改良的酸—碱两步法纯钛表面生物活化

摘要

本文通过改良的酸碱两步法工艺对钛进行表面处理,以模拟体液浸泡的结果作为评价改性后钛表面生物活性的指标,研究了工艺参数对生物活性的影响规律。通过XRD、AFM、SEM和EDS等分析测试手段表征了改性后钛表面的物相组成、粗糙状态、形貌以及成分。采用垂直拉伸法测试了SBF中浸泡后钛表面Ca-P涂层与基体的结合强度。综合生物活性与结合强度最终确定最佳的活化工艺。改良的酸碱两步法工艺分为酸处理和混合碱热处理两步。最佳的酸处理工艺为18％盐酸和3%氢氟酸以3:1的体积混合的溶液在25℃下处理5min;最佳的混合碱热处理工艺为5mol/LNaOH和0.02mol/LCa(OH)2的混合溶液在90℃下处理24小时,随后于600℃下保温1h。改良的酸碱两步法工艺可缩短Ca-P涂层生成的时间,在37℃的SBF中浸泡结果表明浸泡1天表面即可生成HA涂层,涂层完整,颗粒细小均匀,Ca/P为1.61接近人体骨的1.67。正拉伸结果表明涂层与基体的结合强度为23.35MPa～25.42MPa。钛经改良的酸碱两步法工艺处理后,钛表面呈网状多孔结构,表面物相主要为金红石、CaTiO3和少量的锐钛矿,将活化处理后的钛试样放入模拟体液中,表面发生水解反应,生成带负电的Ti-OH基团同时向溶液中释放Ca2+,即提高了钛表面的OH-含量和电负性,又使表面附近的Ca2+、PO43-和OH-溶度积增加,达到一定的过饱和度,为羟基磷灰石的形核提供有利条件。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 人体骨的基本结构

1.3 钛基体材料

1.4 羟基磷灰石（HA）涂层

1.5 钛和钛合金表面的生物活化方法

1.6 酸-碱两步法生物活化机理研究现状

1.7 本文研究的目的与研究内容

第2章 实验材料、设备和方法

2.1 实验材料

2.1.1 实验用的钛基体材料

2.1.2 钛表面活化处理用试剂

2.1.3 模拟体液浸泡用试剂

2.2 实验用仪器及设备

2.2.1 表面活化用仪器及设备

2.2.2 组织结构观察、成分分析及测定抗拉强度用设备及仪器

2.3 实验方法

2.3.1 工艺流程

2.3.2 钛试片的制备

2.3.3 钛表面酸碱两步法处理

2.3.4 模拟体液浸泡方案

第3章 酸碱处理对钛表面的影响

3.1 引言

3.2 酸处理对钛表面的影响

3.2.1 表面粗糙度分析

3.2.2 表面形貌分析

3.3 混合碱处理对酸处理后钛表面的影响

3.3.1 混合碱处理温度对钛表面的影响

3.3.2 SBF 中浸泡结果

3.3.3 钛表面活性层形成机理的探讨

3.4 本章小结

第4章 热处理工艺对酸碱处理后钛表面的影响

4.1 引言

4.2 热处理温度对酸碱处理后钛表面的影响

4.2.1 表面形貌分析

4.2.2 表面物相分析

4.2.3 SBF 中浸泡结果

4.3 热处理时间对混合碱处理后钛表面的影响

4.3.1 表面物相分析

4.3.2 表面形貌分析

4.3.3 SBF 中浸泡结果

4.4 讨论

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