[发明专利]一种NiTi/表面多孔Ti生物梯度复合材料的制备方法

说明书

本发明公开一种NiTi/表面多孔Ti生物梯度复合材料的制备方法，属于生物医用材料制备技术领域。本发明所述方法为在真空环境下按成分配比称取Ti粉和Ni粉后进行机械球磨得到NiTi混合粉末，将Ti粉和NH₄HCO₃粉混合得到Ti‑NH₄HCO₃混合粉末，依次将两种混合粉末分别填入分层组合模具套筒的内层和外层压制生坯，压制好的生坯放入石墨模具中采用放电等离子炉进行烧结，烧结完成后冷却退模即得NiTi/表面多孔Ti生物梯度复合材料。本发明制备的NiTi/表面多孔Ti生物梯度复合材料具有高强度低模量和优异的生物活性，同时梯度合金界面层可抑制Ni离子的溶出，提高了材料的生物安全性。

技术领域

本发明涉及一种NiTi/表面多孔Ti生物梯度复合材料的制备方法，属于生物医用材料制备技术领域。

背景技术

近等原子比的NiTi合金因具有优异的力学性能和生物相容性以及独特的形状记忆性能和超弹性而在医学领域中得到广泛应用。但是在临床应用中发现，NiTi合金的弹性模量（55GPa左右）与人骨弹性模量（3 ~ 20GPa）相比仍然存在不匹配现象，植入人体后容易在骨组织-植入物界面处产生应力-屏蔽效应，导致材料松动或断裂。同时由于合金属于生物惰性材料，与人体组织之间难以形成骨性结合，会降低植入体的使用寿命。纯钛经多孔化处理可使其弹性模量显著降低，且多孔结构可以促进骨组织向内生长和血管化，生物活性明显提高，容易形成稳定的生物固定（骨整合）；但多孔化也会导致纯钛的强度显著下降，无法在人体高承载部位使用，限制了其应用范围。另外，有研究表明NiTi合金长期处于生理体液中会对其有一定的腐蚀作用，腐蚀释放的Ni离子会引发体内生物化学反应对细胞增殖和骨结合产生消极作用。

发明内容

本发明的目的在于解决NiTi医用植入材料在临床应用中存在的问题，提供制备一种NiTi/表面多孔Ti生物梯度复合材料的方法，该复合材料中间基体为致密NiTi，周围为多孔Ti层；通过基体致密NiTi保持材料整体上具有优异的力学性能、耐蚀性能和生物相容性，多孔层则为材料提供良好的生物活性，同时内外层形成的界面可阻碍镍离子溶出，提高植入材料的生物安全性，具体包括以下步骤：

（1）将粒径为15~45μm的Ti粉末和粒径为30~75μm的Ni粉末按照Ti粉末质量百分比为44.93%，Ni粉末质量百分比为55.07%的比例进行称取，进行机械球磨得到NiTi混合粉末；

（2）将粒径为15~45μm的Ti粉末和粒度为300～1000μm、纯度为分析纯的NH₄HCO₃粉末按照Ti粉末质量百分比为85～55%，NH₄HCO₃粉末质量百分比为15～45%的比例称取，混合均匀得到Ti-NH₄HCO₃混合粉末；

（3）将NiTi混合粉末和Ti-NH₄HCO₃混合粉末依次填入分层组合模具套筒的内层和外层，套筒内层尺寸为5~10mm、外层尺寸为12~18mm，然后在的单向压力下将其整体压制成型，退模后即得生坯；

（4）将步骤（3）中制得的生坯装入石墨模具中，然后置于放电等离子烧结炉中进行烧结，烧结过程中系统持续抽真空，烧结完成后冷却即得NiTi/表面多孔Ti生物梯度复合材料。

优选的，本发明所述Ti粉末、Ni粉末的纯度均≥99.5%。

优选的，本发明步骤（1）中机械球磨的条件为：转速为200~500r/min，球料比为2:1~8:1，球磨真空度小于8Pa，球磨时间为6~18h。

优选的，本发明步骤（3）中单向压力为20~50MPa

优选的，本发明步骤（4）中石墨模具的上下冲头具有二级凸台，一级凸台尺寸与坯体保持一致，在烧结过程中上下冲头不与坯体接触。