[发明专利]制备纳米晶体钛，特别是用于医用植入物的纳米晶体钛的方法和钛医用植入物

说明书

技术领域

本发明涉及制备纳米晶体钛(nanocrystalline titanium)，特别是用于医用植入物(医学植入物，medical implant)的纳米晶体钛的方法，以及由所述纳米晶体钛制成的钛植入物。

背景技术

医用植入物用于加强或完全替代人体的受损器官。用于此目的的理想材料应该是化学中性的，与给定器官的组织是生物相容的，并且是耐腐蚀的。最适合用于制备医用植入物的材料之一是化学纯的钛，其唯一的缺点是其低的机械强度，原因在于其极限拉伸强度不超过400MPa，并且屈服应力为380MPa。钛合金表现出高得多的机械强度，诸如例如，含有钒和铝的Ti-6V-4Al合金，其已较早被开发用于航空器结构的目的。这种合金的极限拉伸强度为945MPa，屈服应力为817MPa。US4854496中公开了使用这种合金用于制备医用植入物，但是，随着其后来已经出现的，钒(一种对人体有害的元素)扩散到周围的组织中。

US6399215中公开了如何在不向其中引入有害的合金元素的情况下强化纯钛的问题的解决方案，其中使粗晶粒(粗纹理的或粗粒的，coarse-grained)钛的坯料(方坯，billet)多道次(pass)的通过热等通道角挤压(equal channel angular extrusion，ECAE)，然后是冷塑性变形(cold plastic deformation)。这些处理产生超纯细颗粒的钛，其平均粒度为250至300nm，极限拉伸强度在860至1100MPa范围内，并且屈服应力为795至1050MPa。

称为静液力挤压(hydrostatic extrusion))的金属的塑性变形方法已被使用超过100年(例如US524504)。在这种方法中，将坯料(待挤压的材料)放置在填充有传压介质的工作室中。在其一个末端，该室用活塞封闭，并且在其相反的末端，用模具(die)将其封闭，所述模具的形状被调整成适应终产品的所需形状。当移动深入到室中时，活塞压缩传压介质，并且由此增加该室中的静液压力。在达到作为给定材料的特性的压力的临界值后，坯料开始通过模具被挤出，形成终产品。静液力挤压过程的重要参数之一是称为缩减率(压缩率，reduction ratio)R的参数，其表示坯料的横截面的缩减程度，并且被定义为坯料在挤压前的横截面表面积与挤压后终产品的横截面表面积的比率。