CN106474554A - 一种多孔金属材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多孔金属材料，该材料为多级孔金属材料，以材料孔径大小进行分级，分级级数至少两级以上；其最小级多孔金属材料的孔径大小为1微米以下，最小级多孔金属材料的弹性模量为80GPa以下，孔隙率不小于48%。其制备方法是：将用于制备多孔金属材料的原料粉和用于制备最小级孔腔的造孔剂混合配制成浆料，将浆料均匀填充入高分子材料支架，形成坯体并干燥、破碎得到混合颗粒，将混合颗粒与用于制备比最小级孔腔大的孔腔的造孔剂均匀混合，制成致密坯体，再真空烧结，按照原料工艺进行常规后续处理。该种材料具有多级弹性模量满足不同的使用需求，贯通性好，特别适于作为组织再生材料，制备方法简便、易于实现。

Description

一种多孔金属材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种多孔金属材料，特别是一种具有多级孔结构的多孔金属材料及制备方法。

背景技术

多孔金属材料作为一种兼具功能和结构双重属性的性能优异的新型工程材料，在冶金机械、石油化工、能源环保、国防军工、核技术和生物制药、医疗器械等行业得到了广泛应用。尤其是多孔金属材料在医疗卫生行业得到了大量应用，特别是作为植入体应用。目前已经应用的医用多孔金属材料大都是单一孔隙的材料，这些材料相对于原密致材料显著降低了整体弹性模量，文献中已报道的制备的多孔钛其弹性模量为0.1 GPa-30GPa，多孔钽弹性模量为1.53 GPa-7.0 GPa，多孔铌弹性模量为0.14 GPa-1.08GPa，多孔钽铌合金弹性模量为1.6 GPa-7.0 GPa，多孔Ni-Ti形状记忆合金弹性模量为6 GPa-18 GPa。但由于这类多孔金属材料的孔腔的腔壁仍是致密材料，腔壁自身的弹性模量实际上并没有降低。

近十年来，多孔金属材料中的一种新型材料——多级孔金属材料，由于其独特的性能，为国际上的研究热点，它可用于催化、分离、能源、光学、生物技术、生物医药等多个领域，研究人员不仅研究其材料结构，同时关注其制备方法。同时，人们对多级孔金属材料的需求进一步拓宽，尤其是用于医用的多级孔金属材料，需对孔的结构、孔的贯通性、材料的物化性能如弹性模量等诸多内容予以新的设计，才能满足不同的需求，而现有的成熟多级孔金属材料由于孔结构设计不够合理，各种性能指标不够确定，制得的多级孔金属材料不能充分满足应用要求，而且上述多级孔金属材料制备方法难以制备出满足实际需要的结构特点及性能可控的多级孔金属材料，特别是强度高、韧性好的多级孔金属材料。

CN104107097 A公开了宏观-微观-纳米分级结构力学适配性骨修复体及其制备，介绍了一种骨修复体，它包括宏观孔隙金属结构体、微观孔隙结构体以及纳米纤维，内部的宏观孔隙的尺寸为300-1500 微米，各宏观孔隙之间相互完全连通，微观孔隙结构体位于宏观孔隙金属结构体孔内，内部的微观孔隙结构均匀且孔隙之间相互完全连通，孔隙尺寸为50-250 微米；微观孔隙的孔隙壁由纳米纤维构成，其制备方法是：先用3D打印技术制备出宏观孔隙金属结构体，然后将生物可降解聚合物材料通过有机溶剂制备成溶液，注入到宏观孔隙金属结构体的宏观孔隙内部，然后冷冻处理，再进行热诱导相分离。所述的宏观孔隙金属结构体的弹性模量为0.5-30GPa。所制备的骨修复体仅具有两级孔，微观孔隙结构体仅在宏观孔隙腔壁的表面，不在其内部，微观孔隙结构体腔壁本身仍然是密质实体，因此，尽管微观孔隙之间相互完全连通，其传输液体能力仍然是有限的，由于微观孔隙结构体的添加与随机性，最终得到的材料整体的弹性模量是不确定的，也未确定微观孔隙结构体的弹性模量，且微观孔隙结构体在宏观孔隙腔壁的表面上的厚度的均匀性不能确定，也难以保证其性能的均匀性，因而难以满足人工骨的功能要求。

发明内容：

本发明的目的是提供一种多孔金属材料，特别适合于用作医用植入材料，它可以使细胞感受到应力刺激，消除细胞应力屏蔽。

本发明的另一目的在于提供一种多孔金属材料的制备方法，该制备方法使得多孔金属材料的结构成为可控，且简单易行。

尽管研究人员已对一些新的具有多级孔结构的多孔金属材料进行了探索，但目前的状况是多孔金属材料的贯通性不足，其大孔与微孔不能得到有效控制；或者什么样的多孔结构的多孔金属材料可以满足多种功能需要的应用？什么样的物理性能指标是应用场合真正需要的指标以实现所需的使用性能？例如用于医用再生材料，什么样的多孔金属材料可以确保生物组织液的顺利、均匀传输，什么样的弹性模量可以满足使生物组织顺利正常生长，这些都期待着研究人员进一步探索与明确。

