[发明专利]一种多孔钛基金属玻璃生物医用材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种多孔钛基金属玻璃生物医用材料及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：准备球状的Ti₄₅Zr₁₀Cu₃₁Pd₁₀Sn₄金属玻璃粉末；对准备好的球状的Ti₄₅Zr₁₀Cu₃₁Pd₁₀Sn₄金属玻璃粉末进行预压，然后进行放电等离子体烧结，冷却后得到非晶多孔钛基金属玻璃样品；其中，烧结温度为623~658 K，施压的加载压强为50~80 MPa。本发明的技术方案，通过调整烧结温度和加载压强来调控孔隙率和孔径大小，从而调控最终的强度和杨氏模量，不仅克服了已有技术中存在的强度和杨氏模量不相匹配的缺陷，还省去了混粉和去除成孔剂的步骤，制备方法简单高效，易于控制。

技术领域

本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种多孔钛基金属玻璃生物医用材料及其制备方法。

背景技术

金属玻璃具有超高的强度、低的杨氏模量、优异的耐磨性、高的硬度、高的弹性屈服极限和优异的耐腐蚀性等优异的性能，可作为结构材料和功能材料广泛应用于体育器材、工业、生物医疗、环保、军事、空间探测等领域。在体育器材领域，基于Zr基大块金属玻璃优异的弹性能，日本和美国分别于1998年和1999年开发了Zr-Al-Ni-Cu和含有Be、Ti、Cu、Ni的Zr基金属玻璃高尔夫球杆。另外，金属玻璃制的滑雪板、棒球棒、滑冰用具、网球拍、自行车和潜水装置也在陆续开发，目前这类产品已在日本逐渐商业化。在工业应用领域，利用大块金属玻璃在过冷液相区的粘滞流动行为而开发的超塑性精密成型技术，已成功制备出模数分别为0.1mm和0.01mm、圆节直径分别为1mm和0.12mm、齿数分别为10和12的La基和Pd基大块金属玻璃微型齿轮。由于金属玻璃优良的耐腐蚀性能，已有大块的金属玻璃应用于环境恶劣的燃料电池的隔板和飞行器导向翼导轨的护套等场合。Fe基金属玻璃良好的软磁性，已广泛应用于扼流线圈的磁芯、电机转子和变压器等领域。目前，国内相关公司已成功研发了金属玻璃手机外壳，电话卡卡槽、眼镜框架等与人类日常生活息息相关的产品。在环保领域，Fe基的金属玻璃条带可高效降解工业上产生的大量废水。在军事领域，金属玻璃也可用于穿甲弹的弹头，提高穿甲弹的穿透能力。在空间探测领域，美国宇航局在2001年发射的起源号宇宙飞船上安装了Zr-Al-Ni-Cu金属玻璃制成的太阳风捕搜器。

不含Be、Ni、V等对人体有毒有害元素的钛基金属玻璃合金除了具有优异的力学性能之外，同时拥有良好的生物相容性和耐腐蚀性能，因此，钛基金属玻璃是一种非常有前景的长期植入型材料。但由于致密的块体金属玻璃的杨氏模量依旧远高于人体骨骼(10-30GPa)，直接的植入会造成“应力屏蔽效应”，从而导致植入的失败。

对于制备多孔的钛基材料，已有公开的技术中，有采用将钛基金属玻璃粉末与研磨好的NaCl粉末均匀混合，然后利用放电等离子体烧结技术进行烧结，最后将烧结好的块体材料放入水中浸泡去除NaCl粉末得到多孔的钛基金属玻璃块体材料。通过改变混入金属玻璃粉末中NaCl粉末的量和粒径，从而可以调整多孔材料的孔隙率和孔径大小，从而调整多孔材料的强度和杨氏模量。但是，这种技术存在如下问题：(1)当加入NaCl粉末的少于一定量时，会使NaCl粉末完全由金属玻璃包裹，从而导致在去除NaCl的过程中，水不能和NaCl接触将其去除，不能达到造孔的目的。(2)由于NaCl与金属玻璃粉末的密度相差太大，导致混粉均匀困难，从而导致最终的孔隙不均匀。(3)该方法最后需要在水中浸泡去除NaCl，过程较繁琐复杂，耗时较长。(4)该方法在利用放电等离子体烧结技术进行烧结时，所加载的压强为600MPa，实验风险大，耗能多。且当烧结温度高于840℃，该方法无法进行。

还有公开的技术研究先将纯钛粉末在常温下进行施压成型，然后在真空环境下无压烧结制备多孔纯钛样品；但是这种所制备的样品的力学性能不能满足植入体力学性能要求，而且烧结过程中采用的烧结温度为1100℃，实验安全性差，耗能较多。

发明内容