[发明专利]一种高强度低弹性模量锆铌钛牙科种植体材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种同时拥有较高抗压强度和较低弹性模量的锆铌钛牙科种植体材料及其制备方法，所述锆铌钛牙科种植体材料在烧结冷却过程中有层片状和针状析出组织，这种组织有利于锆铌钛合金获得良好的力学性能与生物相容性能，其制备方法包括以下步骤：将锆铌钛粉末按照一定比例混合均匀，通过粉末冶金方法压制成形，在保护气氛中，将温度升至950℃进行保温，最后于1400～1600℃进行真空烧结，得到综合性能较高的牙科种植体材料。上述锆铌钛合金，相对密度为90％以上，抗压强度在1100～1289MPa范围内变化，弹性模量在32～41GPa范围内变化，在保证强度的情况下，弹性模量较低，与人体上下颌骨力学相容性好，与口腔上皮与纤维组织生物相容性好；且制备方法简单，是一种较为理想的牙科种植体材料。

技术领域

本发明属于医用复合材料中的医用口腔材料技术领域，具体涉及一种高强度低弹性模量的锆铌钛牙科种植体材料及其制备方法。

背景技术

生物材料中的生物医用复合材料主要用于替代受损或缺失的人体组织结构，达到修复组织外形和性能的目的。此材料在植入过程需要考虑生物相容性的问题，其中力学相容性要求植入的材料具有的力学性能与人体组织相适应或相匹配。强度过低导致材料发生断裂失稳，过高会对周围组织产生破坏行为，使材料植入部位长期难以愈合，即“应力屏蔽”效应。

牙科种植体材料还可称为人工牙根，是通过外科手术的方式将其植入人体缺牙部位的上下颌骨内，待其手术伤口愈合后，在其上部安装修复假牙的装置。医用牙科低弹模植入材料具有治疗牙科组织创伤和坏死等重要而特殊的用途，作为硬组织植入材料，除了具备良好的生物相容性(无细胞毒性)和力学性能(耐磨性、抗弯强度和抗压强度)之外，还必须具有良好的生物力学相容性(弹性模量)。

金属铌具有良好的耐磨、耐腐蚀性能，且是一种无毒元素、对机体组织无刺激，此外，铌是典型的β相稳定元素，能有效地降低合金的弹性模量，是一种理想的人体组织替代材料。金属锆是一种无毒的合金元素，Brailovski等的研究表明：锆的添加能有效地提高合金的强度、耐腐蚀性能以及促进固溶强化。现有Paul S、Nnamchi等发现，与纯钛相比，锆铌钛合金具有良好的延展性、耐磨性、较低的磁化率以及可协调的弹性模量等优点，更适合于医学材料，特别是口腔种植体材料开发。而Liu Qing等的研究表明，纯铌密度较大，使得植入材料的使用范围受限。目前还没有明确的用于牙科的锆铌钛种植体材料，且现有锆铌钛种植体材料的制备方法是铸造和SPS烧结(快速等离子烧结)。因此，探索出一种低成本、低弹性模量和轻质的种植体材料成为提高口腔种植体材料适用范围的关键。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种高强度、低弹性模量的锆铌钛牙科种植体材料及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述高强度低弹性模量的锆铌钛牙科种植体材料中锆、铌和钛的原子比为(1:5:8)至(4:5:2)。

优选地，所述锆铌钛牙科种植体材料中锆粉末的粒径为1～30μm，铌粉末的粒径为1～30μm，钛粉末的粒径均为1～30μm。

优选地，所述锆铌钛牙科种植体材料中锆粉末的粒径为1～14μm，铌粉末的粒径为1～24μm，钛粉末的粒径为1～16μm。

优选地，所述锆铌钛牙科种植体材料的抗压强度为1110～1289MPa，弹性模量为32～41GPa，相对密度为90％～95％。

上述高强度低弹性模量的锆铌钛牙科种植体材料的制备方法包括如下步骤：

(1)将锆粉末、铌粉、钛粉末混合后进行球磨，得到锆铌钛复合粉末；

(2)将锆铌钛复合粉末进行压制成型，得到成型后的样品；所述压制过程中的压力为250～350Mpa；

(3)将成型后的样品进行真空烧结后得到高强度低弹性模量的锆钛铌牙科种植体材料。