发明人在研究中发现，作为医用的多孔材料植入人体内后，细胞会粘附在孔腔的腔壁上，如果腔壁是密致实体，其弹性模量高，腔壁的变形不易与整体变形同步，将使细胞难以感受到应力刺激，使细胞产生应力屏蔽；发明人认为，如果能在孔腔的腔壁上设置孔腔，孔腔的孔径也合适，就可以使原密致实体的孔腔的腔壁的弹性模量降低，就会使粘附在孔腔腔壁上的细胞感受到应力刺激，并有一种有效制备出上述材料的方法，这类材料就能消除细胞应力屏蔽，充分准确地满足对医用多孔材料的功能需求。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种多孔金属材料，包括材料本体，所述材料本体为多级孔金属材料，也即该材料本体是由若干级的多孔金属材料构成的；所述多级孔金属材料是以材料孔径大小进行分级，分级级数至少两级以上；所述多级孔金属材料中最小级多孔金属材料的孔径为1微米以下，最小级多孔金属材料的弹性模量为80GPa以下，孔隙率不小于40%，该孔隙率是指材料仅有该级孔腔的孔隙率。这种结构的多孔金属材料由于是以材料孔径大小进行分级，且对于不同级的多孔金属材料的弹性模量予以设计，当最小级多孔金属材料的弹性模量为80GPa以下，孔隙率不小于40%时，特别适合作为医用植入材料，当多级孔金属材料中最小级多孔金属材料的孔径为1微米以下，比如对人体而言，最小的细胞—淋巴细胞，其尺寸为6µm，最小级多孔金属材料的孔腔的孔径在1µm以下，小于淋巴细胞尺寸，当该种材料用于植入材料，淋巴细胞粘附在孔腔的腔壁上，腔壁受力时，因其弹性模量80GPa以下小于一般医用金属材料的弹性模量值，使得其腔壁易于变形，并可使淋巴细胞感受到应力带来的变形，可以明显地消除细胞生长的应力屏蔽。

当然，上述多级孔金属材料中最小级多孔金属材料的孔径为1微米以下，最小级多孔金属材料的弹性模量为70GPa以下，其孔隙率不小于44%为佳。

上述多级孔金属材料中最小级多孔金属材料的孔径为1微米以下，最小级多孔金属材料的弹性模量为63GPa以下，其孔隙率不小于47%为更佳。

进一步说，所述材料本体是由以材料孔径大小进行分级的各级孔腔，及围绕形成孔腔的各级腔壁构成；呈三维空间围绕构成上级孔腔的腔壁由下级多孔材料构成，每级孔腔均各自相互贯通且各级孔腔相互间也彼此贯通。这种结构的多孔金属材料用于医用植入材料，它分级的孔径大小满足了生物组织的各种生长需求，保证了组织液、新陈代谢物的顺利、充分传输，组织的顺利生长。

进一步说，所述多级孔金属材料分级级数为三级时，最大级的第一级孔腔的孔径为微米级孔，最小级的第三级孔腔孔径为纳米级孔，中间级的第二级孔腔的孔径介于第一级孔腔与第三级孔腔的孔径之间时，特别适宜作为生物骨组织植入的再生材料。

进一步说，所述多级孔金属材料中，具有比最小级孔腔大一级孔的上级多孔金属材料的弹性模量小于60GPa，孔隙率不小于48%，该孔隙率是指材料仅有该级孔腔的孔隙率。具有比最小级孔腔大一级的孔腔及腔壁构成的上一级多孔材料是指具有单一该级孔腔的多孔材料，它在多级孔材料中仍是一种独立存在的一级多孔材料，其孔腔比所述最小级孔腔尺寸大一级。

上述多级孔金属材料中，具有比最小级孔腔大一级孔的上级多孔金属材料的弹性模量小于45GPa，其孔隙率不小于55%为佳。

上述多级孔金属材料中，具有比最小级孔腔大一级孔的上级多孔金属材料的弹性模量小于32GPa，其孔隙率不小于62%为更佳。

进一步说，所述多级孔金属材料中，具有比最小级孔腔大二级的孔的上级多孔金属材料的弹性模量小于30GPa，孔隙率不小于63%，该孔隙率是指材料仅有该级孔腔的孔隙率。同样地，比最小级多孔金属材料大二级的上二级多孔金属材料也是指具有该种孔腔的多孔金属材料，它在多级孔金属材料中也是一种独立存在的一级多孔金属材料，其孔腔比所述最小级孔腔尺寸大二级。

