[发明专利]一种复合超声振动高压扭转制备多孔钛基复合材料的方法

说明书

本发明涉及一种复合超声振动高压扭转制备多孔钛基复合材料的方法，尤其是涉及一种结合高压扭转法和超声振动的方法制备纳米级可再生抗菌医用多孔钛基复合骨骼材料的方法。通过适当调整压头的转速、下压力、扭压时间、扭压次数以及超声振动的振动频率和振幅，可制备出和晶粒细化程度均匀的块体纳米级可再生抗菌医用多孔钛基复合骨骼材料。

技术领域

本发明涉及一种复合超声振动高压扭转制备多孔钛基复合材料的方法，尤其是涉及一种结合高压扭转法和超声振动的方法制备纳米级可再生抗菌医用多孔钛基复合骨骼材料的方法。通过适当调整压头的转速、下压力、扭压时间、扭压次数以及超声振动的振动频率和振幅，可制备出和晶粒细化程度均匀的块体纳米级可再生抗菌医用多孔钛基复合骨骼材料。

背景技术

钛，化学符号Ti，原子量47.867，比重4.506-4.516，熔点1668±4°C。钛是一种银白色的过渡金属，具有良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低密度，储量在所有元素中居第十位。在各方面有着广泛的应用，尤其是在医学方面可用于制作义肢、骨科移植与填充物等。多孔钛具有耐腐蚀性，自洁性，此外还具有很高的生物相容性。此前，Arensburger等研究室温下多孔钛在20%盐酸、20%和40%硫酸中腐蚀性能，发现多孔钛具有良好的耐腐蚀性，并且通过对多孔钛的氮化，显著提高了其在20%盐酸溶液中的耐腐蚀性能。多孔钛可用于制作过滤与分离元件、流体分布元件以及充当电极材料、医用骨骼材料。

据悉，此前临床医学应用的生物材料有医用高分子材料、医用无机材料以及医用金属材料。强度，生物亲和度以及耐腐蚀性是衡量生物医用材料的三个至关重要的性能指标。在临床应用中往往同时需要高强度，高生物亲和度以及高耐腐蚀性。例如人工制造的颅骨，既要有很好的生物亲和性和耐腐蚀性，又要有很高的强度。然而，在常规金属材料中这三种性能往往相互抵触，不可兼得。纯金属钛具有较为良好的耐腐蚀性，生物亲和性和抗疲劳性，有较好的应用前景。实现金属钛的强度，耐腐蚀性，生物亲和度的进一步提高是一项长期以来有待解决的重大科学难题。现有加工工艺通过烧结方法制备多孔钛，但是这样制备的多孔钛孔隙的孔径和形态不能得到控制，制得的是孔壁光滑的不规则的孔，不同程度的降低钛的强度、生物亲和度以及耐腐蚀性。有机泡沫浸渍法制得的多孔钛孔隙率高，但是有很多的空隙被堵塞，降低了多孔钛生物亲和度。目前，添加造孔剂材料法，制得的多孔钛各方面性能比较良好，但是对造孔剂材料得选择极为严格。

针对金属钛性能有待提高和目前制备的多孔钛的性能下降或者是条件高的问题，虽然现有提出制造多孔钛的发明专利，但是由于几何尺寸和性能的限制，不能广泛的应用于临床医学。

如前面所述方法一样，其它方法也有不同的缺陷。与本发明相关的还有如下文献：

1.C.Y. Lin, T. Wirtz, F. LaMarca, S.J. Hollister, Structural andmechanical evaluations of a topology optimized titanium interbody fusion cagefabricated by selective laser melting process, J. Biomed. Mater. Res. A 83(2007) 272–279

主要描述了采用选择性激光融化工艺制备的新型多孔钛优化骨架结构，并对其结构和力学性能进行评价。

2. D.K. Pattanayak, A. Fukuda, T. Matsushita, M. Takemoto, S.Fujibayashi, K. Sasaki, N. Nishida, T. Nakamura, T. Kokubo, Bioactive Timetal analogous to human cancellous bone: fabrication by selective lasermelting and chemical treatments, Acta Biomater. 7 (2011) 1398–1406.