[发明专利]一种孔隙可控的多孔铌钽钛合金材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种孔隙可控的多孔铌钽钛合金材料及其制备方法，所述多孔铌钽钛合金材料由如下原子百分比的组分组成：Ta 5％～25％，Ti 5％～25％，余量为Nb；以模板浸渍和粉末冶金方法相结合，通过控制有机粘接剂溶液的浓度及浸渍料浆的固含量控制多孔合金的孔隙度、孔径等参数的目的，从而达到调控合金支架力学性能、生物学性能的根本目的。上述制备的多孔铌钽钛合金材料的孔隙度为50％～80％，开孔隙度≥90％，孔径为47～536μm，压缩强度为18～122MPa，压缩弹性模量为0.11～2.08GPa，同时孔隙呈现各向异性的特征，相比较传统多孔合金具有更优异的结构和性能的仿生性。

技术领域

本发明属于生物医用金属材料领域，具体涉及一种孔隙可控的多孔铌钽钛合金材料及其制备方法。

背景技术

生物医用材料主要用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的材料。按照材料的组成和性质分类，生物医用材料可分为生物医用金属材料、生物医用高分子材料、生物医用无机非金属材料等。目前应用最为广泛的生物医用金属材料包括钛合金、不锈钢、钴基合金。但是，传统金属材料中存在的如V、Co、Al等元素对人体存在致畸、致敏甚至致癌的副作用。因此无毒副作用、生物相容性更好、弹性模量更低的β型合金逐渐成为研究热点。Nb，Ta，Zr等元素都是以β相稳定存在，且对人体没有毒副作用。然而，目前弹性模量最低的Ti-Ta-Nb-Zr合金的弹性模量仍然达到40GPa，远高于人体松质骨的模量，不适配的弹性模量会引发“应力屏蔽”效应，最终导致植入失败。要解决应力屏蔽问题，主要可以采取以下两个思路：一、优选合金成分，使其兼顾良好的力学性能和优异的生物相容性；二、设计多孔结构，适合的孔隙结构不仅能有效降低金属的弹性模量，同时能为后期植入提供体液和营养物质的传输通道。

目前国内外应用最多的几种多孔合金制备方法包括粉末冶金法、金属沉积法、纤维冶金法和等离子喷涂法等。但上述方法制备所得的合金中难免会引入杂质，从而影响合金的力学性能及生物相容性；同时所获得的孔隙的孔隙度多不可控，孔隙形貌多为各向同性，无法模拟人体骨组织复杂的形貌特征。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种孔隙可控的多孔铌钽钛合金材料及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述多孔铌钽钛合金材料由如下原子百分比的组分组成：Ta 5％～25％，Ti 5％～25％，余量为Nb。

优选地，所述多孔铌钽钛合金材料的孔隙度为50％～80％，开孔隙度≥90％，孔径为47～536μm，压缩强度为18～122MPa，压缩弹性模量为0.11～2.08GPa。

优选地，所述多孔铌钽钛合金材料中的杂质含量需严格控制，其中，氧含量＜0.1％，碳含量＜0.02％，

上述孔隙可控的多孔铌钽钛合金材料的制备方法包括如下步骤：

(1)粉末的混合：将Nb、Ta、Ti粉末按上述比例进行球磨预混合，得到Nb-Ta-Ti复合粉末；

(2)料浆的制备：将Nb-Ta-Ti复合粉末与有机溶剂按固含量比(3～6)：1，优选为(4.2～4.5)：1混合均匀，所述混合需在电磁搅拌器中搅拌1～2h，以保证金属粉末的分散均匀性，得到Nb-Ta-Ti合金料浆；

(3)浸渍过程：将Nb-Ta-Ti合金料浆填充至经过预处理的高分子多孔模板中，于真空环境下干燥，得到含有Nb-Ta-Ti复合粉末料浆的多孔合金支架的生坯；

(4)生坯的脱脂：将生胚在真空度为10^-2～10^-3Pa的真空环境下、且有惰性气体保护的气氛中，低速升温至400～500℃，保温60～90min，分解生坯中的有机溶剂及高分子模板；