上述多级孔金属材料中，具有比最小级孔腔大二级的孔的上级多孔金属材料的弹性模量小于18GPa，其孔隙率不小于71%为佳。

上述多级孔金属材料中，具有比最小级孔腔大二级的孔的上级多孔金属材料的弹性模量小于6GPa，其孔隙率不小于83%为更佳。

进一步说，所述材料本体内的每一级的同级多孔金属材料自为一连续结构体，使得每同级多孔金属材料都可以作为一级独立的多孔金属材料存在于本体中来发挥本级孔在具体应用场合中的独特作用。

进一步说，同级多孔金属材料构成的连续结构体的最大外边界与整个所述材料本体最大空间边界相当，使得每同级多孔金属材料都可以作为完整一级独立的多孔金属材料存在于材料本体中来发挥本级孔的独特作用，同级多孔金属材料具有其独自的物化性能比如弹性模量等，可以更好地满足应用场合的多方面的功能需求。

进一步说，所述多级孔金属材料中的每一级的多孔金属材料的孔腔在所述材料本体内是均匀分布填充的，使得该级多孔金属材料与整体的多级孔金属材料性能均匀、稳定。

进一步说，所述多孔金属材料特别适用于医用植入再生材料，即可诱导组织再生，用于对病变或缺损组织进行再生性修复的生物活性替代材料。

进一步说，所述金属为钽、铌、钽铌合金、医用钛及合金、医用不锈钢、医用钴基合金中的一种或多种。

本发明的另一目的是这样实现的：

一种多孔金属材料的制备方法，它包括：

（1）材料准备

将用于制备多孔金属材料的原料粉和用于制备多级孔金属材料的最小级多孔金属材料的孔腔的造孔剂混合，并配制成浆料；

将所述浆料均匀填充入高分子材料支架，形成坯体并干燥、破碎得到含有所述原料粉、所述造孔剂与所述高分子材料支架材料的混合颗粒；

（2）将前述得到的混合颗粒与用于制备比多级孔金属材料的最小级多孔金属材料的孔腔大的上级多孔金属材料的孔腔的造孔剂均匀混合，制成致密坯体；

（3）将致密坯体真空烧结；烧结后的坯体按照多孔金属材料制备用的原料的处理工艺进行常规后续处理得到所述多孔金属材料。

上述致密坯体真空烧结后，两种造孔剂材料挥发，形成两级孔腔，从而制备出级数和孔腔尺寸可控多级孔金属材料，粉碎的高分子材料支架材料挥发，增强了金属材料的贯通性。

进一步，上述多孔金属材料的制备中，在制备致密坯体前，先将混合颗粒与用于制备比多级孔金属材料的最小级多孔金属材料的孔腔大一级的孔腔的造孔剂均匀混合，均匀地灌入高分子材料支架中，该高分子材料支架的孔腔孔径值大于混合颗粒粒径及所述造孔剂粒径中的大值，该高分子材料支架的棱作为比制备多级孔金属材料的最小级孔腔大二级的孔腔的造孔剂。这样，经真空烧结后，就可制备出具有三级孔的多级孔材料，依次类推，可制备出更多级孔的多孔材料。

进一步，上述的多孔金属材料制备方法，孔腔的孔径大于混合颗粒粒径及造孔剂孔径的高分子材料支架的孔腔是三维贯通的，从而制备出三维贯通的多级孔金属材料。

本发明的有益效果：

（1）本发明提供的多级孔结构的多孔金属材料，按照有利于生物组织再生对多级孔按材料孔径大小设计分级的结构，最小级多孔金属材料的孔腔孔径为1微米以下，小于生物细胞尺寸，且最小级多孔金属材料的弹性模量为80GPa以下，孔隙率不小于40%时，粘附在孔腔腔壁上最小的细胞都能感受到变形，受到应力刺激，可以消除细胞生长的应力屏蔽，特别适宜作为医用植入材料。比如对人体而言，最小细胞—淋巴细胞，其尺寸为6µm，如果最小级多孔金属材料的孔径为1µm以下，就能让淋巴细胞生长过程中消除相应的应力屏蔽，感受到应力刺激，促进细胞生长，成为真正的医用再生材料，而不仅仅是作为支撑体的医用植入材料。

