[发明专利]一种生物医用多孔Ti-Zn合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种生物医用多孔Ti‑Zn合金及其制备方法，包括以下步骤：S1：将钛粉和锌粉按一定比例混合后置于不锈钢球磨罐中进行干混；S2：将干混后的粉料在500~1000Mpa压力下模压制成压坯；S3：将压坯和碳化硅粉末装入多晶莫来石纤维保温桶内，再置于微波烧结炉中，炉腔内真空度抽至低于0.1Pa后，充入纯度为99.999%的氩气，控制微波烧结炉的输出功率，以一定的升温速度、烧结温度和烧结时间进行微波烧结，随炉冷却后即获得生物医用多孔Ti‑Zn合金。本发明制备得到的多孔Ti‑Zn合金弹性模量低，机械性能优异，抗菌效果和生物活性好，可作为骨、关节及人工牙根等硬组织修复和替代材料。

技术领域

本发明涉及生物医用金属材料制备技术领域，尤其涉及一种生物医用多孔Ti-Zn合金及其制备方法。

背景技术

钛合金由于具有质轻、比强度高、优异的抗蚀性和生物相容性、良好的韧性和抗冲击性等一系列优点，在人体硬组织移植材料方面已得到了广泛的应用。但目前临床上钛合金的应用还存在三个问题：第一，钛合金的弹性模量在110Gpa左右，远大于人工骨(20GPa)的弹性模量，容易造成应力屏蔽现象；第二，当植入体植入人体后，容易引发细菌感染问题；第三，钛合金是惰性材料，没有生物活性，不能与骨形成骨性结合。目前研究的Ti6Al4V-Cu和TiCu合金具备良好的抗菌效果，但是不能够促进骨组织的长入，无细胞活性，并且弹性模量过高。

微波烧结是近年来发展迅速的一种材料制备手段，微波加热的效率高，比传统方法省电30%～70%。与常规烧结相比，微波烧结具有烧结温度低、保温时间短、加热均匀等特点，可以有效抑制晶粒的长大，细化合金的显微组织，有利于改善烧结体的性能。目前微波烧结技术已广泛地应用于生物医用金属、陶瓷等材料的烧结，是一种能一次烧结成型、近净成型的烧结技术，但迄今为止国内外还没有采用微波烧结制备医用多孔Ti-Zn合金的报道。

发明内容

本发明的目的是为了解决迄今为止国内外还没有同时具备生物活性、抗菌性、低弹性模量和高压缩强度的医用钛合金的技术问题，本发明第一方面提供了一种生物医用多孔Ti-Zn合金的制备方法，包括以下步骤：

S1：将钛粉和锌粉按一定比例混合后置于不锈钢球磨罐中进行干混；

S2：将步骤S1干混后的粉料在500~1000Mpa压力下模压制成压坯；

S3：将步骤S2制成的压坯和碳化硅粉末装入多晶莫来石纤维保温桶内，再置于微波烧结炉中，炉腔内真空度抽至低于0.1Pa后，充入纯度为99.999%的氩气，控制微波烧结炉的输出功率，以一定的升温速度、烧结温度和烧结时间进行微波烧结，随炉冷却后即获得生物医用多孔Ti-Zn合金。

其中，所述钛粉和所述锌粉的重量百分比为70~95:5~30。

其中，所述钛粉和所述锌粉的纯度均在99.5%以上，粒径均为1~300μm。

其中，所述干混采用行星式球磨机，转速为200~300r/min，时间2~4h。

其中，所述微波烧结的输出功率为1~3kW。

其中，所述微波烧结的升温速率为20~45℃/min。

其中，所述微波烧结的温度为700~900℃。

其中，所述微波烧结的时间为10~30min。

本发明第二方面提供了一种生物医用多孔Ti-Zn合金，所述Ti-Zn合金是通过本发明第一方面提供的方法制备得到。

其中，所述Ti-Zn合金的平均孔隙率为15~40%，平均孔径为100~300μm，弹性模量为10~20GPa，抗压强度为800~1800MPa，细胞毒性为0级，24小时对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性可达99%以上。

本发明的有益效果：