CN111286691A - 一种利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法,利用悬浮液等离子喷涂法在钛或钛合金基体表面制备硅酸钙/氟代羟基磷灰石连续梯度生物涂层。利用硅酸钙涂层与钛基体间的高结合强度以及氟代羟基磷灰石的较低溶解性,通过调整两种悬浮液的送液速率,渐变改变混合液的固相成分,采用悬浮液等离子喷涂技术在钛或钛合金基体表面制备连续梯度涂层,即涂层的底部为硅酸钙,涂层的顶部为氟代羟基磷灰石,顶部与底部之间实现梯度成分过渡,这种梯度设计可极大降低涂层的内应力,减少界面处的敏感性。硅酸钙/氟代羟基磷灰石梯度涂层与钛基体的结合力明显提高,溶解速率明显降低,且涂层表现出了良好的生物活性和抗菌活性。
Description
技术领域
本发明涉及生物涂层技术领域。具体地说是一种利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法。
背景技术
利用等离子喷涂技术在钛基体表面制备羟基磷灰石生物涂层在临床上已获得应用。但所面临的问题是羟基磷灰石涂层与钛基体的热膨胀系数差别较大,涂层内部存在较高的残余应力,导致涂层与基体的结合强度不高;羟基磷灰石喷涂过程中产生的非晶相在生理环境下发生溶解,使得涂层稳定性相对较差,影响植入体的长效稳定性。因此提高涂层的结合强度,降低涂层溶解速率已成为生物涂层研究的重要内容。
硅酸钙凭借良好的生物活性与生物相容性已得到了广泛的关注。通过等离子喷涂技术在钛合金表面制备的硅酸钙涂层具有优异的结合强度(30-40MPa),高于羟基磷灰石与钛基体的结合强度(10-20MPa)。但该涂层在生理环境下降解过快,常需要引入降解速率较低的第二相形成结构相对稳定的硅酸盐化合物。
发明内容
为此,本发明所要解决的技术问题在于提供利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法,可逐渐改变混合液的固相成分,实现无级梯度渐变的硅酸钙/氟代羟基磷灰石生物涂层,从而提高涂层与钛或钛合金基体的结合力和降低涂层溶解速率。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:
一种利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法,利用悬浮液等离子喷涂法在钛或钛合金基体表面制备硅酸钙/氟代羟基磷灰石连续梯度生物涂层。
上述利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法,包括如下步骤:
(1)氟代羟基磷灰石悬浮液制备;
(2)硅酸钙悬浮液制备;
(3)钛或钛合金基体表面处理;
(4)悬浮液等离子喷涂连续梯度生物涂层。
上述利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法,在步骤(1)中:
(1-1)以硝酸钙、磷酸氢二铵和氟化铵为原料,按照物质的量之比为Ca:P:F=16.7:10:1,进行反应原料水溶液的配制;
(1-2)反应温度为60℃,pH值为9-10;
(1-3)反应结束后,将获得的粉体陈化,水洗,得到氟代羟基磷灰石;
(1-4)将氟代羟基磷灰石分散于水中得到氟代羟基磷灰石水性分散液;向氟代羟基磷灰石水性分散液中加入聚丙烯酸铵作为分散剂,氟代羟基磷灰石水性分散液中氟代羟基磷灰石的质量分数为10-30wt%,聚丙烯酸铵的加入量为氟代羟基磷灰石质量的1-5wt%;
(1-5)将制备好的氟代羟基磷灰石悬浮液球磨2-4h或者向制备好的氟代羟基磷灰石悬浮液中加入聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚和羟丙基二淀粉磷酸酯后球磨2-4h;聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚的加入量为氟代羟基磷灰石质量的1-2wt%,羟丙基二淀粉磷酸酯的加入量为氟代羟基磷灰石质量的0.5-2wt%。
上述利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法,在步骤(2)中,
(2-1)以硝酸钙和硅酸钠为原料,按照物质的量之比为Ca:Si=1:1,进行反应原料水溶液的配制;
(2-2)反应温度为50℃,pH值为12;
(2-3)反应结束后,将获得的粉体陈化,水洗,即得硅酸钙;
