[发明专利]一种钛基生物合金材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种钛基生物合金材料的制备方法，该方法采用真空等离子烧结技术，以Ca、Fe、Zr、Ni、Mn、Ti为原料，烧结得到钛基生物合金材料。该方法制备过程简单，易于产业化；原材料获得容易且不需要经过特殊处理；产物具有良好的力学相容性和生物活性，同时避免植入后出现“应力屏蔽”的缺陷，可作为医用材料推广使用。

技术领域

本发明属于生物医用材料制备技术领域，具体涉及一种钛基生物合金材料的制备方法。

背景技术

生物医用材料指具有特殊性能、特种功能、应用于人工器官、外科修复等医用领域而对人体组织不会产生不良影响的一类材料，主要包括生物医学金属材料、生物医学高分子材料、生物陶瓷材料和生物医学复合材料以及生物医学衍生材料。

金属材料应用较早，目前仍然广泛应用于修复骨骼、关节、牙齿等，不锈钢最早被应用于临床医学中，后来出现了Co-Cr合金，但上述合金在人体环境中比较容易发生腐蚀，溶出Ni、Cr、Co等元素对人体有毒副作用，此外不锈钢的弹性模量约为210GPa，钴基合金的弹性模量约为240GPa，远高于人体骨约20-30GPa的弹性模量，使用过程中会造成材料和骨的界面处松动，影响植入器件的功能，或者造成应力屏蔽，引起骨组织的功能退化或吸收，而弹性模量过低，则在应力作用下会造成大的变形，起不到固定和支撑作用，导致植入失败。

鉴于现有医用合金存在的问题，医用钛合金材料应运而生，钛合金具有优良的生物相容性、耐蚀性和高的比强度，其弹性模量要比作为生物材料的钴铬合金和不锈钢的低得多，但现有钛合金的弹性模量一般在50-110GPa之间，导致植体与骨之间弹性模量的不匹配，出现“应力屏蔽”现象，因此如何依靠合金化等手段来降低材料的弹性模量是急需解决的问题。例如专利CN105671365A《一种钛钙铜生物材料的制备方法》，材料致密度高、力学性能优异，且具有良好的生物活性和抗菌性能，但是其弹性模量范围较大为18-75GPa。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的钛基生物合金材料的制备方法，该方法制备得到的生物合金材料致密度高、弹性模量范围窄且适复合医用植入材料要求，生物活性优良。

为了实现本发明的目的，通过大量试验研究并不懈努力，最终获得如下技术方案：一种钛基生物合金材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)按比例称量各原料粉末，其中各原料的比例为Ca 2-7wt％、Fe 1-8wt％、Zr 1-5wt％、Ni 4-10wt％、Mn 0.5-5wt％、余量为Ti，将其放入行星球磨机中，在惰性气体保护下进行机械合金化；

(2)将得到的合金粉末进行高温烧结，具体为：将步骤(1)所得合金粉末装入石墨模具中，置于放电等离子烧结炉中，在真空条件下进行烧结，先以20-50℃/min速率升温至750-900℃，保温45-60min，再以5-10℃/min速率升温至1100-1250℃，保温15-30min，之后保持真空直至冷却至室温，得到钛基生物合金材料。

优选地，如上所述钛基生物合金材料的制备方法，步骤(1)中各原料比例为Ca 4-7wt％、Fe 3-5wt％、Zr 2-5wt％、Ni 6-8wt％、Mn 2-3wt％、余量为Ti。

优选地，如上所述钛基生物合金材料的制备方法，步骤(1)中各原料比例为Ca5wt％、Fe 4.5wt％、Zr 3wt％、Ni 7wt％、Mn 2.4wt％、余量为Ti。

优选地，如上所述钛基生物合金材料的制备方法，步骤(1)中各原料粉末平均粒度≤100μm。

优选的，本发明所用金属粉末纯度≥99.9％，其中所述Ti粉平均粒径为15-60μm，Ca粉平均粒径为60-100μm，Fe粉平均粒径为35-60μm，Zr粉平均粒径为30-60μm，Ni粉平均粒径为20-50μm，Mn粉平均粒径为15-30μm。