[发明专利]一种梯度复合生物活性陶瓷涂层材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种梯度复合生物活性陶瓷涂层材料，从下至上，依次包括纯钛基体、Ag层、HA/Ag复合层、HA层。其制备方法包括：将纯银浆料涂覆在基体表面，宽带激光熔覆，在基体表面形成Ag层；将含HA和Ag的浆料涂覆在基体的Ag层表面，宽带激光熔覆，在基体的Ag层表面形成HA/Ag复合层；将HA浆料涂覆在试样的HA/Ag复合层表面宽带激光熔覆，完成梯度复合生物活性陶瓷涂层材料的制备。本发明通过引入Ag粉末，设计三层铺粉方案，利用多层宽带激光熔覆工艺，使得HA粉末能够在较低的激光能量密度下熔覆在纯钛表面，制备出与钛基材料形成良好冶金结合的梯度复合生物活性陶瓷涂层，并减少HA在高温环境下的分解。

技术领域

本发明属于生物活性陶瓷材料领域，尤其涉及一种梯度复合生物活性陶瓷涂层材料及其制备方法。

背景技术

钛基金属不具备生物活性，导致钛基金属的人工关节柄部与宿主骨组织不能产生骨性结合，已成为制约其发展的关键问题，需对其表面进行修饰和改性，赋予其一定的生物活性。羟基磷灰石(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂，HA)属于生物活性陶瓷材料，是骨骼的主要无机成分，与骨组织之间具有优异的亲和性，且具有骨诱导性和骨传导性，可以与活体骨组织形成化学键骨性结合。体外试验和临床研究证明，经HA表面涂层处理的人工关节植入体内后，周围骨组织能很快与HA的钙、磷离子形成化学键，在其表面诱导骨细胞的粘附和增殖，形成牢固的化学键结合，起到了良好的生物固定作用。因此，运用表面改性技术对钛基材料表面改性，以获得具备生物活性的陶瓷涂层，是有效地提高钛基材料表面生物性能的有效方法。

然而，陶瓷与钛基材料的线膨胀系数、熔点等热物性参数相差较大，极易在钛基材料和陶瓷涂层之间产生较大的热应力，进而在陶瓷涂层与钛基材料的界面上及陶瓷涂层内部引发裂纹，导致界面结合强度降低，甚至造成陶瓷涂层在临床使用中脱落。并且，目前使用激光熔覆表面改性方法制备的钛基金属人工关节柄生物活性陶瓷涂层存在的问题是：涂层薄、晶粒粗大、裂纹多、致密度低、与基体的结合强度差、生物活性较低，导致生物活性陶瓷涂层的可靠性不能满足要求，在使用中容易造成涂层脱落和钛基金属表面腐蚀，从而引起关节松动、下沉和炎性反应，限制了其在人工关节领域的使用。因此，发展新的人工关节柄生物活性陶瓷涂层制备方法，制备出高性能的生物活性陶瓷涂层，对开发具有优异生物应答特性和服役稳定性高的人工关节柄具有重大的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种梯度复合生物活性陶瓷涂层材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种梯度复合生物活性陶瓷涂层材料，包括钛基体和覆在钛基体表面的梯度复合生物活性陶瓷涂层，所述梯度复合生物活性陶瓷涂层从下至上(相对基体)，依次包括Ag层、HA/Ag复合层、HA层，其中，HA/Ag复合层中Ag含量占10％-40％，HA含量占60％-90％。

上述的梯度复合生物活性陶瓷涂层材料，优选的，所述Ag层厚度为200-240um；所述HA/Ag复合层厚度为180-200um；所述HA层厚度为220-260um。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的梯度复合生物活性陶瓷涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将表面预处理过的纯钛试样块放置在恒温加热台上加热，将纯银浆料涂覆在试样表面，真空干燥，然后进行宽带激光熔覆，在试样表面形成Ag层；

(2)步骤(1)后的试样进行表面预处理，然后放置在恒温加热台上加热，将含HA和Ag的浆料涂覆在试样的Ag层表面，真空干燥，然后进行宽带激光熔覆，在试样的Ag层表面形成HA/Ag复合层；