专利名称：一种生物陶瓷涂层材料的制备方法
专利说明一种生物陶瓷涂层材料的制备方法 本发明涉及一种生物陶瓷涂层材料的制备方法。Ti合金是一种承受载荷的硬组织修复与替换材料。由于Ti合金是生物惰性材料，植入体内后，金属-骨界面不能稳定结合，这是造成植入体脱落的主要原因。同时，由于长期与人体液接触，易发生腐蚀、磨损和疲劳等问题。通过对Ti合金表面改性，制备一层生物陶瓷涂层，可以较好地解决上述问题。表面改性的方法主要有等离子喷涂和激光熔覆法。等离子喷涂是目前最广泛并已临床应用的钛及其合金表面涂层的方法，此法制备的生物陶瓷涂层具有较高的界面结合强度，约为30MPa，但在喷涂过程中高温使涂层结晶度降低，并出现杂质相，同时冷却时基体与涂层内部会存在较高的残余应力，产生裂纹，植入体内后涂层易脱落、溶解；激光熔覆法能获得含HA等钙磷基复合相结构，涂层与基体界面为冶金结合，强度较高，但不适用表面复杂的基体。为了解决上述问题，在Ti合金基体表面制备厚度均匀的生物陶瓷涂层，特提出本发明为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括纯Ti片的预处理、纯Ti片与反应溶液的燃烧反应及水热处理，具体技术参数如下将纯Ti片放入强碱性溶液中在60～80℃处理24h以上，生成Ti-OH集团，使其在随后的过程中生成一薄且致密的活性TiO过渡层；干燥；将预处理的Ti片连同燃烧反应溶液快速升温至600～1100℃，升温速度50～150℃/min，保温10～30min后，冷却至室温；加入强碱性溶液，pH值为10～13，升温至100～300℃，保温2～15h，生成纯羟基磷灰石生物陶瓷涂层材料。
所述的燃烧反应溶液为用化学分析纯Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4，混合后Ca/P比为1.5～3.0，将两者混合研磨，滴入浓HNO3，使浓HNO3体积含量为85％，室温搅拌使之澄清，加入燃烧剂尿素反复搅拌。
本发明所述的燃烧反应溶，还可以添加助燃剂硝酸盐。
本发明通过燃烧溶液中的燃烧剂和助燃剂的控制，提高基体与界面结合强度；本发明工艺简单；反应速度快，生产率高；设备要求低；涂层结晶度高；不受基体形状和大小的限制，适用于表面复杂的基体；强度有较大的提高，可达到32.66MPa。
图1是本发明的工艺流程图。实施例1将纯Ti片放入NaOH溶液中在60℃处理48h；纯Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4，Ca/P比为3.0，和助燃剂NH4NO3配制燃烧反应溶液。将Ti片连同反应溶液快速升温至600℃，升温速度150℃/min，保温10min，冷却至室温。在高压釜中水热处理，加入氨水溶液，pH值为10，升温至300℃，保温2h；生成纯羟基磷灰石生物陶瓷涂层材料。涂层与基体界面结合强度为23.45MPa。
实施例2将纯Ti片放入KOH溶液中在80℃处理24h；纯Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4按Ca/P比为2.0配制燃烧反应标准溶液。将Ti片连同反应溶液快速升温至1100℃，升温速度100℃/min，保温30min，冷却至室温。在高压釜中水热处理，加入KOH溶液，pH值为11，升温至200℃，保温8h；生成纯羟基磷灰石生物陶瓷涂层材料。涂层与基体界面结合强度为18.23MPa。
实施例3将纯Ti片放入氨水溶液中在70℃处理36h；纯Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4(Ca/P比为1.5)和助燃剂KNO3配制燃烧反应溶液。将Ti片连同反应溶液快速升温至700℃，升温速度50℃/min，保温15min，冷却至室温。在高压釜中水热处理，加入NaOH溶液，pH值为13，升温至100℃，保温15h；生成纯羟基磷灰石生物陶瓷涂层材料。涂层与基体界面结合强度为26.78MPa。
实施例4将纯Ti片放入NaOH溶液中在65℃处理72h；纯Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4(Ca/P比为1.7)和助燃剂NaNO3配制燃烧反应溶液。将Ti片连同反应溶液速升温至900℃升温速度100℃/min，保温20min，冷却至室温。在高压釜中水热处理，加入氨水溶液，pH值为12，升温至250℃，保温4h；生成纯羟基磷灰石生物陶瓷涂层材料。涂层与基体界面结合强度为32.66MPa。
权利要求
1.一种生物陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于本发明包括纯Ti片的预处理、纯Ti片与反应溶液的燃烧反应及水热处理，具体技术参数如下将纯Ti片放入强碱性溶液中在60～80℃处理24h以上，生成Ti-OH集团，使其在随后的过程中生成一薄且致密的活性TiO过渡层；干燥；将预处理的Ti片连同燃烧反应溶液快速升温至600～1100℃，升温速度50～150℃/min，保温10～30min后，冷却至室温；加入强碱性溶液，pH值为10～13，升温至100～300℃，保温2～15h，生成纯羟基磷灰石生物陶瓷涂层材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征要于所述的燃烧反应溶液为用化学分析纯Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4，混合后Ca/P比为1.5～3.0，将两者混合研磨，滴入浓HNO3，使浓HNO3体积含量为85％，室温搅拌使之澄清，加入燃烧剂尿素反复搅拌。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于述的燃烧反应溶，还可以添加助燃剂硝酸盐。
全文摘要
一种生物陶瓷涂层材料的制备方法。本发明采用的技术方案包括纯Ti片的预处理、经预处理的纯Ti片与反应溶液的燃烧反应及水热处理，生成纯羟基磷灰石生物陶瓷涂层材料。本发明通过燃烧溶液中的燃烧剂和助燃剂的控制，提高基体与界面结合强度；本发明工艺简单；反应速度快，生产率高；设备要求低；涂层结晶度高；不受基体形状和大小的限制，适用于表面复杂的基体；强度有较大的提高，可达到32.66MPa。
文档编号A61L27/00GK1485462SQ02139649
公开日2004年3月31日 申请日期2002年9月28日 优先权日2002年9月28日
发明者刘咏, 周科朝, 刘芳, 刘 咏 申请人:中南大学