專利名稱：一種生物陶瓷涂層材料的制備方法
專利說明一種生物陶瓷涂層材料的制備方法 本發(fā)明涉及一種生物陶瓷涂層材料的制備方法。Ti合金是一種承受載荷的硬組織修復(fù)與替換材料。由于Ti合金是生物惰性材料，植入體內(nèi)后，金屬-骨界面不能穩(wěn)定結(jié)合，這是造成植入體脫落的主要原因。同時(shí)，由于長(zhǎng)期與人體液接觸，易發(fā)生腐蝕、磨損和疲勞等問題。通過對(duì)Ti合金表面改性，制備一層生物陶瓷涂層，可以較好地解決上述問題。表面改性的方法主要有等離子噴涂和激光熔覆法。等離子噴涂是目前最廣泛并已臨床應(yīng)用的鈦及其合金表面涂層的方法，此法制備的生物陶瓷涂層具有較高的界面結(jié)合強(qiáng)度，約為30MPa，但在噴涂過程中高溫使涂層結(jié)晶度降低，并出現(xiàn)雜質(zhì)相，同時(shí)冷卻時(shí)基體與涂層內(nèi)部會(huì)存在較高的殘余應(yīng)力，產(chǎn)生裂紋，植入體內(nèi)后涂層易脫落、溶解；激光熔覆法能獲得含HA等鈣磷基復(fù)合相結(jié)構(gòu)，涂層與基體界面為冶金結(jié)合，強(qiáng)度較高，但不適用表面復(fù)雜的基體。為了解決上述問題，在Ti合金基體表面制備厚度均勻的生物陶瓷涂層，特提出本發(fā)明為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括純Ti片的預(yù)處理、純Ti片與反應(yīng)溶液的燃燒反應(yīng)及水熱處理，具體技術(shù)參數(shù)如下將純Ti片放入強(qiáng)堿性溶液中在60～80℃處理24h以上，生成Ti-OH集團(tuán)，使其在隨后的過程中生成一薄且致密的活性TiO過渡層；干燥；將預(yù)處理的Ti片連同燃燒反應(yīng)溶液快速升溫至600～1100℃，升溫速度50～150℃/min，保溫10～30min后，冷卻至室溫；加入強(qiáng)堿性溶液，pH值為10～13，升溫至100～300℃，保溫2～15h，生成純羥基磷灰石生物陶瓷涂層材料。
所述的燃燒反應(yīng)溶液為用化學(xué)分析純Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4，混合后Ca/P比為1.5～3.0，將兩者混合研磨，滴入濃HNO3，使?jié)釮NO3體積含量為85％，室溫?cái)嚢枋怪吻?，加入燃燒劑尿素反?fù)攪拌。
本發(fā)明所述的燃燒反應(yīng)溶，還可以添加助燃劑硝酸鹽。
本發(fā)明通過燃燒溶液中的燃燒劑和助燃劑的控制，提高基體與界面結(jié)合強(qiáng)度；本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單；反應(yīng)速度快，生產(chǎn)率高；設(shè)備要求低；涂層結(jié)晶度高；不受基體形狀和大小的限制，適用于表面復(fù)雜的基體；強(qiáng)度有較大的提高，可達(dá)到32.66MPa。

圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。實(shí)施例1將純Ti片放入NaOH溶液中在60℃處理48h；純Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4，Ca/P比為3.0，和助燃劑NH4NO3配制燃燒反應(yīng)溶液。將Ti片連同反應(yīng)溶液快速升溫至600℃，升溫速度150℃/min，保溫10min，冷卻至室溫。在高壓釜中水熱處理，加入氨水溶液，pH值為10，升溫至300℃，保溫2h；生成純羥基磷灰石生物陶瓷涂層材料。涂層與基體界面結(jié)合強(qiáng)度為23.45MPa。
實(shí)施例2將純Ti片放入KOH溶液中在80℃處理24h；純Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4按Ca/P比為2.0配制燃燒反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)溶液。將Ti片連同反應(yīng)溶液快速升溫至1100℃，升溫速度100℃/min，保溫30min，冷卻至室溫。在高壓釜中水熱處理，加入KOH溶液，pH值為11，升溫至200℃，保溫8h；生成純羥基磷灰石生物陶瓷涂層材料。涂層與基體界面結(jié)合強(qiáng)度為18.23MPa。
實(shí)施例3將純Ti片放入氨水溶液中在70℃處理36h；純Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4(Ca/P比為1.5)和助燃劑KNO3配制燃燒反應(yīng)溶液。將Ti片連同反應(yīng)溶液快速升溫至700℃，升溫速度50℃/min，保溫15min，冷卻至室溫。在高壓釜中水熱處理，加入NaOH溶液，pH值為13，升溫至100℃，保溫15h；生成純羥基磷灰石生物陶瓷涂層材料。涂層與基體界面結(jié)合強(qiáng)度為26.78MPa。
實(shí)施例4將純Ti片放入NaOH溶液中在65℃處理72h；純Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4(Ca/P比為1.7)和助燃劑NaNO3配制燃燒反應(yīng)溶液。將Ti片連同反應(yīng)溶液速升溫至900℃升溫速度100℃/min，保溫20min，冷卻至室溫。在高壓釜中水熱處理，加入氨水溶液，pH值為12，升溫至250℃，保溫4h；生成純羥基磷灰石生物陶瓷涂層材料。涂層與基體界面結(jié)合強(qiáng)度為32.66MPa。
權(quán)利要求
1.一種生物陶瓷涂層材料的制備方法，其特征在于本發(fā)明包括純Ti片的預(yù)處理、純Ti片與反應(yīng)溶液的燃燒反應(yīng)及水熱處理，具體技術(shù)參數(shù)如下將純Ti片放入強(qiáng)堿性溶液中在60～80℃處理24h以上，生成Ti-OH集團(tuán)，使其在隨后的過程中生成一薄且致密的活性TiO過渡層；干燥；將預(yù)處理的Ti片連同燃燒反應(yīng)溶液快速升溫至600～1100℃，升溫速度50～150℃/min，保溫10～30min后，冷卻至室溫；加入強(qiáng)堿性溶液，pH值為10～13，升溫至100～300℃，保溫2～15h，生成純羥基磷灰石生物陶瓷涂層材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征要于所述的燃燒反應(yīng)溶液為用化學(xué)分析純Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4，混合后Ca/P比為1.5～3.0，將兩者混合研磨，滴入濃HNO3，使?jié)釮NO3體積含量為85％，室溫?cái)嚢枋怪吻?，加入燃燒劑尿素反?fù)攪拌。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于述的燃燒反應(yīng)溶，還可以添加助燃劑硝酸鹽。
全文摘要
一種生物陶瓷涂層材料的制備方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括純Ti片的預(yù)處理、經(jīng)預(yù)處理的純Ti片與反應(yīng)溶液的燃燒反應(yīng)及水熱處理，生成純羥基磷灰石生物陶瓷涂層材料。本發(fā)明通過燃燒溶液中的燃燒劑和助燃劑的控制，提高基體與界面結(jié)合強(qiáng)度；本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單；反應(yīng)速度快，生產(chǎn)率高；設(shè)備要求低；涂層結(jié)晶度高；不受基體形狀和大小的限制，適用于表面復(fù)雜的基體；強(qiáng)度有較大的提高，可達(dá)到32.66MPa。
文檔編號(hào)A61L27/00GK1485462SQ02139649
公開日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2002年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月28日
發(fā)明者劉詠, 周科朝, 劉芳, 劉 詠 申請(qǐng)人:中南大學(xué)