醫(yī)用多孔鈦合金粉末冶金制備技術(shù)的改進(jìn)

鈦合金彈性模量比較接近于實(shí)際骨骼，生物相容性好，又具有比強(qiáng)度高及耐腐蝕性好等特點(diǎn)，成為人體硬組織修復(fù)與替代的理想材料。但是，致密鈦合金的彈性模量仍遠(yuǎn)高于人體骨骼，植入人體后，金屬和骨骼在應(yīng)力的作用下將會發(fā)生不同程度的應(yīng)變，應(yīng)變的不同步使得力不能完全從植入關(guān)節(jié)傳遞到其鄰近的自然骨組織，妨礙骨骼的修復(fù)和自愈，引起骨質(zhì)疏松。與致密材料相比，鈦合金多孔化處理可以大幅降低其模量，使之與周圍骨組織更好地匹配。多孔結(jié)構(gòu)對成骨細(xì)胞的粘附、分化和生長十分有利，骨組織可以長入孔隙中，從而使植入體與骨的結(jié)合強(qiáng)度提高，實(shí)現(xiàn)生物固定。此外，開放的通孔結(jié)構(gòu)有利于體液的傳輸，促進(jìn)組織再生與重建，從而加快痊愈過程。因此，多孔鈦合金目前被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的生物醫(yī)用植入材料。

目前多孔鈦的制備比較廣泛采用粉末冶金法，其具有工藝簡單、成本低、能控制孔隙率及孔徑等優(yōu)點(diǎn)。但是，常規(guī)燒結(jié)法制備的多孔鈦合金，孔隙結(jié)構(gòu)呈非球形，裂紋易在孔隙尖部產(chǎn)生，并且孔隙率低，封閉孔較多及連通性較差。因此，需要對常規(guī)工藝進(jìn)行改進(jìn)。

一，松裝粉末燒結(jié)法

這種方法是將鈦粉或鈦珠松散或經(jīng)過人工振實(shí)后裝置在模具內(nèi)進(jìn)行無壓燒結(jié)，在燒結(jié)過程中粉末或顆粒通過表面張力相互粘結(jié)，從而形成多孔燒結(jié)體。該法所得產(chǎn)品的孔隙率為40%~60%。據(jù)報道，用這種方法，可以制備出表面孔洞分布與人體骨骼表面相近的多孔鈦合金。另據(jù)報道，用此法制備出孔徑分布為300~500μm的多孔Ti-15Mo-5Zr-3A1合金，其彈性模量與人體密質(zhì)骨相匹配，且屈服強(qiáng)度較高。

二，有機(jī)海綿浸漿燒結(jié)法

這種方法是將海綿狀有機(jī)材料切割成所需形狀，然后浸泡在含有鈦合金粉末的料漿中或?qū)⑩伜辖鸱勰┱{(diào)成懸膠體注入開口多孔結(jié)構(gòu)的泡沫塑料中，干燥浸漿海綿使溶劑揮發(fā)，在某一溫度下加熱使有機(jī)海綿體分解或熱解，進(jìn)一步加熱至更高的溫度燒結(jié)金屬體，冷卻后即得到高孔率的具有連通孔隙結(jié)構(gòu)的多孔鈦合金。據(jù)報道，以NiTi預(yù)合金粉末為原料，聚乙烯醇為粘結(jié)劑，以聚氨酯泡沫為模板，經(jīng)反復(fù)浸漬干燥后置于真空燒結(jié)爐中燒結(jié)，可獲得孔隙率為71.83%~63.14%、開孔隙率為71.6%~62.8%的三維網(wǎng)狀的骨架結(jié)構(gòu)的多孔鈦合金。

三，纖維燒結(jié)法