用于Ti6Al4V表面生物活性陶瓷涂层材料的设计及制备

摘要

金属基一陶瓷涂层复合材料作为生物医用材料，可以综合金属和陶瓷材料各自的优点。本文设计制备了一系列用于涂覆在 Ti6AI4v 基体表面的生物活性陶瓷涂层材料。在 Gomez 等人研制的生物陶瓷涂层材料的基础上，通过在系统中引入一定量的 B<,2>O<,3>部分替代SiO<,2>、CaF<,2>部分替代 CaO，达到调节陶瓷涂层材料的热膨胀系数及生物活性的目的。 用经验公式计算各个配方的热膨胀系数以减少试验的盲目性，采用熔融法于1350℃熔制生物陶瓷涂层材料。通过将生物活性陶瓷浸泡在 37℃的模拟体液(SBF) 中不同时间后，表面形态和组成的改变来证明陶瓷涂层材料的生物活性。运用热膨胀仪测量各个配方生物陶瓷的热膨胀系数和软化点温度，用 SEM．XRD．ICP，FTIR 和 EDS 等对生物陶瓷涂层材料的形貌、物相组成以及 SBF 浸泡后的表面形貌和成分进行表征。 试验结果表明，系统中引入 B<,2>O<,3> 能够起到调节热膨胀系数的作用，其中6P64-B5-F4 的热膨胀系数为10.1×10<,-6>℃，与Ti6AI4V 的热膨胀系数最为接近；6P64-B11-F4 的热膨胀系数为8.7×10<-6>/℃，与激光氮化后的 TiN 的过渡层的热膨胀系数最为接近。CaF<,2> 的引入使生物陶瓷中出现氟磷灰石相。 模拟体液 (SBF) 浸泡 10 天后，能够在材料表面形成 HCA 层，且氟磷灰石晶粒的出现有助于提高生物陶瓷涂层材料的生物活性。

目录

文摘

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第一章文献综述

1.1生物医用材料

1.2生物材料的分类

1.2.1金属材料

1.2.2高分子材料

1.2.3生物陶瓷材料

1.3生物陶瓷材料的分类

1.3.1生物惰性陶瓷材料

1.3.2可降解生物陶瓷材料

1.3.3生物活性陶瓷材料

1.4生物活性玻璃及玻璃陶瓷

1.4.1生物活性玻璃及玻璃陶瓷的研究现状

1.4.2生物活性玻璃及玻璃陶瓷制备方法

1.4.3生物活性玻璃及玻璃陶瓷的应用

1.5钛合金表面生物活性陶瓷涂层材料

1.5.1羟基磷灰石陶瓷

1.5.2生物活性陶瓷玻璃

1.5.3多层陶瓷涂层

1.5.4钛合金-陶瓷复合材料的发展展望

1.6课题背景及论文

第二章生物活性玻璃-陶瓷涂层材料的设计及制备

2.1引言

2.2试验

2.2.1 Ti6Al4V热膨胀曲线的测定

2.2.2生物活性陶瓷的组成设计

2.2.3热膨胀系数的计算

2.2.4原料与设备

2.2.5工艺过程

2.3测试

2.3.1差示扫描量热法(DSC)

2.3.2热重(TG)

2.3.3热膨胀系数及软化点温度的测试

2.3.4扫描电镜(SEM)

2.3.5 X射线衍射(XRD)

2.4结果与讨论

2.4.1 6P64粉料的热分析

2.4.2热膨胀系数及软化点温度

2.4.3表面形貌(SEM)

2.4.4 X射线衍射(XRD)

2.5本章小结

第三章压制成型并烧结

3.1引言

3.2实验过程及结果

3.2.1压制成型

3.2.2烧结温度的确定

3.3 X射线衍射(XRD)分析

3.4显微硬度的测试

3.5本章小结

第四章生物活性测试

4.1引言

4.2试验方法

4.2.1模拟体液pH值的测量

4.2.2元素浓度检测(ICP)

4.2.3表面形貌(SEM)观察

4.2.4能谱(EDS)检测

4.2.5傅立叶红外光谱(FTIR)检测

4.2.6化学稳定性测量

4.3结果与讨论

4.3.1模拟体液(SBF)pH值

4.3.2元素浓度(ICP)

4.3.3表面形貌(SEM)分析

4.3.4能谱(EDS)分析

4.3.5傅立叶红外光谱(FTIR)分析

4.3.6化学稳定性

4.4本章小结

第五章全文总结

参考文献

发表论文

致 谢