨架呈多重的十二面体，其内为网格样结构，整体遍布微孔，孔隙率可高达98%，再将商业纯钽通过化学蒸气沉积、渗透的方法结合到碳骨架上以形成多孔金属微结构，简称为化学沉积法。这种方法所获得的多孔钽材料其表面的钽层厚度在40 60 ii m之间；在整个多孔材料中，钽重约占99%，而碳骨架重量则占1%左右。文献进一步记载，该多孔材料的抗压强度50 70MPa，弹性模量2. 5 3. 5GPa，抗拉强度63MPa。但是将它作为替代承重骨组织如颅骨等医用植入材料的多孔钽，其材料的力学性能如延展性有明显不足之处，会影响到后续的对多孔钽材料本身的加工，例如成型件的切割等。同样在前述的金属粉末烧结法所获得的产品也均存在这样的不足。再由于其制备方法的局限，获得的成品纯度不够，有碳骨架残留物，导致生物安全性降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种强韧性优异、适用于替代承重部位骨组织的医用多孔金属植入材料的制备方法。本专利技术的目的是通过如下技术手段实现的，其特征在于由钽粉与造孔剂、成型剂混合，再经压制成型、脱脂、烧结、冷却和热处理制得该多孔金属材料；所述压制成型是将混合粉末压制到有机泡沫体中，其压力为50 lOOMpa，所述脱脂过程是以0. 30C /min TC /min的速率逐步升温至400 800°C，以氩气通入构成保护气氛并保 温300min 360min ;所述造孔剂为碳酸氢铵或双氧水，所述成型剂为硬脂酸、硬脂酸锌、石蜡、合成树脂(优选为丁苯橡胶或异戊橡胶)中的一种或多种；所述烧结步骤是真空度为 KT4Pa l(T3Pa，以 10 20°C /min 升温至 1500 1800°C、保温 120 240min、随炉冷至200 300°C，再以10 20°C /min升温至1500 1800°C、保温180 240min，以5 10°C/min升温至2000 2200°C、保温120 360min ;所述热处理步骤是真空度为KT4Pa 10 ,以 10 20°C /min 升温至 800 900°C、保温 240 480min，再以 2 5°C /min 冷至400°C、保温120 300min，然后随炉冷却至室温。在医用多孔金属材料的研发过程中，医用多孔金属材料作为替代承重骨组织的材料，要求其孔隙率较大、这样人体组织才易长入、生物相容性好从而充分地发挥其作用，但孔隙率越大、孔径越大，力学性能如强度、韧性就得不到保证；反之，力学性能好了又易使孔隙率过小、生物相容性不好、密度也过大引起不舒适感；医用多孔钽的制备路线众多，但专利技术人创造性地提出了采用上述步骤、工艺制备医用多孔钽植入材料，有效防止了采用浸浆法易出现的堵孔、浸浆过程难控制、制得的产品质量不均匀等问题；特别是采用的上述热处理工艺，专利技术人在长期研究过程中发现该热处理工艺充分地消除了内应力、使多孔钽材料的组织更均匀、大大提高了所制得的多孔钽材料的韧性；上述烧结处理工艺，使得胚体成为了发热体，从而烧结得更均匀、透彻；其制得的多孔钽材料经过测试其杂质含量可低于0. 2 %、其生物相容性与生物安全性好，密度可达5. 83 7. 50g/cm3,孔隙度可达55 65 %，孔隙直径可达300 500 ii m ;弹性模量可达4. 5 6. OGpa、延伸率达10. 5 11. 7%、弯曲强度可达125 150Mpa、抗压强度可达72 90Mpa，其生物相容性、强韧性均优异，接近人体承重骨组织，本专利技术多孔钽非常适合用于替代承重骨组织的医用植入材料。本专利技术采用的原料钽粉的平均粒径小于43微米、氧含量小于0. 1%，为市售产品；上述造孔剂、成型剂也均为市售产品。本专利技术真空环境优选采用真空度为10_4Pa 10_3Pa的真空条件。上述有机泡沫体优选聚氨酯泡沫，进一步优选为孔径0. 48 0. 89mm，密度0.015g/cm3 0. 035g/cm3,硬度大于 50。(最优选孔径为 0. 56 0. 72mm,密度 0. 025g/cm3,硬度50° 80° )的聚氨酯泡沫中。在研发过程中专利技术人进一步研究发现，若上述制备中控制不好，虽可制得如上所述适合用于替代承重骨组织的医用植入材料但产品质量稳定性不理想、合格率不高如粉末压制成型难、在压制后部分易出现分层、不均匀，脱脂后部分会出现裂纹等技术问题。为了使粉末压制过程中成型更容易，从而提高成品率、成品孔隙均匀性、使制备过程更稳定，上述造孔剂的用量为15 25%、成型剂的用量为7 12%、余量为钽粉，均以体积百分含量计(以体积百分含量计是通过最终多孔钽材料的情况直接推算的单位，在上述造孔剂、成型剂的称量中固体粉末还是根据相应物质的密度计算出其对应的质量称量的、当然若为液体物质则直接采用体积称量)，进一步优选为造孔剂为双氧水占18%、成型剂为硬脂酸锌占11%、余量为钽粉、以体积百分含量计；上述压制成型过程中的压力优选为75 87Mpa。为了使脱脂过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种替代承重骨组织的医用多孔金属材料的制备方法，其特征在于：由钽粉与造孔剂、成型剂混合，再经压制成型、脱脂、烧结、冷却和热处理制得该多孔金属材料；所述压制成型是将混合粉末压制到有机泡沫体中成型，其压力为50～100Mpa，所述脱脂过程是以0.3℃/min～2℃/min的速率逐步升温至400～800℃，以氩气通入构成保护气氛并保温300min～360min；所述造孔剂为碳酸氢铵或双氧水，所述成型剂为硬脂酸、硬脂酸锌、石蜡、合成树脂中的一种或多种；所述烧结步骤是真空度为10？4Pa～10？3Pa，以10～20℃/min升温至1500～1800℃、保温120～240min、随炉冷至200～300℃，再以10～20℃/min升温至1500～1800℃、保温180～240min，以5～10℃/min升温至2000～2200℃、保温120～360min；所述热处理步骤是真空度为10？4Pa～10？3Pa，以10～20℃/min升温至800～900℃、保温240～480min，再以2～5℃/min冷至400℃、保温120～300min，然后随炉冷却至室温。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：节云峰，叶雷，
申请(专利权)人：重庆润泽医药有限公司，
类型：发明
国别省市：