CN101310897A - 生物活性钛材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生物活性钛材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将粒度为5μm～100μm的金属钛或钛合金粉等静压成形，在1100℃～1300℃真空烧结；(2)粉末冶金烧结后的材料在乙酸钙、甘油磷酸钠和氢氧化物配置的电解水溶液中微弧氧化处理，制备得到生物活性钛材料。所制得的钛材料内部含有孔隙；钛材料表层呈复杂多孔状，具有两种孔隙状态，一种是微弧氧化小孔，另一种是粉末冶金形成的大孔内壁长有微弧氧化小孔。所制得的钛材料表层的生物活性和生物力学相容性高于单一粉末冶金方法制备的钛材料。本发明可用于制备人体骨骼和牙齿等硬组织用生物置换(修复)体。

Description

生物活性钛材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物医用金属基复合材料，具体是生物活性钛材料及其制备方法。
背景技术
目前人体骨骼和牙齿等生物硬组织用置换(修复)材料大多为轧制或铸造钛材料，钛材料具有耐腐蚀、强度高和生物相容等特点。但是轧制或铸造钛材料的弹性模量明显高于人体骨，因而降低了材料的生物力学相容性，限制了钛材料的应用。粉末冶金方法制备的钛材料因具有适量的孔隙，因而使材料的弹性模量下降，材料的生物力学相容性有所改善。然而粉末冶金方法制备的钛材料生物活性有欠缺，材料的生物力学相容性还有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物活性钛材料的制备方法，解决现有技术存在的钛材料生物活性有欠缺，材料的弹性模量较高的问题。
本发明的目的还在于提供所述方法制备的生物活性钛材料。
本发明的生物活性钛材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将粒度为5μm～100μm的金属钛或钛合金粉等静压成形，在1100℃～1300℃真空烧结；
(2)将粉末冶金烧结后的材料在电解水溶液中微弧氧化，所述电解水溶液包含0.16～0.5mol/L的乙酸钙((CH3COO)2Ca·H2O，CA)、0.01～0.06mol/L的β-甘油磷酸钠(C3H7Na2O6P·5H2O，β-GP)以及氢氧化物，所述电解水溶液pH值大于或等于5，优选5～8.9，所述氢氧化物为氢氧化钠、氨水或氢氧化钾中的一种或者多种；微弧氧化以钛材料为阳极、不锈钢为阴极，微弧氧化电源在恒压或恒流模式下工作。
微弧氧化电源在恒压模式下工作时，选取电压100V～500V，占空比10％～40％，频率范围200Hz～1000Hz；微弧氧化电源在恒流模式下工作时，选取电流0.2～2.0A，占空比60％～85％，频率范围200Hz～1000Hz。
本发明生物活性钛材料及其制备方法的设计依据及主要特点如下：粉末冶金方法制备的钛材料因具有适量的孔隙，因而使材料的弹性模量下降，材料的生物力学相容性得以改善；粉末冶金烧结后的材料在乙酸钙、甘油磷酸钠和氢氧化物配置的电解水溶液中微弧氧化处理，制备得到的钛材料表层含有钙和磷元素，使得材料生物活性提高；粉末冶金和微弧氧化制备得到的钛材料表层呈复杂多孔状，具有两种孔隙状态，一种是微弧氧化形成的小孔，另一种是粉末冶金形成的大孔内壁长有微弧氧化小孔即呈大孔套小孔形态，该钛材料表层孔隙率增加，进一步降低了材料表层的弹性模量，提高了材料的生物力学相容性；钛材料表层大孔套小孔形态有助于骨细胞生长，进一步提高材料的生物活性。该材料生物活性和生物力学相容性高于单一粉末冶金制备的钛材料，可用于制备人体骨骼和牙齿等硬组织用生物置换(修复)体。
具体实施方式
实施例1：将粒度为5μm～100μm的金属钛或钛合金粉等静压成形，在1200℃真空烧结；粉末冶金烧结后的材料在0.16mol/L乙酸钙((CH3COO)2Ca·H2O，CA)、0.04mol/L的β-甘油磷酸钠(C3H7Na2O6P·5H2O，β-GP)和氢氧化钠配置电解水溶液中微弧氧化，调节pH值为5，以钛材料为阳极、不锈钢为阴极。微弧氧化电源在恒压模式下，选取电压100V，占空比30％，频率800Hz。制备的材料具有生物活性和较好的生物力学相容性。
实施例2：将粒度为5μm～100μm的金属钛或钛合金粉等静压成形，在1300℃真空烧结；粉末冶金烧结后的材料在0.2mol/L乙酸钙((CH3COO)2Ca·H2O，CA)、0.01mol/L的β-甘油磷酸钠(C3H7Na2O6P·5H2O，β-GP)和氢氧化钠配置电解水溶液中微弧氧化，调节pH值为5.8，以钛材料为阳极、不锈钢为阴极。微弧氧化电源在恒压模式下，选取电压500V，占空比10％，频率200Hz。制备的材料具有生物活性和较好的生物力学相容性。
实施例3：将粒度为5μm～100μm的金属钛或钛合金粉等静压成形，在1100℃真空烧结；粉末冶金烧结后的材料在0.4mol/L乙酸钙((CH3COO)2Ca·H2O，CA)、0.04mol/L的β-甘油磷酸钠(C3H7Na2O6P·5H2O，β-GP)和氢氧化钾配置电解水溶液中微弧氧化，调节pH值为7，以钛材料为阳极、不锈钢为阴极。微弧氧化电源在恒压模式下，选取电压350V，占空比40％，频率1000Hz。制备的材料具有生物活性和较好的生物力学相容性。
实施例4：将粒度为5μm～100μm的金属钛或钛合金粉等静压成形，在1250℃真空烧结；粉末冶金烧结后的材料在0.5mol/L乙酸钙((CH3COO)2Ca·H2O，CA)、0.02mol/L的β-甘油磷酸钠(C3H7Na2O6P·5H2O，β-GP)和氢氧化钠配置电解水溶液中微弧氧化，调节pH值为8，以钛材料为阳极、不锈钢为阴极。微弧氧化电源在恒流模式下，选取电流0.2A，占空比75％，频率600Hz。制备的材料具有生物活性和较好的生物力学相容性。
实施例5：将粒度为5μm～100μm的金属钛或钛合金粉等静压成形，在1200℃真空烧结；粉末冶金烧结后的材料在0.2mol/L乙酸钙((CH3COO)2Ca·H2O，CA)、0.04mol/L的β-甘油磷酸钠(C3H7Na2O6P·5H2O，β-GP)和氢氧化钠配置电解水溶液中微弧氧化，调节pH值为8.9，以钛材料为阳极、不锈钢为阴极。微弧氧化电源在恒流模式下，选取电流2A，占空比60％，频率1000Hz。制备的材料具有生物活性和较好的生物力学相容性。
实施例6：将粒度为5μm～100μm的金属钛或钛合金粉等静压成形，在1250℃真空烧结；粉末冶金烧结后的材料在0.3mol/L乙酸钙((CH3COO)2Ca·H2O，CA)、0.06mol/L的β-甘油磷酸钠(C3H7Na2O6P·5H2O，β-GP)和氨水配置电解水溶液中微弧氧化，调节pH值为12，以钛材料为阳极、不锈钢为阴极。微弧氧化电源在恒流模式下，选取电流0.4A，占空比85％，频率200Hz。制备的材料具有生物活性和较好的生物力学相容性。

