医用多孔钛合金粉末冶金制备技术的改进

钛合金弹性模量比较接近于实际骨骼，生物相容性好，又具有比强度高及耐腐蚀性好等特点，成为人体硬组织修复与替代的理想材料。但是，致密钛合金的弹性模量仍远高于人体骨骼，植入人体后，金属和骨骼在应力的作用下将会发生不同程度的应变，应变的不同步使得力不能完全从植入关节传递到其邻近的自然骨组织，妨碍骨骼的修复和自愈，引起骨质疏松。与致密材料相比，钛合金多孔化处理可以大幅降低其模量，使之与周围骨组织更好地匹配。多孔结构对成骨细胞的粘附、分化和生长十分有利，骨组织可以长入孔隙中，从而使植入体与骨的结合强度提高，实现生物固定。此外，开放的通孔结构有利于体液的传输，促进组织再生与重建，从而加快痊愈过程。因此，多孔钛合金目前被认为是最有应用前景的生物医用植入材料。 目前多孔钛的制备比较广泛采用粉末冶金法，其具有工艺简单、成本低、能控制孔隙率及孔径等优点。但是，常规烧结法制备的多孔钛合金，孔隙结构呈非球形，裂纹易在孔隙尖部产生，并且孔隙率低，封闭孔较多及连通性较差。因此，需要对常规工艺进行改进。 一，松装粉末烧结法 这种方法是将钛粉或钛珠松散或经过人工振实后装置在模具内进行无压烧结，在烧结过程中粉末或颗粒通过表面张力相互粘结，从而形成多孔烧结体。该法所得产品的孔隙率为40%~60%。据报道，用这种方法，可以制备出表面孔洞分布与人体骨骼表面相近的多孔钛合金。另据报道，用此法制备出孔径分布为300~500μm的多孔Ti-15Mo-5Zr-3A1合金，其弹性模量与人体密质骨相匹配，且屈服强度较高。 二，有机海绵浸浆烧结法 这种方法是将海绵状有机材料切割成所需形状，然后浸泡在含有钛合金粉末的料浆中或将钛合金粉末调成悬胶体注入开口多孔结构的泡沫塑料中，干燥浸浆海绵使溶剂挥发，在某一温度下加热使有机海绵体分解或热解，进一步加热至更高的温度烧结金属体，冷却后即得到高孔率的具有连通孔隙结构的多孔钛合金。据报道，以NiTi预合金粉末为原料，聚乙烯醇为粘结剂，以聚氨酯泡沫为模板，经反复浸渍干燥后置于真空烧结炉中烧结，可获得孔隙率为71.83%~63.14%、开孔隙率为71.6%~62.8%的三维网状的骨架结构的多孔钛合金。 三，纤维烧结法 该法是将一定尺寸的钛纤维放进模具中加压成型后烧结，主要分为制丝、制毡及烧结三个步骤。据报道，以直径200μm的钛纤维为原料，采用该法可制备出以三维空间结构为主的多孔钛，完全成开孔状态，孔隙率为35%~84%，孔隙尺寸为150~600μm。纤维烧结法可制备质量较高的多孔材料，与钛粉末制得的多孔钛相比，用钛纤维制得的多孔钛具有更高的抗冲击性、力学强度及耐腐蚀性能和热稳定性能，孔隙率更高且全部为贯通孔，塑性和冲击韧性也更好。（钢研）