（2）本发明提供的多孔金属材料，它的材料本体是由以材料孔径大小进行分级的孔腔，及围绕形成孔腔的腔壁构成，呈三维空间围绕构成上级多孔金属材料的孔腔的腔壁由下级多孔金属材料构成，每级多孔金属材料的孔腔均各自相互贯通且各级多孔材料的孔腔相互间也彼此贯通。这种结构的多孔金属材料保障了材料在整个材料本体空间实现了三维贯通，贯通性好，保证了组织液、新陈代谢物的顺利、充分传输、组织的顺利生长。这种结构的多孔金属材料可以使材料本体的整体弹性模量比原材料自身弹性模量显著降低，相对于单一孔隙的多孔金属材料，其弹性模量也进一步降低；且材料本体内的每一级的同级多孔材料自为一连续结构体，每一级的同级多孔材料的最大外边界与整个材料本体空间边界相当，实现了不同尺度下多孔金属材料具有各自的弹性模量值。当多级孔为三级孔结构，第一级孔腔的孔径为微米级孔，第三级孔腔孔径为纳米级孔，第二级孔腔的孔径介于第一级孔腔与第三级孔腔的孔径之间时，特别适宜作为生物骨组织植入的再生材料：第一级大孔腔使材料整体弹性模量相对密实材料弹性模量显著减小，并用于组织、血管长入；第二级孔腔用于细胞寄居，其弹性模量使得第一级大孔腔中的组织、血管能感受力的作用；第三级孔腔弹性模量使得寄居于第二级孔腔腔壁上的细胞能感知应力而促进细胞分裂，为细胞分裂创造了根本条件，促进细胞分裂生长，因而，它是真正的适宜于医用植入的骨组织再生材料。

（3）本发明提供的多孔金属材料，由于其各级孔腔均匀分布于材料本体内，使其各级多孔材料在材料本体内的性能均匀且稳定。

（4）本发明提供了的多孔金属材料制备方法，能制备出多级孔结构，通过将金属原料粉和用于制备最小级孔腔的造孔剂混合配制成的浆料均匀填充入高分子材料支架，形成坯体并干燥、破碎得到含有原料粉、造孔剂与高分子材料支架材料的混合颗粒，将混合颗粒与用于制备比最小级孔腔大的上级孔腔的造孔剂均匀混合，制成致密坯体，可实现上级孔腔的腔壁由下级多孔材料构成，又能保证材料本体内的每级多孔材料自为一连续结构体，且可以实现每一同级多孔材料的最大外边界与整个材料本体空间边界相当，使其具有其独自的物化性能，并能有效地控制了孔腔大小，孔腔间的贯通性、各级孔材料的弹性模量值，方法简便、易于实现，参数易于调整控制。

附图说明

下面将结合附图与实施例对本发明作进一步阐述。

图1为本发明多孔材料示意图，1-1为主视图，1-2为左视图，1-3为俯视图；

图2为图1局部A放大图；

图3为图2 B-B截面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作说明，实施方式以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不仅限于下述的实施方式。

如图1所示，该图为孔三维贯通的多孔金属材料，其中，1为孔腔，2为孔腔的腔壁。从图2可知，孔腔1的腔壁2由更小的孔腔3（下一级孔）及围绕下一级孔腔3的腔壁4构成，结合图2对腔壁2的放大图、图3 B-B截面图可知，孔腔3是三维贯通的，且两级孔彼此也三维贯通。

进一步类推，可以形成三级以上的多级孔结构的多孔材料。

材料本体内的含孔腔1、孔腔3的每级多孔材料为一连续结构体。

含孔腔1、孔腔3的每一级多孔材料全面占据整个材料本体。

孔腔1、孔腔3各级孔腔在材料本体内均匀分布。

以下详细给出本发明的实施例：

实施例 1 ：

一种多孔金属材料，该材料原料选择金属钽粉，它包括材料本体，其中所述材料本体为多级孔材料，所述多级孔材料是以材料孔径大小进行分级，分级级数为三级，第一级孔腔孔径为400µm-600µm，第二级孔腔孔径为25µm-60µm，第三级孔腔孔径为200nm-500nm。

该种多孔材料的材料本体是由以材料孔径大小进行分级的孔腔，及围绕形成孔腔的腔壁构成，呈三维空间围绕构成上一级多孔材料的孔腔的腔壁由下一级多孔材料构成，每级多孔材料的孔腔均各自相互贯通且各级多孔材料的孔腔相互间也彼此贯通，每级多孔材料自为一连续结构体，每一级多孔材料的最大外边界与整个材料本体空间边界相当，该多级孔材料中的每一级的同级多孔材料的孔腔在所述材料本体内是均匀分布的。

其制备方法是：

（1）材料准备

采用粒径为200nm-500nm的钽粉为原料，粒径为300nm-600nm 的尿素做为最小一级孔造孔剂，用粒径为300nm-600nm的聚苯乙烯作为粘合剂，将钽粉：尿素：聚苯乙烯：蒸馏水按体积比1：2：1：8配制成浆料。

采用孔径为100µm-200µm的聚酯泡沫，将所述浆料用泡沫浸渍法均匀填充其中，形成坯体并干燥，然后破碎得到颗粒为30µm-70µm的含有原料、造孔剂与聚酯泡沫的混合颗粒。

