[发明专利]一种陶瓷颗粒增强Ti-Ta基骨植入复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种陶瓷颗粒增强Ti‑Ta基骨植入复合材料及其制备方法，该方法包含：将碳化二钼或二硼化钛与钛粉、钽粉和羰基镍粉混合，与分散剂和磨球制成浆料，混合，分离磨球，干燥浆料，压制成型；在真空条件下烧结，先将炉温以10℃/min由室温升至600℃后并保温30min，再以10℃/min升温至1250～1300℃并保温60min，最后以‑20℃/min降温至室温；于封闭高压设备中保持温度850～940℃，通过惰性气体保持压力90～140MPa，随炉冷却至265℃后出炉；于900～1200℃保温后水淬火，在450～700℃下保温后空冷。本发明的复合材料中元素的均匀性、耐腐蚀性和材料强度均得到提高。

技术领域

本发明涉及一种骨植入复合材料，具体涉及一种陶瓷颗粒增强Ti-Ta基骨植入复合材料及其制备方法。

背景技术

骨植入钛合金材料主要有α型和β型，α型主要是Ti-6AL-4V合金，β型主要是Ti-5AL-2.5Fe和Ti-6AL-7Nb合金，α型和β型合金应用于骨植入，但其含有的V和Al元素对人体有害，V作为β相是稳定合金元素，其成本高且具有细胞毒性，Al元素在人体中长期存在容易造成老年痴呆。从医学应用的角度来看，骨植入合金最主要的标准不仅要考虑合金元素的无毒性、耐腐蚀性和成本问题。因此开发无Al等有害元素的钛合金显的至关重要。

无V和Al等有害元素的骨植入钛合金中，Ti-Ta合金是最有应用前景的合金之一。纯钛和纯钽的优异的生物兼容性和优异的耐腐蚀性已被许多医学研究人员广泛认可，与纯Ta相比，Ti-Ta合金更轻更便宜，是替代Ta的优质材料。在目前使用的骨植入材料中，Ti-Ta合金的杨氏模量最低且强度与钴基合金相当。

在Ti-Ta合金粉末冶金过程中，尽管使用了很高的烧结温度(从1200℃到1500℃)，烧结混合的Ti和Ta粉末仍不能完全保证合金的均匀性。因此，Ti-Ta粉末在烧结过程中扩散不充分，导致合金中富Ti和富Ta区域交替分布，利用初始机械合金化方法并随后在低于钛熔点的温度下进行烧结可以有效解决元素分布不均的问题。粉末冶金制备钛合金过程中可通过调节粉末成分和烧结参数来控制孔隙率(孔隙率为5～20％)，从而获得低弹性模量的Ti-Ta合金，从而使其适合用于骨植入体，但却降低了合金表面的强度及抗疲劳性能，甚至孔隙中会残留有化学处理过程中的有害物质，因此如何获得孔隙合适、弯曲强度高、耐腐蚀性好的Ti-Ta合金成为了一个很大的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种陶瓷颗粒增强Ti-Ta基骨植入复合材料及其制备方法，该复合材料的弯曲强度提高，颗粒分布均匀，耐腐蚀性也得到了提高。

为了达到上述目的，本发明提供了一种陶瓷颗粒增强Ti-Ta基骨植入复合材料的制备方法，该方法包含：将质量比为84～88：8：4～8：1～5的碳化二钼或二硼化钛与钛粉、钽粉和羰基镍粉混合均匀，将混合粉与分散剂和磨球按照质量比1：1：1制作成浆料，在-5～-2℃下混合，结束后将浆料与磨球分离，将浆料干燥，在180～240MPa下压制成型；在10^-3～10^-2Pa真空度下进行烧结，先将炉温以10℃/min的升温速率由室温升至600℃后并保温30min，再以10℃/min的速率升温至1250～1300℃并保温60min，最后以-20℃/min的速率降温至室温；将经过烧结的材料于封闭高压设备中，保持温度为850～940℃，通过惰性气体保持压力为90～140MPa，保持2h，随炉冷却至265℃后出炉；然后将材料在900～1200℃下保温40min后水淬火，然后在450～700℃下保温5h后空冷，得到陶瓷颗粒增强Ti-Ta基骨植入复合材料。

优选地，在180～240MPa下压制成型时，保压时间为5min。

优选地，所述碳化二钼或二硼化钛与钛粉、钽粉和羰基镍粉混合采用超声的方式，超声频率为35Hz。

优选地，所述分散剂选用十八烷酸。

优选地，所述磨球选用氧化锆球。