[发明专利]一种多孔NiTi合金的制备方法

说明书

一种多孔NiTi合金的制备方法，包括以下步骤：按摩尔比将Ni粉与Ti粉混合，将Ni/Ti混合粉加入过程控制剂后球磨，过筛，得到Ni/Ti球磨粉；在真空加热下，得到Ni/Ti脱脂粉；将Ni/Ti脱脂粉与Ni/Ti混合粉混合，得到Ni/Ti工作粉；将Ni/Ti工作粉装入钢筒，振实，然后用钢片充填钢筒内多余空间，封焊钢筒端口，制得装有Ni/Ti工作粉的钢包套；将钢包套置入加热炉中，并以恒定的升温速率升温，当钢包套温度发生突变时，迅速将钢包套从炉内取出，浸入水中冷却，冷却后去除钢包套，得到多孔NiTi合金。本发明方法制备的多孔NiTi合金孔隙率高、孔径大小均匀、孔隙形状近球形、相纯度高，力学性能和超弹性优良，可用作人体硬组织植入材料。

技术领域

本发明涉及一种多孔NiTi合金的制备方法，具体涉及一种采用自蔓延工艺制备多孔NiTi合金的方法，属于粉末冶金技术领域。

背景技术

随着科学技术的发展、人口老龄化以及各种意外事故导致创伤增加，临床对人体硬组织植入体及修复材料的需求越来越大。医用生物材料已成为全球工业领域中的一个新兴支柱产业，预计在今后的10~20 年内仍将以每年10%左右的速率增长。其中医用金属植入材料作为目前临床上人体硬组织植入体的主要材料，占整个医用生物材料产品市场份额的40%以上。我国是全球唯一一个老龄化人口超过2亿人的国家，对医用生物材料的需求非常强劲，尤其对医用金属植入材料的需求更是以大约每年20~30%的速度快速增长。预计到2020 年之前我国会成为世界最大的医用金属植入材料消费市场。

目前常用的致密医用金属植入材料（如不锈钢、钴铬合金、钛及钛合金），与人体硬组织之间往往存在严重的弹性模量不匹配现象，导致植入体与人骨联接后易产生应力屏蔽效应，引起植入体联接部位和临近区域严重的骨质疏松和骨吸收问题，从而使植入体出现提前松动和失效断裂现象，而二次翻修手术势必增加患者的痛苦和医疗成本。虽然近十年来世界各国投入了大量的人力物力开发出了多种低弹性模量β型医用钛合金，目前报道的最低弹性模量也只降到了40~50GPa，仍然显著高于人体骨组织的弹性模量（松质骨＜3GPa，密质骨10~20GPa）。而且从组织工程的角度来看，植入体与人体组织之间的结合或生物整合是一个更为关键的衡量指标。致密、刚性的植入体表面通常使得人骨组织的向内生长非常困难，不利于植入体与自然骨组织的重建以及生物整合。

在可用作医用植入体的多孔金属材料中，采用高温自蔓延法（SHS）制备的多孔NiTi形状记忆合金的显微结构和力学性能与人体硬组织具有高度的相似性，在植入时表现出了更好的生物活性及生物力学兼容性。其多孔结构不仅可以促进骨组织向多孔材料的“内生长”、治疗药物的输送、营养交换等，而且通过调节其孔隙结构及孔隙率可改善植入体与硬组织的力学性能匹配，有效防止应力屏蔽效应。同时多孔NiTi形状记忆合金特有的超弹性与人体硬组织的超弹性变形能力（2%左右）也非常相似。这种超弹性可以使植入人体的多孔NiTi合金在承载时对自身所受各种外力做出响应，并通过产生较大变形消耗载荷，卸载时又能完全恢复原状。这种特性也可以有效减少应力集中和应力屏蔽对人体组织造成的细胞坏死和骨质疏松等危害。同时，多孔NiTi形状记忆合金的超弹性可以通过制备工艺调节，从而改善临床适用性。

欧美在多孔NiTi合金应用方面的进展较快，已经进入了实用阶段。如俄罗斯早在1994年已把多孔NiTi形状记忆合金临床应用于膝关节修复、脊骨替换以及牙根种植材料等方面；加拿大的Biorthex公司在2002年正式商业化开发出名为Actipore^TM的用于脊柱椎间融合器的医用多孔NiTi形状记忆合金产品，并获得了美国FDA认证。