[发明专利]CaO－ZrO2－SiO2涂层和钛合金的骨替换材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种骨替换材料及制备方法。更确切地说，所述的骨替换材料系在钛合金基材上，采用CaO-ZrO₂-SiO₂玻璃粉料，以电弧等离子体喷涂方法制备的长寿命生物相容涂层，属于医用生物涂层领域。

背景技术

钛及其合金具有优良的力学性能，广泛用作人工关节等人体硬组织替换材料，但其不能与骨组织产生化学键合，且存在力学不相容性，会造成植入失效或使用寿命短等。电弧等离子体喷涂是常用的硬体植入材料表面改性手段，采用该方法所制备的钛、羟基磷灰石涂层已广泛应用于生物医疗实践。钛涂层结合强度高，通过调节孔隙率可获得具有较好力学相容涂层，但不具有生物活性，术后愈合时间长，给患者带来痛苦。羟基磷灰石涂层具有较好的生物活性，但与钛合金基材热膨胀系数不匹配，涂层与基材的结合强度较低。另外，此种涂层在生理环境中的吸收和降解也导致涂层与基材的结合强度降低以及涂层的分层剥落，引起植入体松动或植入失败【Bauer TW，Geesink RCT，Zimmerman R，McMahon JT，J.Bone Joint.Surg.1991；73A：1439；Collier JP，Surprenant VA，Mayor MB，Wrona M，Jensen RE，SurprenantHP，J.Arthroplasty，1993；8：389.】。

CaO-SiO₂陶瓷是近年来生物医用材料领域的研究热点，与钛合金结合强度高，生物活性和生物相容性良好，但涂层在生理体液侵蚀下的降解较快【Xue W，Liu X，Zheng X，Ding X，In vivo evaluation of plasma-sprayedwollastonite coating，Biomaterials，2005；26：3455-3460；Liu X，Ding C，Apatiteformed on the surface of plasma sprayed wollastonite coating immersed insimulated body fluid，Biomaterials，2001；22/14::2007-2012；De Aza PN，Fernández-Pradas JM，Serra P，In vitro bioactivity of laser ablationpseudowollastonite coating，2004；25/11：1983-1990.】。氧化锆陶瓷具有优良的机械性能和化学稳定性，在生理体液中不降解，具有良好的生物相容性，大量用作植入材料，亦广泛应用于羟基磷灰石涂层的补强【Khor KA，Gu YW，Pan D，Cheang P，Microstructure and mechanical properties of plasma sprayedHA/YSZ/Ti-6Al-4V composite coatings，Biomaterials，2004；25(18)：4009-4017.】。但氧化锆陶瓷用于复合涂层的补强大部分采用机械混合喷涂粉末的方法，涂层降解速率的降低来源于氧化锆陶瓷在复合涂层中所占比例，对涂层的抗降解性能不能产生质的改变【Xie Y.Liu X，Zheng X，Ding C，ChuP.Improved stability of plasma-sprayed dicalcium silicate/zirconia compositecoating，Thin Solid Films，2006；515/3：1214-1218；Xie Y，Liu X，Ding C，Chu P，Biocondictivity and mechanical properties of plasma-sprayed dicalciumsilicate/zirconia composite coating，Mater.Sci.Eng：C，25/4：509-515.】。