（2）将混合颗粒、粒径为30µm-70µm的乙基纤维素按体积比1：2均匀混合后均匀地灌入棱直径为500µm-700µm、孔径为400µm-600µm的三维贯通的聚酯泡沫中，然后将聚酯泡沫放入密闭模具压制成致密坯体。

（3）将致密坯体真空烧结；烧结后的坯体按照钽材工艺进行常规后续热处理得到级数为三级的多孔钽。

用断面直接观察法测试孔隙率，结果为：第一级孔孔隙率为79%，该孔隙率是指材料仅有第一级孔腔的孔隙率，即计算时不计第二、第三级孔腔（将第二、第三级孔腔视为致密实体）。第三级孔腔孔隙率为64%，该孔隙率是指材料仅有第三级孔腔的孔隙率，即计算时，取仅有第三级孔腔的材料部分进行分析计算，第二级孔孔隙率为71%，该孔隙率是指材料仅有第二级孔腔的孔隙率，即计算时，取仅有第二级、第三级孔腔的材料部分进行计算，但不计第三级孔腔，将其作为致密实体。

用纳米压痕法测量第二级多孔材料、第三级多孔材料的弹性模量，测得具有第二级孔腔的多孔钽的弹性模量为46GP，具有第三级孔腔的多孔钽的弹性模量为71GP。

用常规泡沫浸渍法制备仅具有第一级孔腔的多孔钽，采用Instron力学试验机测试上述多孔钽试样压缩应力-应变曲线，其应力-应变曲线显示的初始变形为弹性变形，取弹性变形部分应力值与相应应变值之比即为弹性模量，测得弹性模量为1.9GPa。

用上述同样测试方法，测得该具有三级孔腔结构的多孔钽整体弹性模量为1.6GPa。

该种级数为三级的多孔钽，可以作为一种骨再生材料。

用本实施例的多孔钽及传统的采用化学气相沉积制得的多孔钽商品（以下简称传统多孔钽）一起进行了动物植入试验，过程及分析如下：

（1）植入材料准备

将本实施例制备的具有三级孔结构的多孔钽制成12mm×12mm×6mm的试样，将传统化学气相沉积多孔钽也制成12mm×12mm×6mm的试样，对植入件试样依次用蒸馏水、丙酮溶液、70%乙醇超声清洗20min再次用蒸馏水超声清洗15min后，高压蒸汽灭菌。

（2）试验动物准备

选择健康家犬9只，雌雄不限,体重10-13 kg。随机分为4周组、8周组、12周组，每组3只。

（3）手术植入材料

麻药选用戊巴比妥，按30mg/Kg体重计算总量，用0.9%的生理盐水将其配制成浓度1%的溶液，由耳缘静脉缓慢静推麻醉，全身麻醉后固定于手术台上，于左股骨内侧切开皮肤、皮下组织，沿肌间隙钝性分离达股骨，切开骨膜，暴露股骨皮质，用钻孔机制备12mm×12mm×6mm的骨缺损，将本实施例制备的多孔钽试样放入1只，用同样方法在右股骨植入传统多孔钽试样1只，缝合骨膜，逐层缝合伤口。术后肌注1.0g头孢唑啉钠，持续3天，10天后拆线（3组家犬共9只均如此），不限制其活动。

用荧光素钠3mg/kg，二甲酚橙90mg/kg，静脉给药，进行荧光素标记。

（4）检测结果分析

在手术后第4, 8, 12周各处死一组家犬，将股骨取出，经80%酒精处理，对植入材料进行脱水，树脂包埋，硬组织切片，每个植入件做两片，其中一个甲苯胺兰或HE染色。

对硬组织切片在荧光显微镜下观察，在荧光显微镜下，二甲酚橙发橙色光，荧光素钠发绿色光。

植入4周时，荧光带主要位于靠近种植体的宿主骨表面，呈线状平行排列，从宿主骨表面向种植体方向依次为橙、绿色荧光。两种植入件区别不明显。

植入8周时，两种植入件中，荧光带已与植入件表面接触，并开始向孔隙内延伸。橙色荧光呈片、块状分布，绿色荧光呈线状分布，向孔隙内突入，本实施例制备的多孔钽在孔隙内突入的荧光多于传统多孔钽的荧光。

植入12周时，植入件孔隙内可见大量橙、绿色荧光，分布无一定规律，荧光带之间相互交错重叠。传统多孔钽荧光素仅在靠近种植体表面的孔隙内沉积，深层孔隙内未见荧光；本实施例制备的多孔钽深层孔隙内亦可见大量荧光素沉积。

