[发明专利]一种高强度可降解纳米医用多孔钛镁复合材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种可降解具有人体亲和性且力学性能接近人骨的纳米钛镁复合材料的制备方法，具体来说是一种新型多孔钛镁复合材料，应用于医疗植入领域。本发明提供具有纳米晶粒组织的多孔钛镁复合材料以钛、镁、硅、钒、银为初始组元，其组成可用aTi‑bMg‑cSi‑dV‑eAg‑f（TiC‑SiC‑VC）表示，其中a=40,b=10,c=45,d=3，e=1.5，f=0.5且a+b+c+d+e+f=100，最终通过化学去除法获得高强度医用纳米多孔钛镁复合材料TiMg‑3V‑1.5Ag‑0.5（TiC‑SiC‑VC）钛镁多孔复合材料。形成具有高度开放的多孔结构的纳米材料，使材料具有与人体相近的力学性能，并且镁在植入人体后可缓慢自行降解，为身体原有骨组织向内生长提供可能，促进植入材料与身体原有骨组织的愈合。

主权项

1.一种高强度医用纳米多孔钛镁复合材料的制备方法，其特征是：以钛、镁、硅、钒为组元作为基本材料，将颗粒状材料按照一定的比例混合配制通过异丙醇粘合后直接进行粉末压制形成毛坯，克服了传统金属熔炼产生有毒物质这一缺点;将毛坯通过三叉形模具通道不用取件即可发生反复挤压剧烈塑性变形获得具有纳米晶粒组织的高强度材料；然后将纳米材料置入碱中腐蚀掉硅以形成具有高度开放的多孔结构的纳米材料，且镁在植入人体后可自行降解，为骨组织向内生长，以及置入骨骼与人体骨组织愈合提供可能。

2.根据权利要求1所述的一种高强度医用纳米多孔钛镁复合材料的制备方法，其特征是：本发明提供的具有纳米晶粒组织的多孔钛镁复合材料以钛、镁、硅、钒、银为初始组元，其组成可用aTi‑bMg‑cSi‑dV‑eAg‑f（TiC‑SiC‑VC） 表示，其中a=40,b=10,c=45,d=3，e=1.5，f=0.5且a+b+c+d+e+f=100，最终通过化学去除法获得高强度医用纳米多孔钛镁复合材料TiMg‑3V‑1.5Ag‑0.5（TiC‑SiC‑VC）钛镁多孔复合材料。

3.根据权利要求1所述的一种高强度医用纳米多孔钛镁复合材料的制备方法，其特征是：采用将钛、镁、硅、钒颗粒通过异丙醇粘合后直接放入压力机中压制成型，克服传统金属烧结产生有毒物质这以缺点，镁、钒是人体必须微量元素，且镁具有良好的可降解性，硅在后期可以用碱腐蚀掉以形成具有高度开放的多孔结构的纳米材料，为骨组织向内生长，以及置入骨骼与人体骨组织愈合提供可能，钛的存在使材料具有可靠的机械强度，钒可以和钛很好的结合，使材料具有良好的综合性能，银金属具有广谱抗菌属性，提高了该材料的医用功能。

4.根据权利要求1所述的一种高强度医用纳米多孔钛镁复合材料的制备方法，其特征是：三叉形模具通道反复挤过程中采用三叉形通道，在挤压过程中无需取件即可实现反复挤压，积累足够等效应变，达到晶粒细化,获得具有纳米组织的材料。

5.根据权利要求1所述的一种高强度医用纳米多孔钛镁复合材料的制备方法，其特征是：经过将材料置于碱溶液中腐蚀掉硅后形成具有高度开放的多孔结构的纳米材料，镁在材料植入人体后可以缓慢的自行降解，为骨组织向内生长，以及置入骨骼与人体骨组织愈合提供可能。

6.根据权利要求1所述的一种高强度医用纳米多孔钛镁复合材料的制备方法，其特征是：采粉末压制、三叉通道反复挤压、碱腐蚀形成多孔材料，其制备步骤如下：

（a）按权利要求2提供的金属颗粒初始组元按比例均匀配制，将粉末共混物在氩气填充的手套箱中称重，然后与重量比为1％的异丙醇混合并搅拌3分钟；

随后，将该元素混合物浆料从密封容器中的手套箱中取出并倒入压力机模具入口通道，同时通过背压式冲头阻塞出口通道，将混合物在50MPa下冷压，并在室温下干燥5分钟，使异丙醇蒸发并且颗粒之间的粘附力消失；最终加工成D10mm×68mm的棒状试样；

 (b)按权利要求2提供的金属颗粒组元经过压缩成形，通过三叉形模具通道不用取件即可完成反复剧烈塑性变形获得具有纳米晶粒组织的高强度钛镁复合材料；通道反复挤压加工参数为：冲头的挤压速度为1mm/s，通过旋转三叉形模具6次可累积足够变形获得高强度纳米材料；

 (c）按权利要求2提供的金属颗粒组元形成的棒状试样，在60℃的5L氢氧化钠（NaOH）水溶液中浸泡12小时以除去Si，然后蒸馏温水洗涤并在空气当中干燥24小时，最终获得具有45％孔隙率的多孔钛镁复合材料。

7.根据权利要求1所述的一种高强度医用纳米多孔钛镁复合材料的制备方法，其特征是：本发明形成的具有纳米组织的钛镁复合材料所需三叉形模具通道反复挤压所需载荷低，可以在很低的载荷下实现钛镁复合材料的纳米晶组织。

8.根据权利要求1所述的一种高强度医用纳米多孔钛镁复合材料的制备方法，其特征是：发明所需的制备方法工艺简单，可在简单的金属压力加工设备进行加工，易于批量化生产，可用在医学植入领域做骨骼替换材料。

9.根据权利要求1所述的一种高强度医用纳米多孔钛镁复合材料的制备方法，其特征是：所述碳化钛‑碳化硅‑碳化钒晶须颗粒的制备工艺为：氧化钛‑碳化硅‑碳化钒晶须前驱体材料化学成分及重量百分比为：V₂O₅：25.4～28.2％，Ti：19.6～19.8％，SiO₂：25.4～28.2％，C：20.2～22.6％，Mn：0.1～0.9％，NaCl：1.0～8.1％，将按比例配制的能够生成碳化钛‑碳化硅‑碳化钒晶须的先驱体复合粉末加无水乙醇于球磨机中进行机械化球磨48小时，获得具有200‑600nm晶粒尺寸超细先驱体复合粉末，将粉末装入石墨容器中，在氩气气氛保护和1550℃‑1800℃的温度条件下，保温90min‑180min合成。

10.根据权利要求1所述的一种高强度医用纳米多孔钛镁复合材料的制备方法，其特征在于碳化钛‑碳化硅‑碳化钒增强可降解纳米医用多孔钛镁合金材料，沿挤压流线形成定向排列的碳化钛‑碳化硅‑碳化钒晶须和钛镁合金基体材料组成，晶须直径为200‑800nm。