[发明专利]梯度生物活性陶瓷涂层材料、宽带激光制备法及产品应用

说明书

技术领域：本发明涉及一种梯度生物活性陶瓷涂层材料、宽带激光制备方法及产品应用，属于医用材料的技术领域。

背景技术：生物陶瓷是生物医用材料的重要组成部分，在人体硬组织的缺损修复及重建已丧失的生理功能方面起着重要的作用。生物活性陶瓷涂层的制备技术总的来说可分为干法和湿法两大类，干法中的激光熔覆法是在基底材料表面上预先涂覆一定配比的CaHPO₄2H₂O和CaCO₃混合粉末，然后用CO₂激光加工系统对金属基材进行表面熔覆处理，使合成和涂覆羟基磷灰石(HA)涂层在钛合金表面一步完成。激光熔覆法在制备生物涂层材料方面刚刚起步，但已显示出了巨大的优越性。HA生物陶瓷涂层的机械性能主要依赖于最后烧结产物的烧结密度和显微组织，而宽带激光熔覆工艺参数能深刻地影响生物陶瓷涂层的显微组织及烧结性。因此，本发明人对宽带激光熔覆制备梯度生物陶瓷涂层的技术进行了深入地研究，已经申请并获得了一项发明专利(专利号：2005102000115)。

发明专利2005102000115中提供的梯度生物活性陶瓷涂层的材料为：第一梯度层为钛粉80～70公斤与复合陶瓷粉20～30公斤，第二梯度层为钛粉50～40公斤与复合陶瓷粉50～60公斤，第三梯度层为钛粉20～10公斤与复合陶瓷粉80～90公斤。可见，与人体接触的第三梯度层中钛粉占材料总重量的10～20％。由于金属钛粉的生物活性和生物相容性差，而HA与生物组织有良好的生物相容性。而且从热力学的计算结果来看，必须严格控制钛粉的加入量，才能尽量减少CaTiO₃和CaO的生成量，大幅度提高HA的生成量。因此，在与人体接触的涂层材料中钛粉的含量越低，HA的含量越高，则所制得的生物活性陶瓷的生物活性和生物相容性越好。但为了保证涂层与钛合金TC4之间的物理化学相容性，在与钛合金TC4直接接触的第一梯度层中必须加入一定量的金属钛粉。为此，发明人在专利2005102000115的基础上对梯度涂层成分的比例进行了更深入地研究，优化了各梯度涂层的材料组成。

发明内容：

本发明的目的在于：提供一种梯度生物活性陶瓷涂层材料、宽带激光制备方法及产品应用，这种涂层材料与制法不仅能保证在钛合金的表面形成稳定的生物活性陶瓷涂层，而且所得产品的生物活性和生物相容性明显提高，可用于人体股骨坏死或髋关节、牙缺损的修复，不会发生排异反应，且修复时间较短。

本发明是这样构成的：一种梯度生物活性陶瓷涂层材料，按照重量百分比计算：它由60～0％的钛粉与40～100％的复合陶瓷粉制备而成；其中复合陶瓷粉是由72～80％重量百分比的CaHPO₄·2H₂O与20～28％重量百分比的CaCO₃混合得到的陶瓷粉再加入0.4～0.8％重量百分比的稀土氧化物组成的。

所述的钛粉为20～80μm，复合陶瓷粉为30～50μm，稀土氧化物为1～5μm。

准确地说：复合陶瓷粉是由78％重量百分比的CaHPO₄·2H₂O与22％重量百分比的CaCO₃混合得到的陶瓷粉再加入0.6％重量百分比的稀土氧化物组成的；所述的钛粉为40μm，复合陶瓷粉为36μm，稀土氧化物为4μm。

以上所述的稀土氧化物为CeO₂、La₂O₃或Y₂O₃。

本发明所述梯度生物活性陶瓷涂层的宽带激光制备方法为：将陶瓷粉和稀土氧化物混合，研磨3小时，再与钛粉混合研磨3小时，使之充分混合，得到涂层粉末材料；将配好的涂层粉末材料与粘结剂混合，然后将其预压在钛合金TC4的表面，预压的涂层厚度为0.4～0.6mm；采用宽带激光熔覆工艺，首先在钛合金TC4表面熔覆第一梯度层，清理表面残渣，洗净试样表面，再将制备好的涂层粉末材料预压在钛合金TC4的表面，熔覆第二梯度层，再清理表面残渣，洗净试样表面，然后将制备好的涂层粉末材料预压在钛合金TC4的表面熔覆第三梯度层，最终在钛合金TC4表面制得梯度生物活性陶瓷。