对硬组织切片用甲苯胺兰或HE染色观察，在光学显微镜下观察，成骨细胞呈桔黄色，类骨质为紫红色，新矿化骨为蓝色，成熟骨为绿色。

植入4周时，两种植入件与宿主骨间均存在间隙，间隙内可见纤维结缔组织，呈淡桔黄色。骨表面呈紫红色，为尚未分化成熟的类骨质。

植入8周时，两种植入件与宿主骨间间隙减小，新生的骨组织已与种植体表面接触，并且开始向孔隙内生长，在植入件表面及近表面的孔隙内，可见未矿化的类骨质，植入件深部孔隙内则为纤维组织，实施例制备的多孔钽植入件在孔隙内长入的新生骨组织与纤维组织多于传统多孔钽。

植入12周时，两种植入件表面均与骨组织形成骨性结合，并且孔隙内骨组织也分化成熟并且已矿化。传统多孔钽植入件中，骨组织仅长入植入件表层孔隙，植入件深层孔隙内仅见少量类骨质及纤维组织，实施例制备的多孔钽植入件中，植入件深层孔隙亦内可见钙化成熟的骨组织，其间有毛细血管穿行。

进一步在低倍光学显微镜下观察硬组织切片，用图像处理系统测量骨长入深度，结果表明，实施例制备的多孔钽植入件的骨长入深度比传统多孔钽多32%。

试验及结果分析表明，本实施例制备的具有三级孔结构的多孔钽更有利于作为骨修复材料，其整体弹性模量及最小一级弹性模量的值更有利于使骨组织、细胞感受到应力刺激，促进其生长，其第一级大孔腔使材料整体弹性模量相对密实材料弹性模量显著减小，消除了骨组织应力屏蔽，并用于组织、血管长入；第二级孔腔用于细胞寄居，第三级孔腔弹性模量使得寄居于第二级孔腔腔壁上的细胞能感知应力而促进细胞分裂，消除了细胞应力屏蔽，为细胞分裂创造了根本条件，促进细胞分裂生长，因而，它是真正的适宜于医用植入的骨组织修复再生材料。

实施例 2 ：

一种多孔铌材料，它为多级孔材料，以材料孔径大小进行分级，分级级数为三级，第一级孔腔孔径为800µm-1500µm，第二级孔腔孔径为20µm-60µm，第三级孔腔孔径为100nm-350nm。

该种多孔材料的材料本体是由以材料孔径大小进行分级的孔腔，及围绕形成孔腔的腔壁构成，呈三维空间围绕构成上级多孔材料的孔腔的腔壁由下级多孔材料构成，每级多孔材料的孔腔均各自相互贯通且各级多孔材料的孔腔相互间也彼此贯通，每级多孔材料自为一连续结构体，每一级多孔材料的最大外边界与整个材料本体空间边界相当，该多级孔材料中的每一级的同级多孔材料的孔腔在所述材料本体内是均匀分布的。

其制备方法是：

（1）材料准备

采用粒径为100nm-350nm的铌粉为原料，粒径为200nm-450nm的甲基纤维素做为最小级孔造孔剂，用粒径为200nm-450nm的聚苯乙烯作为粘合剂，按照铌粉：甲基纤维素：聚苯乙烯：蒸馏水按体积比1：1.5：1：7.5配制成浆料。

采用孔径为100µm-200µm的聚酯泡沫，将所述浆料用泡沫浸渍法均匀填充其中，形成坯体并干燥，然后破碎得到颗粒为25µm-70µm的含有原料、造孔剂与聚酯泡沫的混合颗粒。

（2）将混合颗粒、粒径为25µm-70µm的乙基纤维素按体积比1：2均匀混合后均匀地灌入棱直径为900µm-1600µm、孔径为400µm-600µm的三维贯通的聚酯泡沫中，然后将聚酯泡沫放入密闭模具压制成致密坯体。

（3）将致密坯体真空烧结；烧结后的坯体按照铌材工艺进行常规后续热处理得到级数为三级的多孔铌。

按照实施例1的测试方法、制备方法测试该种多孔铌第一级孔孔隙率为78%，弹性模量为0.8GPa，第二级孔孔隙率为48%，弹性模量为60 GPa，第三级孔孔隙率为40%，弹性模量为79 GPa，整体弹性模量为0.65GPa。

该种级数为三级的多孔铌，可以作为一种骨再生材料。

实施例 3 ：

一种多孔钛材料，它为多级孔材料，以材料孔径大小进行分级，分级级数为两级；其中小孔孔腔的孔径为250nm-470nm，大孔孔腔孔径为130µm-360µm。

该种多孔材料的材料本体是由以材料孔径大小进行分级的孔腔，及围绕形成孔腔的腔壁构成，呈三维空间围绕构成上级多孔材料的孔腔的腔壁由下级多孔材料构成，每级多孔材料的孔腔均各自相互贯通且各级多孔材料的孔腔相互间也彼此贯通。

其制备方法是：

（1）材料准备

采用250nm-470nm的钛粉和粒径为350nm-570nm的氯化铵作为最小级孔造孔剂，将其均匀混合，并用350nm-570nm的淀粉作为粘合剂，将钛粉：氯化铵：淀粉：蒸馏水按体积比1：1.5：1：8配制成浆料。

