[发明专利]CaO－ZrO2－SiO2涂层和钛合金的骨替换材料及制备方法

权利要求书

1、CaO-ZrO₂-SiO₂涂层和钛合金组成的骨替换材料，以钛合金为基材，其特征在于在钛合金基材表面采用CaO-ZrO₂-SiO₂玻璃粉料制备的生物相容涂层，所述的CaO-ZrO₂-SiO₂玻璃粉体中，氧化钙摩尔百分含量为21.3％-42.8％，氧化硅的摩尔百分含量为12.5％-31.7％，余量为ZrO₂。

2、按权利要求1所述的CaO-ZrO₂-SiO₂涂层和钛合金组成的骨替换材料，其特征在于原始的玻璃粉料是由CaO稳定的ZrO₂相、CaZrO₃和Ca₂SiO₄相组成。

3、按权利要求1所述的CaO-ZrO₂-SiO₂涂层和钛合金组成的骨替换材料，其特征在于由CaO-ZrO₂-SiO₂组成的涂层材料是由钙稳定氧化锆的去钙化反应在ZrO₂表面包裹一层生物活性的Ca-Si基材料。

4、制备如权利要求1-3中任一项所述的CaO-ZrO₂-SiO₂涂层和钛合金组成的骨替换材料的方法，其特征在于包括两大步：

第一步制备CaO-ZrO₂-SiO₂玻璃粉料，它首先按权利要求1所述的玻璃组成配料，具体是先配成CaO稳定的ZrO₂粉料，然后①在钙稳定的氧化锆粉料中加入相应摩尔量的硅粉混和、烧结；②在钙稳定的氧化锆中加入相应摩尔量的氧化硅粉混和烧结；或③在钙稳定的氧化锆中加入相应摩尔量的四氧乙基规烷、催化水解、干燥后烧结制备；

第二步将第一步制备的CaO-ZrO₂-SiO₂玻璃粉料，利用电弧等离子体方法在钛合金基材上生成生物相容涂层；

其中，(a)CaO稳定的ZrO₂粉料是由纳米级碳酸钙粉末和微米级氧化锆粉机械混合后在1350℃～1450℃烧结，然后研磨过筛制得的；

(b)在CaO稳定的ZrO₂粉料中加入硅粉或氧化硅粉末是通过机械球磨混合后烘干，再在电炉中升温至1350℃～1450℃，制成CaO-ZrO₂-SiO₂粉料；

(c)在CaO稳定的ZrO₂粉料中加入四氧乙基硅烷的工艺是将CaO稳定的氧化锆粉料加入到无水乙醇中，在40-45℃条件下机械搅拌形成悬浮液，再在机械搅拌条件下加入氨水形成悬浮液混合均匀，然后加入四乙氧基硅烷，继续搅拌至反应安全，过滤分离，滤渣于110-110℃干燥，置于电炉中升温至1350-1450℃制成CaO-ZrO₂-SiO₂玻璃粉料；

(d)电弧等离子喷涂的工艺参数是：

电弧等离子体Ar气流量为35-45标准升/分钟，H₂气流量为9-15标准升/分钟，粉末载气Ar的流量为2.5-3.5标准升/分钟，送粉速率为12-18g/min。

5、按权利要求4所述的CaO-ZrO₂-SiO₂涂层和钛合金组成的骨替换材料的制备方法，其特征在于在CaO稳定的ZrO₂粉料制备中微米级氧化锆的粒径1-5μm；纳米碳酸钙粉末粒径为100nm以下。

6、按权利要求4或5所述的CaO-ZrO₂-SiO₂涂层和钛合金组成的骨替换材料的制备方法，其特征在于CaO稳定的ZrO₂粉料的制备中，在1350℃～1450℃条件下烧结时的保温时间为8-10h。

7、按权利要求4所述的CaO-ZrO₂-SiO₂涂层和钛合金组成的骨替换材料的制备方法，其特征在于在(c)中升温速率为3-8℃/分钟，升温至1350℃～1450℃保温时间10-14h。