[发明专利]钛基金属玻璃/羟基磷灰石复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛基金属玻璃/羟基磷灰石复合材料及其制备方法，属于金属玻璃基复合材料技术。

背景技术

金属医用材料通常被用作硬组织替换材料。同人体的骨组织相比，一般金属材料具有高的弹性模量和小的可回复应变，这会导致植入材料与骨组织间的不匹配，产生应力屏蔽，造成植入失效。金属玻璃材料是最近20年来得到许多学者关注的一种新型材料，其高强度、高耐磨性、低弹性模量和大的可回复应变使得金属玻璃材料在生物材料领域具有很好的应用前景。生物材料必须满足的一个要求是良好的生物相容性。羟基磷灰石具有和人体骨组织无机质相近的组成与结构，没有细胞毒性，因此具有优异的生物相容性。但是羟基磷灰石的低强度使得不能将其直接应用于需要承受复杂应力的人体骨组织替换。近些年许多研究人员进行了在金属材料表面制备羟基磷灰石涂层的研究，但是羟基磷灰石涂层与金属基体的结合一直是一个令人困扰的问题，涂层的脱落会直接导致植入失效，从而造成治疗失败。

复合材料具有单一材料所不可比拟的综合性能，其结构与性质更接近于人体组织，复合生物仿生材料将是今后生物材料研究最活跃的领域之一。近年来已经有学者进行了钛/羟基磷灰石复合生物材料的研究，并取得了一定的成果。然而，由于受到高温晶化的限制，传统的粉末烧结的方法不能适用于金属玻璃基体的复合材料的制备。电火花烧结具有低温快速的特点，是近些年来金属玻璃材料成型研究的一个重要方向。目前的研究多着重于烧结金属玻璃材料的致密化或者形成纳米晶复合材料，关于金属玻璃/无机粒子的复合材料的研究还鲜有报道。电火花烧结是在热压的金属玻璃与羟基磷灰石的混合粉末叠加放电电源，由于金属粉末的良好的导电性，在粉末之间会瞬时放电粘结，从而达到烧结的目的。并且由于放电发生在颗粒接触处很小的区域，瞬时的热量会很快被释放，而不至于影响金属玻璃颗粒的非晶态结构。

发明内容

本发明目的是提供一种钛基金属玻璃/羟基磷灰石复合材料及其制备方法。所述的复合材料具有低弹性模量和良好的可回复应变的生物力学性能和生物相容性，其制备方法具有低温快速特点。

本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种钛基金属玻璃/羟基磷灰石复合材料，其特征在于，该复合材料由下列组分及其质量百分含量组成：

钛基金属玻璃(Ti₄₀Zr₁₀Cu₃₆Pd₁₄)：90-99.999％；

羟基磷灰石：0.001-10％。

上述的钛基金属玻璃/羟基磷灰石复合材料制备方法，其特征在于包括以下过程：

1)按钛基金属玻璃成分中Ti、Zr、Cu和Pd的原子比为40∶10∶36∶14，称取纯金属Ti、Zr、Cu和Pd，加入高真空电弧熔炼炉中进行熔炼，当合金熔融成液体状态，保持5-10分钟，然后冷却至室温形成钛基金属玻璃母合金；

2)在氩气保护气氛下将步骤1)制得的钛基金属玻璃母合金在原子气雾化设备中熔融后，以压力0.5MPa-5MPa氩气将钛基金属玻璃母合金液体高速喷出，并在氩气保护下冷却至室温，制得钛基金属玻璃粉末，再用微米的分级筛对钛基金属玻璃粉末进行筛分分级，得到不同粒径范围的钛基金属玻璃粉末；

3)按不同粒径范围的钛基金属玻璃粉末与羟基磷灰石粉的质量比为(90-99.999)∶(0.001-10)将两者进行预混合，然后在V型混料机中以转速60-90转/分钟进行混合10-12小时，将混合好的钛基金属玻璃与羟基磷灰石的粉料放入碳化钨圆柱模具中以压力为50MPa-100MPa冷压成坯料；

4)将步骤3)坯料连同模具放入电火花烧结装置中，在氩气保护下，以温度为360℃-390℃和压力为200MPa-600MPa进行烧结5-20分钟，得到钛基金属玻璃/羟基磷灰石复合材料。

本发明的优点在于，在金属玻璃/羟基磷灰石复合材料中，均匀分散的羟基磷灰石相改善了金属生物材料的生物相容性，金属玻璃基体的低弹性模量和良好的可回复应变保证了生物力学性能，因此金属玻璃/羟基磷灰石复合材料有着传统金属生物材料无法比拟的优势，采用电火花烧结时由于放电发生在颗粒接触处很小的区域，瞬时的热量会很快被释放，而不至于影响金属玻璃的非晶态结构，从而使其力学性能得到保证，钛基金属玻璃/羟基磷灰石复合材料的压缩强度为150MPa-1500MPa，压缩模量为30GPa-80GPa，低于传统的植入用钛合金，该复合材料在模拟人体溶液中具有良好的生物相容性。

附图说明

图1为本发明实施例1所制备的钛基金属玻璃粉末扫描电子显微镜照片。