[发明专利]一种羟基磷灰石涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程与材料科学，特别涉及一种羟基磷灰石涂层的制备方法。

背景技术

羟基磷灰石是人体硬骨组织的主要无机成分，人工合成的羟基磷灰石在化学 成分和晶体结构方面与人体骨骼组织的主要无机矿物成分基本相同，引入人体后 不易产生排斥现象，因此羟基磷灰在骨修复替代材料中具有广阔应用前景。

但随着研究的深入和临床应用发现：传统等离子喷涂制备涂层过程中，由于 等离子焰流高温作用，羟基磷灰石发生分解生成磷酸三钙、磷酸四钙、氧化钙等 杂质相，而粒子到达基体表面凝固冷却阶段又是一个激冷过程，涂层中存在大量 非晶，快速加热-冷却过程导致涂层的结晶度不足、残余应力过大，这些问题仍 然制约着羟基磷灰石材料体系的应用。

在本发明作出之前，现有的传统等离子喷涂工艺中羟基磷灰石涂层存在着易 分解、结晶度低、残余应力大等难题，特别是结晶度不足的后果最为严重。结晶 度不足的羟基磷灰石植入体内后会被体液迅速溶解，生物稳定性差。ISO13779-2 标准规定羟基磷灰石涂层的结晶度必须大于45％，而传统等离子喷涂羟基磷灰石 涂层结晶度难以满足这一要求，需要通过热处理等后处理步骤以提高涂层的结晶 度，但这又导致晶粒长大或涂层结合强度下降等问题，且工艺复杂、成型成本提 高。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，研制一种羟基磷灰石涂层的制备方法。

本发明的技术方案是：

一种羟基磷灰石涂层的制备方法，其主要技术特征在于步骤如下；

(1)以液料，即钙盐溶液前驱体或羟基磷灰石悬浮液，为进料；

(2)以等离子喷涂或超音速火焰喷涂或普通火焰喷涂热喷涂焰流为加热手段加热 液滴；

(3)通过压力泵或蠕动泵将液料注入焰流中；

(4)液滴进入焰流后，经过分解、蒸发、成核、长大、熔化和加速的全部或部分 过程，沉积到金属基体上形成涂层。

所述步骤(1)中的钙盐为溶于水或有机溶剂的氟化钙、溴化钙、碘化钙、 硝酸钙无机盐。

所述步骤(1)中的溶液前驱体还允许含有磷酸或其它成分。

所述步骤(2)中的焰流温度均在3000℃以上。

所述高温焰流的高速度，达几十到数千m/s。

所述步骤(2)中的液滴是步骤(1)中的进料以射流进入焰流。

所述步骤(3)中的压力泵或蠕动泵的流量范围在mL/min级。

所述步骤(4)中单液滴的全部或部分过程均在微秒级的时间内完成。

所述步骤(4)中的涂层厚度在微米级。

本发明的优点和效果在于在液料喷涂过程中，焰流被水蒸气包围，而水蒸气 有助于提高羟基磷灰石的结晶度，因此液料喷涂相比于常规喷涂方法，羟基磷灰 石涂层的结晶度高。液料热喷涂的粒子比传统热喷涂更小，易于加热，同时溶剂 会消耗部分热源热量，减轻热源对涂层的影响，有利于降低涂层中的残余应力。 液料喷涂羟基磷灰石涂层由细小粒子组成，沉积粒子的尺寸只有常规喷涂粒子的 千分之一到十分之一，涂层结构更加精细，也因此可以制备较薄的微米级涂层。

CN103031508A是一种液料等离子喷涂装置，包括等离子系统和液料输送装 置，液料输送系统包括液料输送动力装置、清洁系统及液料注入系统。用于在基 体上制备出具有纳米结构的陶瓷涂层，液滴经所述等离子射流加热加速后沉积在 所述基体上形成纳米结构的陶瓷涂层。

相比于专利CN103031508A，本发明的目标材料为羟基磷灰石，相比于 CN103031508A的陶瓷涂层，本专利的目标更为具体，应用更为明确。本专利采 用商用的小型压力泵和蠕动泵，无需CN103031508A所需的机械搅拌装置、泄压 阀和清洁装置等，因此具有结构简单、可靠性高等特点。本专利不仅适用于 CN103031508A中的溶液前驱体，还适用于悬浮液；不仅适用于等离子喷涂，也 适用于火焰喷涂、超音速火焰喷涂和爆炸喷涂法。

CN103014801A是一种在钛或钛合金表面电沉积羟基磷灰石涂层的制备方 法。以预处理后的钛或钛合金基片为阴极，以镀铂钛网为阳极，电镀液加热至 40-80℃的恒温，磁力搅拌条件下，采用恒电流或恒电位方式进行电沉积，具有 结晶细致、表面光滑平整且等特点，具有良好的生物活性和力学性能。