鎳鈦合金表面多層薄膜的制備研究與評(píng)價(jià).pdf

1、鎳鈦形狀記憶合金現(xiàn)已逐漸用于制作人體硬組織植入體，作為人體植入材料，鎳鈦合金存在以下兩個(gè)問題：一、彈性模量與自然骨相差懸殊，生物力學(xué)相容性欠佳，容易造成應(yīng)力集中和骨吸收的不良后果；二、成分和組織結(jié)構(gòu)與人骨截然不同，其具有生物惰性，植入體內(nèi)只是一種機(jī)械嵌連性的骨整合。因此，對(duì)鈦及其合金進(jìn)行表面改性十分必要。 類金剛石薄膜的研究近年發(fā)展迅速，對(duì)醫(yī)用金屬材料而言，單采用物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備的DLC薄膜性能還不能滿足植入物

2、的需要，薄膜與醫(yī)用金屬材料之間的結(jié)合力差，主要由于薄膜與基體不同的熱膨脹性能而導(dǎo)致膜基之間存在很高的內(nèi)應(yīng)力，從而導(dǎo)致應(yīng)用過程中薄膜出現(xiàn)剝落、起皺等現(xiàn)象。對(duì)此，本實(shí)驗(yàn)采用人們提出的過渡層技術(shù)，利用雙放電腔微波-ECR等離子體源，結(jié)合復(fù)合PVD的方法，先后在NiTi基體上沉積Si和Si/α-C：H過渡層，然后制備類金剛石薄膜，以期找到一個(gè)合理的工藝參數(shù)來指導(dǎo)類金剛石的制備。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)沉積時(shí)間在60min左右時(shí)可獲得具有最好結(jié)合強(qiáng)度的梯

3、度薄膜，而超過或低于這個(gè)時(shí)間值會(huì)導(dǎo)致膜基結(jié)合強(qiáng)度降低。 羥基磷灰石被認(rèn)為是目前生物相容性最好的生物陶瓷之一，但國(guó)內(nèi)外的研究以單一HA涂層居多。由于金屬基體與涂層間的膨脹系數(shù)不匹配，加熱或冷卻過程中會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，使涂層的附著強(qiáng)度受到一定的限制。因此，提高涂層的結(jié)合強(qiáng)度，確保其在體內(nèi)的穩(wěn)定存在，使材料能夠滿足臨床應(yīng)用的需求是急需解決的問題。如在鎳鈦合金表面形成氧化鈦薄膜而形成的陶瓷層，可有效地改善腐蝕性能和磨損性能，更重要的是在人

4、體與合金中的鎳離子之間形成一道屏障，防止鎳離子進(jìn)入人體。本工作先后利用溶膠-凝膠法制備了氧化鈦和羥基磷灰兩種薄膜，然后結(jié)合氧化鈦和羥基磷灰石各自的優(yōu)點(diǎn)，制備二氧化鈦/羥基磷灰石的生物活性薄膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：HA/TiO2/NiTi體系比純HA/NiTi體系的結(jié)合強(qiáng)度有著良好的腐蝕性能及結(jié)合強(qiáng)度。 研究結(jié)果表明，無論是在制備類金剛石薄膜還是制備羥基磷灰石薄膜時(shí)，在薄膜之間引入過渡或緩沖層來減小薄膜與基體之間的應(yīng)力差距是有必要的。