(2-4)将硅酸钙分散于水中得到硅酸钙水性分散液;向硅酸钙水性分散液中加入聚丙烯酸铵作为分散剂;硅酸钙水性分散液中硅酸钙的质量分数为10-30wt%,聚丙烯酸铵的加入量为硅酸钙质量的1-5wt%;
(2-5)将制备好的硅酸钙悬浮液球磨2-4h或向制备好的硅酸钙悬浮液中加入聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚和藻酸丙二醇酯后球磨2-4h;聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚的加入量为硅酸钙质量的1-2wt%,藻酸丙二醇酯的加入量为硅酸钙质量的3-5wt%。
上述利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法,在步骤(3)中,待喷涂的钛或钛合金基体表面,先采用酒精超声清洗,超声时间为10min,再进行喷砂粗化处理,喷砂为16#金刚砂,喷砂机的喷砂角度为90°,喷砂压力为0.7MPa。
上述利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法,在步骤(4)中,硅酸钙悬浮液和氟代羟基磷灰石悬浮液分别通过蠕动泵(3)泵送至雾化器(4)内,同时气体压缩罐(5)内的工作气体将雾化器(4)的悬浮液喷出,并通过等离子体喷枪(6)喷出的等离子体焰流(7),将悬浮液喷涂在钛或钛合金基体(8)上,形成悬浮液等离子喷涂连续梯度生物涂层(9)。
上述利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法,等离子体喷枪(6)的喷涂功率为38-45kW,喷涂距离为35-45mm;雾化器(4)的雾化压力为0.8-1.6MPa,钛或钛合金基体(8)的温度为250-300℃;工作气体为氩气和氢气,氩气的气流量为40标准升/分钟,氢气的气流量7标准升/分钟。
上述利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法,通过调整蠕动泵(3),使得氟代羟基磷灰石和硅酸钙悬浮液的送液速率之和为40mL/min。
上述利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法,氟代羟基磷灰石悬浮液的送液速率由0mL/min升高到40mL/min,硅酸钙悬浮液的送液速率由40mL/min降低到0mL/min。
上述利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法,自基体依次向外:
第1层喷涂时间为50s-160s:氟代羟基磷灰石悬浮液的送液速率为0mL/min,硅酸钙悬浮液的送液速率为40mL/min;
第2层喷涂时间为50s-120s:氟代羟基磷灰石悬浮液的送液速率为12mL/min,硅酸钙悬浮液的送液速率为28mL/min;
第3层喷涂时间为50s-120s:氟代羟基磷灰石悬浮液的送液速率为20mL/min,硅酸钙悬浮液的送液速率为20mL/min;
第4层喷涂时间为50s-120s:氟代羟基磷灰石悬浮液的送液速率为28mL/min,硅酸钙悬浮液的送液速率为12mL/min;
第5层喷涂时间为50s-160s:氟代羟基磷灰石悬浮液的送液速率为40mL/min,硅酸钙悬浮液的送液速率为0mL/min。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果:
氟代羟基磷灰石是磷灰石异质同晶体中的一种,F离子部分取代羟基磷灰石中的OH离子引起羟基磷灰石晶胞体积收缩,同时由于氟的电负性较大,使得OH-F-OH键能增强,增加了羟基磷灰石的结构稳定性,降低了溶解速率。
结合硅酸钙和氟代羟基磷灰石的特性,制备硅酸钙/氟代羟基磷灰石复合涂层可以弥补单一涂层材料的不足。利用硅酸钙涂层与钛基体间的高结合强度以及氟代羟基磷灰石的较低溶解性,通过调整两种悬浮液的送液速率,渐变改变混合液的固相成分,采用悬浮液等离子喷涂技术在钛或钛合金基体表面制备连续梯度涂层,即涂层的底部为硅酸钙,涂层的顶部为氟代羟基磷灰石,顶部与底部之间实现梯度成分过渡,这种梯度设计可极大降低涂层的内应力,减少界面处的敏感性。
本发明中采用悬浮液等离子喷涂技术制备梯度涂层,工艺简单,通过调整两种悬浮液的送液速率,渐变改变混合液的固相成分,可实现无级梯度渐变的硅酸钙/氟代羟基磷灰石生物涂层。
与羟基磷灰石涂层相比,硅酸钙/氟代羟基磷灰石梯度涂层与钛或钛合金基体的结合力明显提高,溶解速率明显降低,且涂层表现出了良好的生物活性和抗菌活性;另外,本发明的制备工艺简单,适合规模化生产。
