[发明专利]梯度多孔钛及其制备方法

说明书

技术领域

本发明多孔金属材料领域，具体涉及一种梯度多孔钛及其制备方法。

背景技术

金属材料因其具有优异的力学性能而被广泛应用于骨科、医疗器械、硬组织替代物；钛及钛合金具有良好的生物相容性、耐腐蚀性和较好的力学性能而得到广泛的应用，其中最常用的医用钛合金是Ti-6Al-4V，且多以致密组织用来制备医用产品，尤其是在硬组织修复及替换中应用较普遍。然而，由于该类合金组织的弹性模量远高于人体骨的弹性模量，因此，易产生应力屏蔽，引起骨吸收。为了解决钛合金应力屏蔽问题，不少学者开始采用多孔材料来降低弹性模量，并取得初步成效。

多孔钛合金连通的孔隙有利于人体体液营养成分的传输，并且还可以通过控制工艺参数调整产品孔隙率以改变其弹性模量，使其达到与人体骨组织或肌肉组织相匹配的目的，进一步提高其生物力学相容性。多孔钛对人体无害且有较好的相容性而被用于医疗卫生行业，如在髋关节表面喷涂钛珠形成多孔结构用于固定。类似技术在种植牙中也有应用。多孔钛种植牙根用于牙缺损的修复，均由于骨细胞长入植入体的孔隙中，大大提高了植入体与骨界面的结合强度，因而避免了脆断，能保证高的结合强度。因为多孔材料具有开放多孔状结构，允许新骨组织在内生长及体液的传递。尤其是多孔材料的强度及杨氏模量可以通过对孔隙率的调整使之跟自然骨相匹配。文献报道，理想的人工骨孔隙率范围是30％～90％，一般而言，孔隙率越高，贯通率越高，提供给组织长入的空间也越大，更利于周围细胞的向内长入以及新骨的生长，并加强与骨组织的生物固定。然而孔隙率的升高会降低材料的力学性能，从而限制了多孔材料在各个行业中的应用。

多孔钛的制备方法有许多，如松装烧结法、浆料发泡法、气泡法、熔体发泡法、金属沉积法、自蔓延高温合成法、去合金化法等，但目前的生产方法都只能生产出一种孔隙率的多孔钛材料，难以同时保证孔隙率和强度都满足要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有方法制备的多孔钛难以保证高孔隙率的同时，力学性能也足够强的问题。

本发明解决技术问题的技术方案为：提供一种梯度多孔钛的制备方法。该方法包括以下步骤：

a、将钛粉、造孔剂按重量比80～90﹕10～20混匀，得到物料A，钛粉、造孔剂按重量比55～65﹕35～45混匀，得到物料B，钛粉、造孔剂按重量比40～50﹕50～60混匀，得到物料C；

b、将步骤a中的物料A、B、C分别加入最内层、中间层、最外层模具中；

c、采用液压机压制成型，于电阻炉中预烧结后，转入真空中烧结，冷却即得梯度多孔钛。

其中，上述梯度多孔钛的制备方法中，步骤a中所述造孔剂为碳酸氢铵或食盐。

进一步的，上述梯度多孔钛的制备方法中，步骤a中所述造孔剂粒径为100～300μm。

其中，上述梯度多孔钛的制备方法中，步骤a中所述钛粉的粒径为5～45μm。

进一步的，上述梯度多孔钛的制备方法中，步骤a中所述钛粉纯度大于99.5％。

其中，上述梯度多孔钛的制备方法中，步骤c中所述压制成型的压力为70～150MPa，保压时间为15～20s。

其中，上述梯度多孔钛的制备方法中，步骤c中所述预烧结时烧结温度为120～170℃，保温时间4～6h，预烧结中升温速率3～6℃/min。

其中，上述梯度多孔钛的制备方法中，步骤c中所述真空烧结时真空度为10^-3～10^-4Pa。

其中，上述梯度多孔钛的制备方法中，步骤c中所述真空烧结的烧结温度为1100～1300℃，烧结时间为1～4h，升温速率3～5℃/min。

本发明还提供一种由上述方法制备得到的梯度多孔钛。

其中，上述梯度多孔钛中，最外层孔隙率为66～72％，中间层孔隙率为51～62％，最内层孔隙率为20～32％。

其中，上述梯度多孔钛中，所述梯度多孔钛的抗压强度为131.9～165.0MPa，弹性模量为3.30～4.72GPa。

本发明的有益效果为：本发明通过限定钛粉、造孔剂的不同配比，制备成孔隙率不同的梯度多孔钛，该多孔钛抗压强度和弹性模量与骨组织相近，可有效避免长期使用“应力屏蔽”的产生，本发明的梯度多孔钛，外层孔隙率高，便于体液营养成分的传输及组织的长入，进而实现“生物固定”，具有较好的力学性能和生物相容性，可作为优质的硬组织修复材料；本发明的操作方法简单，设备要求不高，便于推广使用。

附图说明