微弧氧化法制备磷酸钙钛陶瓷膜层的研究

摘要

钛及其合金具有良好的力学性能和生物相容性，是当前医用材料研究的热点。本论文在偏磷酸盐体系中利用微弧氧化法在钛基体上原位合成了磷酸钙钛(CaTi4(PO4)6，简称CTP)生物活性陶瓷涂层。这一方法制备的膜层不仅具有好的力学性能及生物学性能，而且彻底解决了涂层与基体间界面稳定性和涂层制备方法适应性的问题。 本论文研究了不同电解液参数及工艺参数对CTP膜层的影响，并用仿生溶液对其生物活性进行了考察，初步探讨了CTP生物活性陶瓷涂层的形成机理及其表面诱导生成类骨材料羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2，英文名称Hydroxyapatite，简称HAp)的机理。 实验结果表明：电解液中PO3-浓度和Ca/P比分别为25g/L和1:6、电流密度为15 A/dm2时，可得到孔洞分布均匀且CTP结晶较好的陶瓷膜层，而电解液起始温度、反应温度及极距对陶瓷膜层形成影响不大；CTP陶瓷膜经碱处理后在HAp诱导沉积液中浸泡生成了生物活性物质HAp；用NaOH调节HAp诱导沉积液的pH值和用NaHCO3调节HAp诱导沉积液的组成均可使CTP陶瓷膜表面在6天内生成HAp；通过改变组成将HAp诱导沉积液的pH值调为6.80时生成的晶型反而不如用NaOH调节其pH值为6.50时的晶型，这是由于NaHCO3的碱性较NaOH弱，提供HAp形成所必需的OH能力相应较差，使得在相同的时间内HAp晶型形成得稍不完整。 通过探讨Ca、P元素进入膜层的方式得出，当微弧氧化膜层被击穿时，由于电势瞬间降低，其对溶液中Ca2+的排斥随之降低而使Ca2+沿着击穿放电通道迅速扩散到微弧氧化膜层处，还有一部分Ca2+与偏磷酸盐形成络合阴离子，在电场力作用下向阳极移动。这些Ca2+与原来就富集在阳极表面的PO3-离子、基体钛发生反应，生成CaTi4(PO4)6等钙磷化合物。CTP膜层在HAp诱导沉积液中诱导HAp生成的能力与CTP的表面成分、结构及HAp诱导沉积液的成份有着密切关系。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1生物医用材料

1.1.1生物医用材料的概况及分类

1.1.2硬组织修复材料

1.2微弧氧化法

1.2.1微弧氧化法的基本原理和过程

1.2.2微弧氧化法的技术特点及应用领域

1.3磷酸钙钛生物陶瓷

1.4本论文的研究方法及研究内容

第二章实验材料与研究方法

2.1实验材料

2.2实验设备

2.2.1微弧氧化实验

2.2.2生物活性考察实验

2.3实验方法

2.3.1微弧氧化实验

2.3.2生物活性考察实验

2.4表征手段

2.4.1膜层表面成分分析

2.4.2膜层表面物相分析

2.4.3膜层表面及截面形貌分析

2.4.4陶瓷膜结合强度测试

第三章微弧氧化条件对膜层形成的影响

3.1电解液浓度对膜层形成的影响

3.2电解液起始温度对膜层形成的影响

3.3电解液反应温度对膜层形成的影响

3.4电流密度对膜层形成的影响

3.5极距对膜层形成的影响

3.6微弧氧化膜层与基体的结合强度

3.7微弧氧化膜层的截面形貌及元素分布

3.8本章小结

第四章磷酸钙钛膜层的生物学性能

4.1浸泡前碱处理对膜层生物活性的影响

4.1.1碱处理液浓度对CTP陶瓷膜诱导HAp沉积的影响

4.1.2碱处理液温度对CTP陶瓷膜诱导HAp沉积的影响

4.1.3碱处理时间对CTP陶瓷膜诱导HAp沉积的影响

4.2 HAp诱导沉积液对CTP膜层生物活性的影响

4.2.1 HAp诱导沉积液的pH值对CTP膜层生物活性的影响

4.2.2 HAp诱导沉积液的组成对CTP膜层生物活性的影响

4.3本章小结

第五章CTP形成及HAp生成的机理初探

5.1机理研究沿革

5.2 Ca、P元素进入微弧氧化膜层形成CTP的机理

5.3 CTP陶瓷膜诱导沉积HAp的机理

5.4本章小结

第六章结论

6.1微弧氧化条件对膜层形成的影响

6.2磷酸钙钛膜层的生物学性能

6.3 CTP形成及HAp生成的机理初探

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果