附图说明
图1本发明悬浮液等离子喷涂制备生物涂层的示意图;
图2硅酸钙/氟代羟基磷灰石梯度涂层截面的电镜扫描照片(a)和能量色散面扫谱图(b);
图3硅酸钙/氟代羟基磷灰石梯度涂层截面的能量色散线扫谱图;
图4硅酸钙/氟代羟基磷灰石梯度涂层(a)和羟基磷灰石涂层(b)在磷酸盐缓冲液中的溶解度曲线;
图5成骨细胞在硅酸钙/氟代羟基磷灰石梯度涂层(a)和羟基磷灰石涂层(b)上的形貌图;
图6金黄色葡萄球菌在硅酸钙/氟代羟基磷灰石梯度涂层(a)和羟基磷灰石涂层(b)上的形貌图。
图中附图标记表示为:1-硅酸钙悬浮液;2-氟代羟基磷灰石悬浮液;3-蠕动泵;4-雾化器;5-气体压缩罐;6-等离子体喷枪;7-等离子体焰流;8-钛或钛合金基体;9-悬浮液等离子喷涂连续生物涂层。
具体实施方式
一、利用悬浮液等离子喷涂法在钛或钛合金基体表面制备硅酸钙/氟代羟基磷灰石连续梯度生物涂层。
1、氟代羟基磷灰石悬浮液制备:
(1-1)以硝酸钙、磷酸氢二铵和氟化铵为原料,按照物质的量之比为Ca:P:F=16.7:10:1,进行反应原料水溶液的配制。
(1-2)将反应温度控制在60℃,pH保持9-10之间。
(1-3)反应结束后,将获得的粉体陈化,水洗,即得氟代羟基磷灰石。
(1-4)将氟代羟基磷灰石分散于水中得到氟代羟基磷灰石水性分散液;为了得到分散均匀的悬浮液,向氟代羟基磷灰石水性分散液中加入聚丙烯酸铵作为分散剂,氟代羟基磷灰石水性分散液中氟代羟基磷灰石的质量分数为15wt%,聚丙烯酸铵的加入量为氟代羟基磷灰石质量的1wt%。
(1-5)将制备好的氟代羟基磷灰石悬浮液球磨2h,所得悬浮液粘度为1.71cP。
2、硅酸钙悬浮液制备:
(2-1)以硝酸钙、硅酸钠为原料,按照物质的量之比为Ca:Si=1:1,进行反应原料水溶液的配制。
(2-1)将反应温度控制在50℃,pH=12。
(2-3)反应结束后,将获得的粉体陈化,水洗,即得硅酸钙。
(2-4)将硅酸钙分散于水中得到硅酸钙水性分散液;为了得到分散均匀的悬浮液,向硅酸钙水性分散液中加入聚丙烯酸铵作为分散剂;硅酸钙水性分散液中硅酸钙的质量分数为15wt%,聚丙烯酸铵的加入量为硅酸钙质量的1wt%。
(2-5)将制备好的硅酸钙悬浮液球磨2h,所得悬浮液粘度为1.25cP。
3、钛基体表面处理:先采用酒精超声清洗,超声时间为10min,再进行喷砂粗化处理,喷砂为16#金刚砂,喷砂机的喷砂角度为90°,喷砂压力为0.7MPa。
4、如图1所示,硅酸钙悬浮液和氟代羟基磷灰石悬浮液分别通过蠕动泵3泵送至雾化器4内,同时气体压缩罐5内的工作气体将雾化器4的悬浮液喷出,并通过等离子体喷枪6喷出的等离子体焰流7,将悬浮液喷涂在钛或钛合金基体8上,形成悬浮液等离子喷涂连续梯度生物涂层9。
所述悬浮液等离子喷涂工艺参数如下:喷涂功率为42kW,工作气体为氩气和氢气,Ar气流量为40标准升/分钟,H2气流量为7标准升/分钟,喷涂距离为38mm,雾化压力为1.2bar(0.12MPa),钛基体温度为275℃。
通过调整蠕动泵3,使得氟代羟基磷灰石和硅酸钙悬浮液的送液速率之和为40mL/min,氟代羟基磷灰石悬浮液的送液速率由0mL/min逐渐升高到40mL/min,硅酸钙悬浮液的送液速率由40mL/min逐渐降低到0mL/min。
氟代羟基磷灰石和硅酸钙悬浮液的送液速率如表1,两者之和保持为40mL/min。
表1氟代羟基磷灰石悬浮液和硅酸钙悬浮液送液速率值
由表1可知:在连续梯度生物涂层制备过程中,氟代羟基磷灰石悬浮液和硅酸钙悬浮液的配比不断发生变化,虽然制备的氟代羟基磷灰石悬浮液和硅酸钙悬浮液均比较均匀、稳定,但是二者混合的时候随着配比的变化会降低悬浮液的分散稳定性,易发生氟代羟基磷灰石-氟代羟基磷灰石之间的同相凝聚、硅酸钙-硅酸钙之间的同相凝聚以及氟代羟基磷灰石与硅酸钙之间的异相凝聚,形成团粒或絮凝物,从而导致涂层成分不能达到预期设定的目标,并且在批量制备的过程中发生喷嘴堵塞的频率很高且悬浮液混合管路内壁附着的团粒或絮凝物会导致向喷嘴供给悬浮液的量误差较大。