Claims (7)

1、一种生物活性钛材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将粒度为5μm～100μm的金属钛或钛合金粉等静压成形，在1100℃～1300℃真空烧结；
(2)将粉末冶金烧结后的材料在电解水溶液中微弧氧化，所述电解水溶液包含0.16～0.5mol/L的乙酸钙、0.01～0.06mol/L的β-甘油磷酸钠以及氢氧化物，所述电解水溶液pH值大于或等于5，所述氢氧化物为氢氧化钠、氨水或氢氧化钾中的一种或者多种；微弧氧化以钛材料为阳极、不锈钢为阴极，微弧氧化电源在恒压或恒流模式下工作。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述微弧氧化电源在恒压模式下工作，电压为100V～500V，占空比为10％～40％，频率范围200Hz～1000Hz。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述微弧氧化电源在恒流模式下工作，电流为0.2～2.0A，占空比为60％～85％，频率范围200Hz～1000Hz。
4、根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于电解水溶液pH值为5～8.9。
5、权利要求1～4任一项所述方法制备得到的生物活性钛材料。
6、根据权利要求5所述的生物活性钛材料，其特征在于所述生物活性钛材料内部含有孔隙。
7、根据权利要求6所述的生物活性钛材料，其特征在于所述生物活性钛材料表层呈复杂多孔状，具有两种孔隙状态，一种是微弧氧化小孔，另一种是粉末冶金形成的大孔内壁长有微弧氧化小孔即呈大孔套小孔形态。
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