[发明专利]一种Co‑Cr‑Mo合金/氧化锆陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Co-Cr-Mo合金/氧化锆陶瓷复合材料及其制备方法；属于复合材料制备技术领域。

背景技术

Co-Cr-Mo合金由于其具有优异的力学性能和生物相容性能，故其适用于制造体内承载条件苛刻的长期植入件，但在人工关节置换手术中，由于聚四氟乙烯髋臼和Co-Cr-Mo合金金属股骨头之间的机械磨损和腐蚀，产生的合金碎屑容易在关节腔内积累，从而引起有害的组织反应和过敏反应进而导致人体炎症、植入体松动等不良现象，因此限制了Co-Cr-Mo合金在生物种植体中的应用。相比金属，氧化锆陶瓷与内衬的摩擦因数更小，研究结果表明氧化锆陶瓷与聚四氟乙烯间的磨损率比Co-Cr-Mo合金与聚四氟乙烯的磨损率低20倍，同时氧化锆由于具有高强度、高韧性和高表面光洁度且无毒耐腐蚀，化学性能稳定的特点，被认为是制备高载荷条件下人工关节球头的理想替代材料，因此这种Co-Cr-Mo合金-氧化锆陶瓷复合关节假体成为了研究最多的关节置换材料。目前主要生产工艺是利用等离子喷涂或者激光熔覆在Co-Cr-Mo合金球头上制备一层氧化锆陶瓷薄膜，但这种方法涂层跟基体的结合强度不够，容易导致涂层剥落，甚至完全剥落，剥落的氧化锆陶瓷碎屑也容易在关节腔内积累，从而引起有害的组织反应和过敏反应进而导致人体炎症、植入体松动等不良现象。而直接制备氧化锆陶瓷球头不存在这一问题，但需要解决Co-Cr-Mo合金人工关节柄和氧化锆陶瓷球头的连接。

目前，人们已经开始招手研究采用共烧结制备陶瓷/金属复合材料的技术，但其存在所得成品界面结合强度低、共烧结界面变形、样品极易开裂、成品率低等问题，如采用共烧结技术制备氧化锆/316L不锈钢复合材料时，其加入1-2wt％的粘接剂；所得成品的成品率低，极易出现共烧结界面变形、样品极易开裂的情况，即使得到了成品，其成品的界面结合强度仅仅约为20Mpa；采用共烧结技术制备氧化锆/Ni-Cr合金复合材料时，其加入1-2wt％的粘接剂；所得成品的成品率低，极易出现共烧结界面变形、样品极易开裂的情况，即使得到了成品，其成品的界面结合强度仅仅约为25Mpa。到目前为止，人们还没有通过共烧结技术，得到界面结合强度高、成品率高的氧化锆/Co-Cr-Mo合金复合材料。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足之处，提供一种界面结合强度高、成品率高的Co-Cr-Mo合金/氧化锆陶瓷复合材料及其制备方法。

本发明一种Co-Cr-Mo合金/氧化锆陶瓷复合材料，包括Co-Cr-Mo合金部分、氧化锆陶瓷部分，所述氧化锆陶瓷部分通过界面结合层与Co-Cr-Mo合金部分构成一个整体，所述Co-Cr-Mo合金部分的孔隙率为8-20％、优选为10-14％、进一步优选为10-12％；所述氧化锆陶瓷部分的孔隙率为2％-7％、优选为2％-5％、进一步优选为2％-3％；所述界面结合层的结合强度为30-40Mpa。

本发明一种Co-Cr-Mo合金/氧化锆陶瓷复合材料，所述界面结合处存在元素的交互扩散区，其厚度为1-5um。

本发明一种Co-Cr-Mo合金/氧化锆陶瓷复合材料，所述Co-Cr-Mo合金部分为Co-Cr-Mo合金人工关节柄；所述氧化锆陶瓷部分为与Co-Cr-Mo合金人工关节柄配套的球头。

本发明一种Co-Cr-Mo合金/氧化锆陶瓷复合材料的制备方法，包括下述步骤：

步骤一 配料

取平均粒径16～35μm的Co-Cr-Mo合金粉末为原料A，按原料A总质量的8％～15％配取石蜡，并将所配取的原料A与石蜡混合均匀，得到混合物A；

石蜡除了起到粘结的作用外，最主要的目的是调节Co-Cr-Mo合金烧结时的孔隙率，从而调节Co-Cr-Mo合金的烧结收缩行为；

取平均粒径45～65μm的ZrO2粉末为原料B，按原料B总质量的0.05％～0.2％配取石蜡，并将所配取的原料B与石蜡混合均匀，得到混合物B；

步骤二 成型

将混合物A、混合B放入压腔中压制成型，得到一端为混合物A，另一端为混合物B的整体压坯；压制时，控制压力为300-600Mpa；

步骤三 烧结

在真空条件下，对步骤二所得压坯进行烧结，烧结完成后，随炉冷却至室温，得到Co-Cr-Mo合金/氧化锆陶瓷复合材料；烧结时，控制升温速率为2-5℃/min、进一步优选为5℃/min，控制烧结温度为1300℃-1500℃、优选为1300℃-1450℃、进一步优选为1450℃。