[发明专利]一种氧化钛‑碳化钛晶须增韧镁合金生物医用材料

说明书

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，特别是氧化钛-碳化钛晶须增韧镁合金生物医用材料。

背景技术

目前，临床应用的生物医用材料，如骨骼植入物、心脏支架等多采用不锈钢及钛合金，不锈钢及钛合金具有良好的生物相容性、耐腐蚀性能和力学性能，因此不锈钢及钛合金的应用非常广泛，在临床医学界得到认可。对于不锈钢和钛合金等现有金属骨骼植入材料，存在着与生物骨的力学相容性差的问题。不锈钢、钛合金等材料的抗拉强度比天然骨骼高5.3倍以上，弹性模量更是高11倍以上。不锈钢、钛合金等骨骼植入物对人体局部骨组织产生很大的“应力遮挡”效应,可诱发遮挡性骨质缺失。导致人体骨骼植入物与周围的原有生物骨脆弱化、人体骨骼植入物周围的新生骨生长不良以及人体骨骼植入物与生物骨之间因应力集中引发炎症。开发新型的力学与生物相容性更理想的生物医用材料十分必要。同时，人体骨骼植入物的手术取出，增加了医疗者的痛苦、时间和费用，因此，研究和开发高强韧且可以在生物体内降解的医用材料是目前医疗领域发展的重要方向之一。而镁合金的弹性模量（45GPa）更接近人骨的弹性模量(20GPa)，能有效降低“应力遮挡效应”，促进骨的愈合。同时镁合金具有一定的韧性、是人体的有益元素，因此采用高强韧镁合金作为医用可降解生物材料是可行的，但是目前镁合金多为镁铝合金，其中铝是对人体有害金属，因此限制了镁铝合金在人体中的应用，因此，开发新型的高强韧镁合金生物医学材料十分必要。

基于上述目的，本发明开发一种不含铝、耐腐蚀的高强韧镁合金生物医学材料，采用在新型的镁合金中氧化钛-碳化钛晶须来增韧镁合金材料的强度、良好的韧性和硬度的方法。本发明的镁合金基体材料的化学成分及重量百分比为：C：0～0.8％，Nd：1 ～ 4％，Mn ：0 ～ 0.8％，Zn： 0.1～1.0％，Zr：0.3～0.8％，其余为Mg。目前我国现有的镁合金材料在专利101837145A中，经研究、分析表明均有像Ag等贵金属元素添加，但是使用性能提高有限。因此，在本发明中通过氧化钛-碳化钛晶须增韧镁合金生物医用材料的目的。

发明内容

本发明专利的目的是：在于克服上述现有技术不足，提供一种加工工艺稳定、生产成本低廉、无污染排放、可在常规条件下组织生产的氧化钛-碳化钛晶须增韧镁合金生物医用材料，较传统的不锈钢、钛合金等生物医学材料具有更好的生物相容性，较常规镁合金生物医学材料的韧性大幅提升。

本发明提供了一种氧化钛-碳化钛晶须增韧镁合金生物医用材料，其特征在于：该材料沿挤压流线形成定向排列的氧化钛-碳化钛晶须和镁合金基体材料组成，晶须直径为200-800nm，原位增强相的体积总量在0.05-0.10。

本发明是通过以下技术方案如下：氧化钛-碳化钛晶须增韧镁合金生物医用材料粉末由镁合金基体材料粉末和氧化钛-碳化钛晶须粉末组成，然后采用机械混合法使镁合金基体粉末与氧化钛-碳化钛晶须粉末均匀混合，混合粉末冷压实后在10^-6托真空条件下逐步加热除气，然后在500-600℃，50-200Mpa条件下真空烧结1-4小时，热压锭在300-400℃通过模具通道拐角为90^o的等通道弯角挤压（ECAP）变形。

测试表明所获得的氧化钛-碳化钛晶须增韧镁合金生物医用材料具有高强韧性。

方案所需材料按如下具体步骤制备：

（1）氧化钛-碳化钛晶须的制备：

氧化钛-碳化钛晶须粉末的制备工艺为：氧化钛-碳化钛晶须前驱体材料化学成分为：TiO₂，C，Mn，NaCl，其质量配比为：（45.4～48.2）：（45.6～50.8）：（0.1～0.9）：（1.0～8.1）。将按比例配制的能够生成氧化钛-碳化钛晶须的先驱体复合粉末加无水乙醇于球磨机中进行机械化球磨24小时，获得具有200-800nm晶粒尺寸超细先驱体复合粉末，将粉末装入石墨容器中，在氩气气氛保护和1300℃-1600℃的温度条件下，保温90min-180min合成。

TiO₂+3C=（加热）TiC+2CO↑

（2）镁合金基体材料粉末制备：

镁合金基体材料的化学成分及重量百分比为：C：0～0.8％，Nd：1 ～ 4％，Mn：0 ～ 0.8％，Zn：0.1～1.0％，Zr：0.3～0.8％，其余为Mg。