[发明专利]一种生物医用NiTiFe-Ta复合板材及其制备方法

说明书

本发明涉及生物医用复合材料技术领域，具体地说是一种兼具无细胞毒性、类线弹性变形及大的可恢复应变量的NiTiFe‑Ta生物医用复合材料及其制备方法，通过该方法制备的NiTiFe‑Ta复合材料能够同时具备无细胞毒性(即优异的生物相容性)和大的类线弹性变形能力(即应力能够随着应变的增加呈现近似线性的增长并伴有大的可恢复应变)，能够解决现有NiTi基形状记忆合金无法兼具优良生物相容性和大类线弹性变形能力的性能瓶颈，拓宽新型复合材料在生物医用领域的应用范畴，满足某些生物医用领域对高性能复合材料的迫切需求。

技术领域：

本发明涉及生物医用复合材料技术领域，具体地说是一种兼具无细胞毒性、类线弹性变形及大的可恢复应变量的NiTiFe-Ta生物医用复合材料及其制备方法。

背景技术：

随着社会的进步和人们生活水平的提高，人们对生物医用材料的需求日益增加，同时对生物医用材料的性能也提出了更为苛刻的要求。对于某些医用领域(如外科驱动器及自扩张支架等)而言，目前亟需能够同时具备无细胞毒性(即优异的生物相容性)及大类线弹性变形能力(即应力能够随着应变的增加呈现近似线性的增长并伴有大的可恢复应变) 的新型生物医用材料。因此，设计和研发能够兼具上述综合性能的新型生物医用材料已经成为世界各国高新技术领域的学术研究前沿和应用研究热点。

目前，外科驱动器及自扩张支架等相关医用领域的选材主要为NiTi基形状记忆合金。仅就类线弹性变形能力而言，NiTi基形状记忆合金经过热-机械处理(如塑性变形加退火处理)后通常可呈现较好的类线弹性变形行为。例如，高Ni含量的NiTi基合金可发生线弹性变形(即应力能够随着应变的增加呈现严格的线性增长)，可恢复应变量相对较低(通常小于1％)；而低Ni含量的NiTi基合金借助微观结构因素(包括位错、晶界及孪晶等)对马氏体相变的调控，可表现出类线弹性变形(即应力能够随着应变的增加呈现近似线性的增长)，并伴随着较大的可恢复应变量(约3.5％左右)。然而，NiTi基形状记忆合金较差的生物相容性(即表层Ni元素的细胞毒性)极易引发人体出现多种不良反应(如过敏甚至癌症等)，限制了其在生物医用领域中的广泛应用。

发明内容

综上所述，现有的NiTi基形状记忆合金尚无法完全满足某些生物医用装置(如外科驱动器及自扩张支架等)对材料在生物相容性(无细胞毒性)和大类线弹性(即类线弹性变形并伴有大的可恢复应变量)方面的综合要求。为了解决上述问题，本发明提供了一种新型生物医用NiTiFe-Ta复合材料及其制备方法，充分利用外层高纯Ta良好的生物相容性(无细胞毒性)和内层NiTiFe合金的大类线弹性变形特性，能够获得兼具优异生物相容性(无细胞毒性)、类线弹性变形和大的可恢复应变量的新型复合材料，满足某些生物医用领域对新型高性能复合材料的迫切需求。

针对现有的NiTi基形状记忆合金无法完全满足某些生物医用装置 (如外科驱动器及自扩张支架等)对材料在生物相容性(无细胞毒性) 和大类线弹性(即类线弹性和大的可恢复应变)方面的综合性能要求，本发明提供了一种新型生物医用NiTiFe-Ta复合材料及其制备方法，充分利用外层高纯Ta良好的生物相容性(无细胞毒性)和内层NiTiFe合金的大类线弹性变形特性，能够实现兼具良好生物相容性(无细胞毒性)、类线弹性变形和大的可恢复应变量的新型复合材料的制备，在生物医用领域具有重要应用前景。

本发明的技术方案如下：

(1)原材料种类，包括：

外层材料：高纯Ta(Ta质量百分含量＞99.9％)；

内层材料：商用NiTiFe形状记忆合金(其中Ti原子百分含量为 49.5～50.0％，Fe原子百分含量为0.1～0.5％，余量为Ni)。

上述纯度的原料均无须进口，可在国内批量采购，也可以自行制备。外层Ta材料和内层NiTiFe材料最终形成如图1所示的夹芯结构。

(2)原材料选取原则，其中：