将所述浆料用泡沫浸渍法均匀填充入棱直径为200µm-450µm的聚酯泡沫中，形成坯体并干燥，然后破碎得到颗粒为200µm-450µm的含有钛粉、造孔剂与聚酯泡沫的混合颗粒。

（2）将混合颗粒、粒径为200µm-450µm的甲基纤维素按体积比1：3均匀混合放入密闭模具压制成致密坯体。

（3）将致密坯体真空烧结；烧结后的坯体按照钛的常规工艺进行后续处理得到级数为二级的多孔钛。

按照实施例1的测试方法、制备方法测试该种多孔钛第一级孔孔隙率为63%，弹性模量为30GPa，第二级孔孔隙率为40%，弹性模量为80 GPa，整体弹性模量为27GPa。

该种级数为二级的多孔钛，可以作为一种骨植入材料。

实施例 4 ：

一种多孔材料，该材料原料粉选择金属316L不锈钢合金粉，它包括材料本体，其中所述材料本体为多级孔材料，所述多级孔材料是以材料孔径大小进行分级，分级级数为三级，第一级孔腔孔径为200µm-400µm，第二级孔腔孔径为40µm-80µm，第三级孔腔孔径为300nm-600nm。

该种多孔材料的材料本体是由以材料孔径大小进行分级的孔腔，及围绕形成孔腔的腔壁构成，呈三维空间围绕构成上级多孔材料的孔腔的腔壁由下级多孔材料构成，每级多孔材料的孔腔均各自相互贯通且各级多孔材料的孔腔相互间也彼此贯通，每级多孔材料自为一连续结构体，该多级孔材料中的每一级的同级多孔材料的孔腔在所述材料本体内是均匀分布的。

其制备方法是：

（1）材料准备

采用粒径为300nm-600nm的316L不锈钢粉为原料，粒径为400nm-700nm 的淀粉做为最小级孔造孔剂，用粒径为400nm-700nm 的硬脂酸作为粘合剂，将316L不锈钢粉：淀粉：硬脂酸：蒸馏水按体积比1：2：1：9配制成浆料。

采用孔径为400µm-700µm的聚酯泡沫，将所述浆料用泡沫浸渍法均匀填充其中，形成坯体并干燥，然后破碎得到颗粒为50µm-90µm的含有原料、造孔剂与聚酯泡沫的混合颗粒。

（2）将混合颗粒、粒径为50µm-90µm的硫酸铵按体积比1：2均匀混合后均匀地灌入棱直径为300µm-500µm、孔径为300µm-500µm的三维贯通的聚酯泡沫中，然后将聚酯泡沫放入密闭模具压制成致密坯体。

（3）将致密坯体真空烧结；烧结后的坯体按照316L不锈钢材料工艺进行常规后续热处理得到级数为三级的多孔316L不锈钢。

按照实施例1的测试方法、制备方法测试该种多孔316L不锈钢第一级孔孔隙率为79%，弹性模量为26GPa，第二级孔孔隙率为70%，弹性模量为54GPa，第三级孔孔隙率为65%，弹性模量为75 GPa，整体弹性模量为21 GPa。

该种级数为三级的多孔316L不锈钢，可以作为一种骨再生材料。

实施例 5 ：

一种多孔材料，该材料原料选择金属CoNiCrMo合金（F562），它包括材料本体，其中所述材料本体为多级孔材料，所述多级孔材料是以材料孔径大小进行分级，分级级数为三级，第一级孔腔孔径为350µm-560µm，第二级孔腔孔径为15µm-50µm，第三级孔腔孔径为1nm-45nm。

该种多孔材料的材料本体是由以材料孔径大小进行分级的孔腔，及围绕形成孔腔的腔壁构成，呈三维空间围绕构成上级多孔材料的孔腔的腔壁由下级多孔材料构成，每级多孔材料的孔腔均各自相互贯通且各级多孔材料的孔腔相互间也彼此贯通，每级多孔材料自为一连续结构体，每一级多孔材料的最大外边界与整个材料本体空间边界相当，该多级孔材料中的每一级的同级多孔材料的孔腔在所述材料本体内是均匀分布的。

其制备方法是：

（1）材料准备

采用粒径为10nm-40nm的CoNiCrMo合金粉为原料，粒径为10nm-60nm 的尿素做为最小一级孔造孔剂，用粒径为10nm-60nm的聚苯乙烯作为粘合剂，将CoNiCrMo合金粉：尿素：聚苯乙烯：蒸馏水按体积比1：1.5：1：8配制成浆料。

采用孔径为350µm-700µm的聚酯泡沫，将所述浆料用泡沫浸渍法均匀填充其中，形成坯体并干燥，然后破碎得到颗粒为20µm-60µm的含有原料、造孔剂与聚酯泡沫的混合颗粒。

