[发明专利]一种钛合金—羟基磷灰石盐生物陶瓷多孔材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种钛合金—羟基磷灰石盐生物陶瓷多孔材料的制备方法，本发明的特点是应用3D打印技术，通过动态调节各熔覆层羟基磷灰石盐粉末与钛合金基体粉末配比值，制备出以钛合金为中心层，钛合金—羟基磷灰石盐过渡层的钛合金—羟基磷灰石盐生物陶瓷多孔材料。本发明因充分发挥了各材料的性能优势又减少了其内部应力，呈现出优良的力学和生物学性能，因此适合于骨组织替代或种植体修复领域。

主权项

1.一种钛合金—羟基磷灰石盐生物陶瓷多孔材料的制备方法,其特征在于应用3D打印技术，通过动态调节各熔覆层羟基磷灰石盐粉末与钛合金基体粉末配比值，用激光熔覆的方式，层层堆积，随着梯度层数的增多，相邻层间组分含量的差异减小，形成高结合度的功能梯度生物材料制备出低钛弹性模量且有利于新骨形成，实现材料与生物骨组织间产生紧密的骨性结合，提高其生物力学相容性的钛合金—羟基磷灰石盐多孔材料，包括以下步骤：（1）钛合金粉末的制备：烧结选用配比为96%Ti+1.5%Zn +2.0%Mg+0.5%Ag（质量分数）平均粒径为21.2μm的Ti，50μm的Zn，75‑120μm的Mg、Ag混合纳米粉在烘干箱里以145℃烘干 10小时，将上述粉末在QM‑3SP4J行星式球磨机里进行机械混粉24小时，粉末混合均匀后对其以80℃烘干1h，得到金属粉末；（2）羟基磷灰石盐粉末的制备:按钙磷原子比1.67称取生物质碳酸钙、磷酸铵盐，将生物质碳酸钙按固液比例1:7与去离子水混合，导入反应器中搅拌均匀，将磷酸铵盐与加水配制成饱和溶液；采用晶体自然生长的方法，能使银、铜、钙和磷酸铵盐与加水配制成饱和溶液基体充分反应融合；将反应器连接好冷凝器和真空泵，所述反应器的温度升高至80℃时通过滴加系统将溶液加入反应器内，滴加时间为40min，滴加完成后继续加热至反应体系温度控制在80℃‑100℃；反应结束将产物用去离子水洗涤，通过恒温干燥箱在110℃下干燥制得羟基磷灰石盐粉末；（3）3D打印模型构建：通过CAD建模，生成3维支架（20mm长，直径20mm），同时生成孔径在200‑700μm的孔洞的模型，然后通过计算机将CAD模型分层，获得模型每一层的截面信息；（4）钛合金基体部分打印：将麦芽糊精粉末溶解于蒸馏水中，比重为1：5（麦芽糊精：水）, 每100ml溶解粘结剂中加入10mg的叠氮化钠（抑制微生物的生长），粘结剂小液滴由喷头喷 出并与金属粉末基结合，对100μm的层厚度，保持粉末的饱和度在60%（无论是构件表层或是核心）进行打印；（5）激光熔覆制备的梯度层数为7层，将钛合金粉末与羟基磷灰石盐粉末按重量百分比分别按88:12、76:24、64:36、1:1、36:64、24:76、12:88的比例配制，然后采用机械混合法使钛合金粉末与羟基磷灰石盐粉末均匀混合，激光参数选择在：激光光斑直径为1mm，送料速率25ml/min,激光功率为500‑800W、激光扫描速率为 7‑11mm/s，得厚度为50μm～105μm，空隙率为 0.51％～0.86％的中间过渡层；（6）更进一步地，激光3D打印成型，激光功率为500W，激光光束扫描速度为10mm/s，离焦量为+25mm，保护气Ar气流量为133ml/s，得到羟基磷灰石盐层；（7）熔覆结束，将三维熔覆件放在白织灯加热的特定热氛围中保持50min，未熔化的粉末通过高压气流吹离支架，从而获得复杂的结构件，形成具有高度开放的多孔结构的材料，去除未熔粉末后，支架被放在氩气保护电子炉中烧结，第一阶加热（10℃/min）温度限制在400℃，然后保持50min以去除粘结剂，第二阶加热温度起始速率为20℃/min，达到最终烧结温度1400℃后保温110min，最后随炉冷却。