[发明专利]生物陶瓷钛基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医用金属基复合材料，具体是生物陶瓷钛基复合材料及其制备方法。

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、强度高和生物相容性等特点。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陶瓷钛基复合材料的粉末冶金制备方法，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陶瓷钛基复合材料。

本发明的生物陶瓷钛基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将粒度为5μm～100μm的金属钛粉与粒度小于100nm的纳米羟基磷灰石粉混合均匀，其中纳米羟基磷灰石的体积分数为1％～10％，优选1～9％，进一步优选2～4.9％；

(2)混合粉末采用等静压成形，然后真空烧结，烧结温度为1050℃～1200℃。

本发明生物陶瓷钛基复合材料及其制备方法的设计依据及主要特点如下：钛粉末加入具有生物活性的纳米羟基磷灰石粉之后，粉末冶金制备的复合材料生物活性提高，复合材料生物活性高于粉末冶金制备的纯钛材料；钛粉末加入纳米羟基磷灰石粉之后，增加了粉末冶金制备的复合材料的孔隙率，进一步降低了复合材料的弹性模量，复合材料压缩弹性模量7.9GPa～18.5GPa，与人体骨接近；钛粉末加入纳米羟基磷灰石粉之后，粉末冶金制备的复合材料的孔隙率增加，使得复合材料的强度有所下降，但是复合材料抗弯强度大于140MPa，仍高于或相当于人体骨。生物陶瓷钛基复合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的金属钛粉与粒度小于100nm的纳米羟基磷灰石粉(纳米羟基磷灰石粉加入量体积分数10％)混合均匀，混合粉末采用等静压成形，然后在1100℃真空烧结，制备得到生物陶瓷钛基复合材料。复合材料的生物活性高于粉末冶金方法制备的纯钛材料，复合材料抗弯强度154MPa，压缩弹性模量9.3GPa。

实施例2：将粒度为5μm～100μm的金属钛粉与粒度小于100nm的纳米羟基磷灰石粉(纳米羟基磷灰石粉加入量体积分数2％)混合均匀，混合粉末采用等静压成形，然后在1100℃真空烧结，制备得到生物陶瓷钛基复合材料。复合材料的生物活性高于粉末冶金方法制备的纯钛材料，复合材料抗弯强度860MPa，压缩弹性模量17GPa。

实施例3：将粒度为5μm～100μm的金属钛粉与粒度小于100nm的纳米羟基磷灰石粉(纳米羟基磷灰石粉加入量体积分数4.9％)混合均匀，混合粉末采用等静压成形，然后在1150℃真空烧结，制备得到生物陶瓷钛基复合材料。复合材料的生物活性高于粉末冶金方法制备的纯钛材料，复合材料抗弯强度435MPa，压缩弹性模量14GPa。

实施例4：将粒度为5μm～100μm的金属钛粉与粒度小于100nm的纳米羟基磷灰石粉(纳米羟基磷灰石粉加入量体积分数10％)混合均匀，混合粉末采用等静压成形，然后在1050℃真空烧结，制备得到生物陶瓷钛基复合材料。复合材料的生物活性高于粉末冶金方法制备的纯钛材料，复合材料抗弯强度144MPa，压缩弹性模量7.9GPa。

实施例5：将粒度为5μm～100μm的金属钛粉与粒度小于100nm的纳米羟基磷灰石粉(纳米羟基磷灰石粉加入量体积分数9％)混合均匀，混合粉末采用等静压成形，然后在1100℃真空烧结，制备得到生物陶瓷钛基复合材料。复合材料的生物活性高于粉末冶金方法制备的纯钛材料，复合材料抗弯强度170MPa，压缩弹性模量9.8GPa。

实施例6：将粒度为5μm～100μm的金属钛粉与粒度小于100nm的纳米羟基磷灰石粉(纳米羟基磷灰石粉加入量体积分数1％)混合均匀，混合粉末采用等静压成形，然后在1200℃真空烧结，制备得到生物陶瓷钛基复合材料。复合材料的生物活性高于粉末冶金方法制备的纯钛材料，复合材料抗弯强度950MPa，压缩弹性模量18.5GPa。

实施例7：将粒度为5μm～100μm的金属钛粉与粒度小于100nm的纳米羟基磷灰石粉(纳米羟基磷灰石粉加入量体积分数3％)混合均匀，混合粉末采用等静压成形，然后在1200℃真空烧结，制备得到生物陶瓷钛基复合材料。复合材料的生物活性高于粉末冶金方法制备的纯钛材料，复合材料抗弯强度720MPa，压缩弹性模量16GPa。