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钛基KTiO涂层表面改性生物医学材料研究

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文摘

英文文摘

第一章绪论

§1-1引言

§1-2生物医学材料的发展概况

1-2-1生物医学材料的应用

1-2-2生物医学材料的分类

§1-3钛及其合金的性能与应用

1-3-1钛金属性能概述

1-3-2钛合金生物相容性概述

1-3-3医用钛及其合金的研究与应用

§1-4医用钛及其合金的研究热点与趋势

1-4-1新型β钛合金

1-4-2钛合金的表面改性

1-4-3发展趋势

§1-5本研究的工作内容

第二章实验材料、设备及方法

§2-1实验材料

2-1-1基体制备用原材料

2-1-2防污染坩埚涂层制备用原材料

2-1-3钛基体表面功能涂层制备用原材料

2-1-4模拟体液培养用试剂

2-1-5细胞培养试验用试剂

§2-2实验仪器及设备

2-2-1材料制备及性能测试用仪器及设备

2-2-2表面活化、模拟体液试验用仪器及设备

2-2-3细胞培养试验用仪器及设备

2-2-4组织结构观察与成分分析用仪器及设备

§2-3实验工艺与方法

2-3-1钛合金基体的制备

2-3-2钛酸钾晶须的制备

2-3-3钛合金基K2TinO2n+1涂层复合材料的制备

2-3-4模拟体液(SBF)培养试验

2-3-5细胞培养实验

第三章钛基体的制备及显微组织分析

§3-1钛基体熔炼技术发展简介

§3-2.钛合金的成分设计

§3-3钛合金的真空感应熔炼

§3-4非自耗真空电弧凝壳炉熔炼钛合金

第四章K2T inO 2n+1表面改性功能涂层

§4-1引言

§4-2 KDC法制备钛酸钾晶须

4-2-1四钛酸钾晶须的制备

4-2-2六钛酸钾晶须的制备

4-2-2钛酸钾晶须反应机制

§4-3钛合金基钛酸钾晶须涂层的制备

4-3-1钛酸钾涂层的制备

4-3-2表面粗糙度对涂层结合强度的影响

§4-4钛酸钾涂层的原位生长机理

第五章表面改性材料的模拟体液培养

§5-1四钛酸钾涂层SBF培养

5-1-1 SBF培养沉积层的微观形貌和成分分析

5-1-2 K2TinO2n+1诱导HA沉积机理

§5-3六钛酸钾涂层SBF培养

第六章表面改性材料的细胞培养

§6-1细胞培养实验概述

§6-2四钛酸钾涂层细胞培养实验结果分析

6-2-1四钛酸钾涂层的显微观察与SEM形貌分析

6-2-2四钛酸钾涂层的细胞生长曲线测定

§6-3四钛酸钾涂层细胞培养机理分析

§6-4六钛酸钾涂层细胞培养实验结果与分析

结论

创新点

参考文献

致谢

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摘要

新型β钛合金和钛合金表面改性是当今钛系生物医学材料研究的两个热点,其目的是使材料的力学性能和生物相容性满足生物医学材料的要求.本研究尝试以新型β钛合金为基体,结合表面改性技术制备钛基K<,2>Ti<,n>O<,2n+1>涂层复合材料,并对复合材料的组织形貌、相组成和生物相容性进行了观察、分析和评估.新型β钛合金采用合金设计的理念确定合金成分和含量,所设计的Ti-15Nb-3Fe合金具有较好的力学性能和较低的弹性模量,适宜作为生物医学复合材料的基体.钛合金表面改性采用表面涂覆烧结法原位合成K<,2>Ti<,n>O<,2n+1>涂层,涂层的结合强度由涂层合成反应和物理嵌合力而得到保证.本文利用真空感应熔炼炉和非自耗真空电弧凝壳炉尝试熔炼钛合金,并对钛合金的组织和性能进行观察分析和测试.本研究分析了导致钛合金严重污染的原因,并对熔炼坩埚进行改进,制备了防污染涂层,发现采用真空感应熔炼炉熔炼的钛合金由于附加氧污染依然较脆,不能作为基体使用.作者对非自耗真空电弧凝壳炉熔炼的钛合金进行了显微组织结构和成分分析,并对Ti合金进行热锻加工以满足医用钛合金的力学性能要求.作者对钛酸钾晶须的制备工艺进行了探索,分析了不同原料配比及反应温度对晶须相组成、形态和尺寸的影响.当K<,2>CO<,3>和TiO<,2>摩尔比为1:4时,在1000℃下烧结1小时可制得较高质量的四钛酸钾晶须,;当K<,2>CO<,3>和TiO<,2>摩尔比为1:5.5时在1000℃下烧结1小时制得了较高质量的六钛酸钾晶须.通过优化钛酸钾晶须制备工艺参数,在钛合金表面原位合成了钛酸钾表面功能涂层.在成功制备原位钛酸钾/钛合金生物材料的基础上,分析了基体表面氧化层对原位合成反应的作用以及固相生成与液相、气相逃逸同步进行的反应机理,并探索了基体表面粗糙度对涂层结合强度的影响.本研究采用模拟体液培养试验评价钛酸钾功能涂层的生物活性,对涂层表面进行形貌观察和成分分析.作者分析了涂层诱导沉积钙磷的机理并比较了涂层表面性能以及钛酸钾晶体的不同结晶结构对诱导钙磷沉积能力的影响.本研究通过细胞培养实验评价复合材料的细胞毒性,比较了细胞在不同材料表面的吸附、生长状态并分析了细胞培养机理.四钛酸钟涂层和六钛酸钾涂层表面均有细胞吸附、生长,没有表现出细胞毒性.

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