为了改善这种状况,向制备好的氟代羟基磷灰石悬浮液中加入聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚和羟丙基二淀粉磷酸酯后再球磨2-4h;聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚的加入量为氟代羟基磷灰石质量的1.5wt%,羟丙基二淀粉磷酸酯的加入量为氟代羟基磷灰石质量的1wt%;并且向制备好的硅酸钙悬浮液中加入聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚和藻酸丙二醇酯后球磨2-4h;聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚的加入量为硅酸钙加入量的2wt%,藻酸丙二醇酯的加入量为硅酸钙质量的3wt%。羟丙基二淀粉磷酸酯和藻酸丙二醇酯起到氟代羟基磷灰石颗粒表面改性和硅酸钙颗粒表面改性的作用,羟丙基二淀粉磷酸酯还有助于提高氟代羟基磷灰石悬浮液在温度或酸碱发生变化的时候保持稳定,聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚具有一定的亲水性和亲脂性,其分别与羟丙基二淀粉磷酸酯和藻酸丙二醇酯形成胶束后产生静电稳定和空间位阻的协同作用,使得氟代羟基磷灰石悬浮液和硅酸钙悬浮液的分散稳定更好,从而使得两种悬浮液在混合的时候即使配比发生变化,也不会影响混合悬浮液的稳定性,极大地减少了同相凝聚或异相凝聚的发生,在批量制备连续梯度生物涂层的过程中两种悬浮液混合不会产生团粒或絮凝物,确保涂层成分符合设计标准,连续工作状态下,使得喷嘴的清洗或更换频率降低90%以上,并且悬浮液混合管路向喷嘴供给悬浮液的变化幅度低于0.5%。
二、硅酸钙/氟代羟基磷灰石连续梯度生物涂层的表征及性能
1、连续梯度生物涂层的微观结构分析
图2中(a)为所制备的硅酸钙/氟代羟基磷灰石梯度涂层截面的电镜扫描照片,图2中(b)为能量色散面扫谱图,涂层中存在着Ca、P、Si、F等元素。
由于本实施例为连续梯度生物涂层,因此采用涂层截面的能量色散线扫谱图研究涂层中各元素的分布情况。如图3所示,从涂层底部到顶部,Si元素含量逐渐降低,P元素含量逐渐升高,表明实现了梯度成分的过渡,这种梯度设计可极大降低涂层的内应力,减少界面处的敏感性。
2、涂层结合强度研究
涂层的结合强度测试在万能试验机上进行,采用对偶试样拉伸法(GB8642-88热喷涂层抗拉强度测量标准);本实施例所制备的硅酸钙/氟代羟基磷灰石连续梯度生物涂层与钛基体的结合力36MPa,明显高于现有羟基磷灰石涂层与钛基体的结合力16MPa。而直接在钛基体表面上喷涂硅酸钙/氟代羟基磷灰石的结合力仅为20-25MPa。
3、钙离子释放
通过将连续梯度生物涂层样品浸泡在磷酸盐缓冲液中,分析样品中Ca2+的溶解行为,评估连续梯度生物涂层样品的相对稳定性。如图4所示,硅酸钙/氟代羟基磷灰石连续梯度涂层(a)和羟基磷灰石涂层(b)在磷酸盐缓冲液中的溶解度曲线,在相同的浸泡时间内,浸泡羟基磷灰石涂层的磷酸缓冲溶液中Ca2+浓度明显高于浸泡硅酸钙/氟代羟基磷灰石梯度涂层的磷酸缓冲溶液中Ca2+浓度,表明硅酸钙/氟代羟基磷灰石连续梯度涂层的溶解速率低于羟基磷灰石涂层。
4、体外生物活性的研究
生物活性和生物相容性:成骨细胞在本实施例所制备的硅酸钙/氟代羟基磷灰石连续梯度涂层样品上。利用SEM观察表面沉积物的显微形貌,如图5所示,细胞在两涂层表面展示了相似的粘附状态和铺展行为,表明硅酸钙/氟代羟基磷灰石连续梯度涂层样品和羟基磷灰石涂层具有相近的生物活性和生物相容性。
抗菌性能:金黄色葡萄球菌在本实施例所制备的硅酸钙/氟代羟基磷灰石连续梯度涂层样品上。利用SEM观察表面沉积物的显微形貌,如图6所示,在羟基磷灰石涂层上金黄色葡萄球菌的形貌保持完好(b),而在硅酸钙/氟代羟基磷灰石梯度涂层上部分金黄色葡萄球菌的形貌遭到破坏(a),因菌体内组分泄露导致其死亡,表明硅酸钙/氟代羟基磷灰石连续梯度涂层具有一定的抗菌活性,优于硅酸钙/氟代羟基磷灰石复合涂层。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法,其特征在于,利用悬浮液等离子喷涂法在钛或钛合金基体表面制备硅酸钙/氟代羟基磷灰石连续梯度生物涂层。
2.根据权利要求1所述的利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)氟代羟基磷灰石悬浮液制备;
(2)硅酸钙悬浮液制备;
(3)钛或钛合金基体表面处理;
(4)悬浮液等离子喷涂连续梯度生物涂层。
3.根据权利要求1所述的利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法,其特征在于,在步骤(1)中:
(1-1)以硝酸钙、磷酸氢二铵和氟化铵为原料,按照物质的量之比为Ca:P:F=16.7:10:1,进行反应原料水溶液的配制;
(1-2)反应温度为60℃,pH值为9-10;
(1-3)反应结束后,将获得的粉体陈化,水洗,得到氟代羟基磷灰石;
(1-4)将氟代羟基磷灰石分散于水中得到氟代羟基磷灰石水性分散液;向氟代羟基磷灰石水性分散液中加入聚丙烯酸铵作为分散剂,氟代羟基磷灰石水性分散液中氟代羟基磷灰石的质量分数为10-30wt%,聚丙烯酸铵的加入量为氟代羟基磷灰石质量的1-5wt%;
(1-5)将制备好的氟代羟基磷灰石悬浮液球磨2-4h或者向制备好的氟代羟基磷灰石悬浮液中加入聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚和羟丙基二淀粉磷酸酯后球磨2-4h;聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚的加入量为氟代羟基磷灰石质量的1-2wt%,羟丙基二淀粉磷酸酯的加入量为氟代羟基磷灰石质量的0.5-2wt%。
4.根据权利要求2所述的利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法,其特征在于,在步骤(2)中,
(2-1)以硝酸钙和硅酸钠为原料,按照物质的量之比为Ca:Si=1:1,进行反应原料水溶液的配制;
(2-2)反应温度为50℃,pH值为12;
(2-3)反应结束后,将获得的粉体陈化,水洗,即得硅酸钙;
(2-4)将硅酸钙分散于水中得到硅酸钙水性分散液;向硅酸钙水性分散液中加入聚丙烯酸铵作为分散剂;硅酸钙水性分散液中硅酸钙的质量分数为10-30wt%,聚丙烯酸铵的加入量为硅酸钙质量的1-5wt%;
(2-5)将制备好的硅酸钙悬浮液球磨2-4h或向制备好的硅酸钙悬浮液中加入聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚和藻酸丙二醇酯后球磨2-4h;聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚的加入量为硅酸钙质量的1-2wt%,藻酸丙二醇酯的加入量为硅酸钙质量的3-5wt%。
5.根据权利要求2所述的利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法,其特征在于,在步骤(3)中,待喷涂的钛或钛合金基体表面,先采用酒精超声清洗,超声时间为10min,再进行喷砂粗化处理,喷砂为16#金刚砂,喷砂机的喷砂角度为90°,喷砂压力为0.7MPa。
6.根据权利要求2所述的利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法,其特征在于,在步骤(4)中,硅酸钙悬浮液和氟代羟基磷灰石悬浮液分别通过蠕动泵(3)泵送至雾化器(4)内,同时气体压缩罐(5)内的工作气体将雾化器(4)的悬浮液喷出,并通过等离子体喷枪(6)喷出的等离子体焰流(7),将悬浮液喷涂在钛或钛合金基体(8)上,形成悬浮液等离子喷涂连续梯度生物涂层(9)。
7.根据权利要求6所述的利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法,其特征在于,等离子体喷枪(6)的喷涂功率为38-45kW,喷涂距离为35-45mm;雾化器(4)的雾化压力为0.8-1.6MPa,钛或钛合金基体(8)的温度为250-300℃;工作气体为氩气和氢气,氩气的气流量为40标准升/分钟,氢气的气流量7标准升/分钟。
8.根据权利要求6所述的利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法,其特征在于,通过调整蠕动泵(3),使得氟代羟基磷灰石和硅酸钙悬浮液的送液速率之和为40mL/min。
9.根据权利要求8所述的利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法,其特征在于,氟代羟基磷灰石悬浮液的送液速率由0mL/min升高到40mL/min,硅酸钙悬浮液的送液速率由40mL/min降低到0mL/min。
10.根据权利要求9所述的利用悬浮液等离子喷涂制备连续梯度生物涂层的方法,其特征在于,自基体依次向外:
第1层喷涂时间为50s-160s:氟代羟基磷灰石悬浮液的送液速率为0mL/min,硅酸钙悬浮液的送液速率为40mL/min;
第2层喷涂时间为50s-120s:氟代羟基磷灰石悬浮液的送液速率为12mL/min,硅酸钙悬浮液的送液速率为28mL/min;
