[发明专利]钛合金-硅酸盐过渡层-羟基磷灰石盐生物陶瓷制备方法

说明书

本发明属于生物医用材料领域，特别是钛合金—硅酸盐过渡层—羟基磷灰石盐生物陶瓷多孔材料。由钛合金基体材料粉末，钛合金—硅酸盐—羟基磷灰石盐过渡层粉末和羟基磷灰石盐粉末组成，粉末均采用加无水乙醇于球磨机中进行机械化球磨的方法将粉末晶粒细化，将配置好的各粉末冷压实后在10^‑6脱真空条件下逐步加热除气，根据植入物的特点通过CAD构建3D打印模型，通过计算机将CAD模型分层，获得模型每一层的截面信息，根据植入物断面的结构特点由内而外动态调节铺置钛合金基体材料粉末、钛合金‑硅酸盐过渡层‑羟基磷灰石盐过渡层粉末和羟基磷灰石盐粉末，自下而上按照植入物的流线多梯度装填粉末，然后在500‑600℃，50‑200Mpa氩气气氛保护下激光选区熔化3D打印，制备出以钛合金—羟基磷灰石盐为基体的钛合金‑硅酸盐过渡层‑羟基磷灰石盐生物陶瓷多孔材料。经测试本发明材料较传统工艺韧性、耐磨性、强度显著提高。

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，特别是钛合金-硅酸盐过渡层-羟基磷灰石盐生物陶瓷多孔材料。

背景技术

目前，临床应用的生物医用材料，如骨骼植入物、心脏支架等多采用钛合金，钛合金具有良好的生物相容性、耐腐蚀性能和力学性能，因此钛合金的应用非常广泛，在临床医学界得到认可。对于钛合金等现有金属骨骼植入材料，存在着与生物骨的力学相容性差的问题。钛合金等材料的抗拉强度比天然骨骼高5.3倍以上，弹性模量更是高11倍以上。钛合金等骨骼植入物对人体局部骨组织产生很大的“应力遮挡”效应,可诱发遮挡性骨质缺失。导致人体骨骼植入物与周围的原有生物骨脆弱化、人体骨骼植入物周围的新生骨生长不良以及人体骨骼植入物与生物骨之间因应力集中引发炎症。开发新型的力学与生物相容性更理想的生物医用材料十分必要。同时，人体骨骼植入物的手术取出，增加了医疗者的痛苦、时间和费用，因此，研究和开发高强韧且可以在生物体内降解的医用材料是目前医疗领域发展的重要方向之一。而羟基磷灰石是脊椎动物骨骼和牙齿的主要组成成分，具有良好的生物活性和生物相容性。相对于传统的金属（不锈钢、钛合金）和陶瓷（氧化铝、氮化硅）类骨替代材料，羟基磷灰石不仅抗腐蚀性强、骨诱导生成性强，而且它在体内的降解也消除了前者的安全隐患。羟基磷灰石涂层是指以钛合金为基底，利用物理化学手段将羟基磷灰石涂覆在其表面制备的硬组织植入材料。该材料植入人体后，钛合金可以提供足够的力学强度，表面的羟基磷灰石涂层易于与人体骨结合，在人体骨表面诱导新骨的生成，一般数月即可诱导新骨的生成。但是目前的技术仍存在结合力不够强的缺点，以至于在体内植入后出现涂层脱落的现象。

基于上述目的，本发明开发一种钛合金-硅酸盐过渡层-羟基磷灰石盐生物陶瓷多孔材料，采用多梯度比例混合粉末为原料，使用金属三维打印机打印骨植入物等。本发明的钛合金-硅酸盐过渡层-羟基磷灰石盐生物陶瓷多孔材料的主要化学成分Si,O，P，H，Ca，其余为Ti。目前我国现有的钛合金材料在专利104710188A中，经研究、分析表明均有像Zn、Mg等元素添加，但是使用性能提高有限。因此，在本发明中通过多梯度三维打印生成钛合金-硅酸盐过渡层-羟基磷灰石盐生物陶瓷多孔材料的目的。

发明内容

本发明专利的目的是：在于克服上述现有技术不足，提供一种加工工艺稳定、生产成本低廉、无污染排放、可在常规条件下组织生产的钛合金-硅酸盐过渡层-羟基磷灰石盐生物陶瓷多孔材料，较传统的不锈钢、钛合金等生物医学材料具有更好的生物相容性，较常规陶瓷生物医学材料的韧性大幅提升。

方案所需材料按如下具体制备步骤：

（1）钛合金基体粉末的制备：