生物醫(yī)用多孔鈦鎳（鈮）合金的制備與性能研究.pdf

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(yīng)、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(xué)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(xué)性能偏高，不匹配的彈性模量往往易產(chǎn)生應(yīng)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(huì)造成植入物與組織間結(jié)合松動(dòng)，終而導(dǎo)致植入失效。
　　針對(duì)以上問題，本研究設(shè)計(jì)出具有良好孔隙性

2、能且實(shí)現(xiàn)與力學(xué)性能最優(yōu)化組合的仿生多孔TiNi合金。為了進(jìn)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(shè)計(jì)與制備、微觀結(jié)構(gòu)、理化性能等方面開展了相應(yīng)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(duì)致密、中等孔隙度和高孔隙度的TiNi合金，并對(duì)各自的工藝影響參數(shù)進(jìn)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(xué)性能，并評(píng)估了TiNi合金的生物學(xué)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(yù)合金粉末燒結(jié)合金更為致密，抗拉強(qiáng)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(huì)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(duì)密度由56.36％增至62.99％，抗拉強(qiáng)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(yù)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(xué)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(xué)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(shí)現(xiàn)與骨組織匹配的力學(xué)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(shí)，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(duì)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(shí)略有升高，當(dāng)Nb含量超過5％后迅速增高?？估瓘?qiáng)度和彈性模量均隨Nb增加亦得到有效提高。同時(shí)，Nb也可適度提高TiNi合金的礦化能力和生物安全性。
　　生物學(xué)性能評(píng)估表明，TiNi合金具有良好的生物安全性和相容性。在骨修復(fù)支架應(yīng)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