[发明专利]一种等离子喷涂羟基磷灰石涂层的晶化处理方法

说明书

技术领域

本发明属于外科植入物涂层技术领域，涉及提高等离子喷涂羟基磷灰石涂层结晶相含量的方法。 

背景技术

羟基磷灰石[Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂](Hydroxyapatite,缩写为HA)又称羟基磷酸钙，是一种含羟基的钙磷盐，属于生物活性材料，含有人体硬组织所必需的钙和磷元素，是骨和牙无机质的主要组成部分。它在成人骨中约占40％，而在牙釉质和牙本质中分别占95％和75％。因羟基磷灰石与人体骨中无机质成分相同、晶体学结构相似、具有良好的生物相容性和生物活性，无毒副作用，植入人体后无排异反应，而成为人体硬组织植入体最佳材料之一。 

等离子喷涂由于其高效、易于规模化生产，是目前大多数国内外科植入物生产厂家首选的羟基磷灰石涂层制备手段。但等离子喷涂时的火焰温度极高(约可达10000℃)，羟基磷灰石在高温(超过1350℃)下是不稳定的，部分羟基磷灰石会分解成氧磷灰石[Ca₁₀(PO₄)₆O,OHA]、磷酸三钙[Ca₃(PO₄)₂,TCP]、磷酸四钙[Ca₄P₂O₉,TTCP]、氧化钙[CaO]和形成非结晶态羟基磷灰石等杂质。羟基磷灰石的分解造成了结晶相含量的降低，同时导致了涂层的结合强度的降低，使得涂层在受力作用和生物体液的侵蚀作用下，存在脱落、溶解、吸收等潜在的问题，从而缩短外科植入物的使用寿命。 

羟基磷灰石在高温下会发生如下分解反应： 

在800℃左右开始发生脱羟基的反应，生成氧磷灰石： 

Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂→Ca₁₀(PO₄)₆(OH)_2-2xO_x□_x+xH₂O 

温度再升高时，氧磷灰石发生分解： 

Ca₁₀(PO₄)₆(OH)_2-2xO_x□_x→2Ca₃(PO₄)₂+Ca₄(PO₄)₂O+(1-x)H₂O 

和Ca₄(PO₄)₂O→Ca₃(PO₄)₂+CaO 

以上分解过程如果在湿气氛中，则反应式可向左逆向进行，重新生成羟基磷灰石结晶相，但在大气环境下，热处理炉内空气中水蒸气相对较少，反应较难逆向进行。所以，在大气条件下热处理，涂层中只有非晶态羟基磷灰石在高温条件下通过无规则排列原子的迁移和调整，使晶核形成和长大，从而转化为结晶态的羟基磷灰石，而不能将氧磷灰石、磷酸三钙等杂质相转变成羟基磷灰石相。