第3层喷涂时间为50s-120s:氟代羟基磷灰石悬浮液的送液速率为20mL/min,硅酸钙悬浮液的送液速率为20mL/min;
第4层喷涂时间为50s-120s:氟代羟基磷灰石悬浮液的送液速率为28mL/min,硅酸钙悬浮液的送液速率为12mL/min;
第5层喷涂时间为50s-160s:氟代羟基磷灰石悬浮液的送液速率为40mL/min,硅酸钙悬浮液的送液速率为0mL/min。
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Cited By (2)
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CN112851330A (zh) * | 2021-01-23 | 2021-05-28 | 西安交通大学 | 一种液相法喷涂工艺制备晶须增韧复合涂层的方法 |
CN114873877A (zh) * | 2022-04-10 | 2022-08-09 | 同济大学 | 一种表征污泥胞外聚合物中有机质结合强度的方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1364743A (zh) * | 2002-02-09 | 2002-08-21 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 生物活性硅灰石陶瓷的制备方法 |
KR101398884B1 (ko) * | 2013-12-31 | 2014-05-27 | 한국세라믹기술원 | 경사 기능성 코팅층 형성에 적합한 서스펜션 플라즈마 용사 장치용 서스펜션 공급기 |
CN106693052A (zh) * | 2016-11-21 | 2017-05-24 | 广州医科大学附属口腔医院 | 一种纳米硅酸二钙/羟基磷灰石梯度钛种植体涂层及其制备方法和应用 |
-
2020
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1364743A (zh) * | 2002-02-09 | 2002-08-21 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 生物活性硅灰石陶瓷的制备方法 |
KR101398884B1 (ko) * | 2013-12-31 | 2014-05-27 | 한국세라믹기술원 | 경사 기능성 코팅층 형성에 적합한 서스펜션 플라즈마 용사 장치용 서스펜션 공급기 |
CN106693052A (zh) * | 2016-11-21 | 2017-05-24 | 广州医科大学附属口腔医院 | 一种纳米硅酸二钙/羟基磷灰石梯度钛种植体涂层及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
XUE YIN 等: ""Solubility, Mechanical and Biological Properties of Fluoridated Hydroxyapatite/Calcium Silicate Gradient Coatings for Orthopedic and Dental Applications"", 《J THERM SPRAY TECH》 * |
时丽: "悬浮液等离子粒子制备氟代磷灰石生物涂层", 《中国硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112851330A (zh) * | 2021-01-23 | 2021-05-28 | 西安交通大学 | 一种液相法喷涂工艺制备晶须增韧复合涂层的方法 |
CN112851330B (zh) * | 2021-01-23 | 2022-03-08 | 西安交通大学 | 一种液相法喷涂工艺制备晶须增韧复合涂层的方法 |
CN114873877A (zh) * | 2022-04-10 | 2022-08-09 | 同济大学 | 一种表征污泥胞外聚合物中有机质结合强度的方法 |
CN114873877B (zh) * | 2022-04-10 | 2023-07-04 | 同济大学 | 一种表征污泥胞外聚合物中有机质结合强度的方法 |
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