（2）将混合颗粒、粒径为20µm-60µm的乙基纤维素按体积比1：2均匀混合后均匀地灌入棱直径为450µm-650µm、孔径为200µm-400µm的三维贯通的聚酯泡沫中，然后将聚酯泡沫放入密闭模具压制成致密坯体。

（3）将致密坯体真空烧结；烧结后的坯体按照CoNiCrMo合金工艺进行常规后续热处理得到级数为三级的多孔CoNiCrMo合金。

按照实施例1的测试方法、制备方法测试该种多孔CoNiCrMo合金第一级孔孔隙率为78%，弹性模量为30GPa，第二级孔孔隙率为69%，弹性模量为60 GPa，第三级孔孔隙率为64%，弹性模量为80GPa，整体弹性模量为25 GPa。

该种级数为三级的多孔CoNiCrMo合金，可以作为一种骨再生材料。

Claims (13)

1.一种多孔金属材料，包括材料本体，其特征在于：所述材料本体为多级孔金属材料，所述多级孔金属材料是以材料孔径大小进行分级，分级级数至少两级以上；所述多级孔金属材料中最小级多孔金属材料的孔径为1微米以下，最小级多孔金属材料的弹性模量为80GPa以下，孔隙率不小于40%。

2.如权利要求1所述的多孔金属材料，其特征在于：所述材料本体是由以材料孔径大小进行分级的各级孔腔，及围绕形成孔腔的各级腔壁构成；呈三维空间围绕构成上级孔腔的腔壁由下级多孔金属材料构成，每级孔腔均各自相互贯通且各级孔腔相互间也彼此贯通。

3.如权利要求1或2所述的多孔金属材料，其特征在于：所述多级孔金属材料分级级数为三级时，第一级孔腔的孔径为微米级孔，第三级孔腔孔径为纳米级孔，第二级孔腔的孔径介于第一级孔腔与第三级孔腔的孔径之间。

4.如权利要求1-3任一权利要求所述的多孔金属材料，其特征在于：所述多级孔金属材料中，具有比最小级孔腔大一级孔的上级多孔金属材料的弹性模量小于60GPa，孔隙率不小于48%。

5.如权利要求1-4任一权利要求所述的多孔金属材料，其特征在于：所述多级孔金属材料中，具有比最小级孔腔大二级的孔的上级多孔金属材料的弹性模量小于30GPa，孔隙率不小于63%。

6.如权利要求1-5任一权利要求所述的多孔金属材料，其特征在于：所述材料本体内的每一级的同级多孔金属材料自为一连续结构体。

7.如权利要求6所述的多孔金属材料，其特征在于：同级多孔金属材料构成的连续结构体的最大外边界与整个所述材料本体最大空间边界相当。

8.如权利要求1-7任一权利要求所述的多孔金属材料，其特征在于：所述多级孔金属材料中的每一级的同级多孔金属材料的孔腔在所述材料本体内是均匀分布的。

9.如权利要求1-8任一权利要求所述的多孔金属材料，其特征在于：所述多孔金属材料用于医用植入再生材料。

10.如权利要求9所述的多孔金属材料，其特征在于：所述金属为钽、铌、钽铌合金、医用钛及合金、医用不锈钢、医用钴基合金中的一种或多种。

11.一种多孔金属材料的制备方法，其特征在于：它采用以下步骤制得，

（1）材料准备

将用于制备多孔金属材料的原料粉和用于制备多级孔金属材料的最小级多孔金属材料的孔腔的造孔剂混合，并配制成浆料；

将所述浆料均匀填充入高分子材料支架，形成坯体并干燥、破碎得到含有所述原料粉、所述造孔剂与所述高分子材料支架材料的混合颗粒；

（2）将前述得到的混合颗粒与用于制备比多级孔金属材料的最小级多孔金属材料的孔腔大的上级多孔金属材料的孔腔的造孔剂均匀混合，制成致密坯体；

（3）将致密坯体真空烧结；烧结后的坯体按照多孔金属材料制备用的原料的处理工艺进行常规后续处理得到所述多孔金属材料。

12.如权利要求11所述的多孔金属材料的制备方法，其特征在于：在制备致密坯体前，先将混合颗粒与用于制备比多级孔金属材料的最小级多孔金属材料的孔腔大一级的孔腔的造孔剂均匀混合，均匀地灌入高分子材料支架中，该高分子材料支架的孔腔孔径值大于混合颗粒粒径及所述造孔剂粒径中的大值，该高分子材料支架的棱作为比制备多级孔金属材料的最小级孔腔大二级的孔腔的造孔剂。

13.如权利要求11或12所述的多孔金属材料的制备方法，其特征在于：所述高分子材料支架的孔腔是三维贯通的。