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文檔簡介
1、近等原子比的TiNi合金,不僅具有與人體骨組織相近的超彈性,還具有特殊的形狀記憶效應、良好的生物相容性和耐磨耐蝕性能,這些性能均使TiNi合金有望作為一種優(yōu)異的骨組織替代材料在生物醫(yī)學領(lǐng)域得到迅速發(fā)展。然而,致密TiNi合金較人體骨組織力學性能偏高,不匹配的彈性模量往往易產(chǎn)生應力屏蔽問題,且致密的植入合金與新生骨組織間接觸面積較小,這些都會造成植入物與組織間結(jié)合松動,終而導致植入失效。
針對以上問題,本研究設計出具有良好孔隙性
2、能且實現(xiàn)與力學性能最優(yōu)化組合的仿生多孔TiNi合金。為了進一步發(fā)掘多孔TiNi形狀記憶合金的其它潛力,本論文圍繞材料設計與制備、微觀結(jié)構(gòu)、理化性能等方面開展了相應研究,采用真空熱壓、真空燒結(jié)和模板浸漬三種方法分別制備相對致密、中等孔隙度和高孔隙度的TiNi合金,并對各自的工藝影響參數(shù)進行了探討,分別研究了三種方法所制備TiNi合金的物相成分、微觀結(jié)構(gòu)特征和力學性能,并評估了TiNi合金的生物學性能。
真空熱壓燒結(jié)能夠制備出高致
3、密度的TiNi合金,合金性能和初始原料粉末的選取密切相關(guān),其中預合金粉末燒結(jié)合金更為致密,抗拉強度677.34MPa,彈性模量5.348GPa;真空燒結(jié)制備出的中等孔隙度的TiNi合金,其性能會隨燒結(jié)溫度有較大范圍的調(diào)整變化,隨著燒結(jié)溫度升高,物相更為均勻,相對密度由56.36%增至62.99%,抗拉強度由72.43MPa明顯提升至160.72MPa;模板浸漬與燒結(jié)工藝相結(jié)合,可制備出具有與人體松質(zhì)骨結(jié)構(gòu)相似的三維聯(lián)通孔隙的高孔隙度Ti
4、Ni合金,合金保留了原始TiNi預合金粉末中的物相成分。
利用不同方法和不同工藝因素可制備出不同性能的TiNi合金,通過調(diào)整孔隙度以獲得良好孔隙性能和力學性能適配的多孔TiNi合金,亦可在較大范圍內(nèi)調(diào)整多孔TiNi合金力學性能來滿足不同植入的需要。尤其是模板浸漬法制備的高孔隙度TiNi合金,不僅易于獲得與人體骨組織相似的孔隙性能,也易于通過模板的選取和料漿中粉末含量的調(diào)整來實現(xiàn)與骨組織匹配的力學性能。
添加第三組元N
5、b元素替代部分Ni以降低Ni的含量,利用真空燒結(jié)制備多孔TiNiNb合金。Nb元素的加入使TiNiNb合金具有與二元TiNi合金較大不同的性能改變。在添加Nb含量為0~10 at.%時,合金主要保證了基體相為TiNi母相,Nb顆粒彌散分布在基體相上。Nb作為Ti的固溶元素,可適度提高TiNiNb合金體系的燒結(jié)活性。隨Nb含量增加,合金的收縮愈加明顯,相對密度由TiNi的71.45%先緩慢增加至Ti50Ni45Nb5的72.89%后,迅速
6、增至Ti50Ni40Nb10的82.96%。在初加入Nb時略有升高,當Nb含量超過5%后迅速增高??估瓘姸群蛷椥阅A烤SNb增加亦得到有效提高。同時,Nb也可適度提高TiNi合金的礦化能力和生物安全性。
生物學性能評估表明,TiNi合金具有良好的生物安全性和相容性。在骨修復支架應用方面,多孔TiNi合金,尤其是模板浸漬法制備的三維通孔TiNi合金具有比致密合金更高的潛質(zhì),其多孔結(jié)構(gòu)使體系的表面能大幅度提升,不僅呈現(xiàn)出良好的磷灰
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