【摘要】： 為了改善鈦金屬植入材料生物活性差,植入體內(nèi)后與骨組織無法形成骨性結(jié)合的不足,本研究引入梯度功能性材料(Functionally Gradient Materials, FGM)的概念,嘗試通過激光快速成形技術(shù)將生物活性陶瓷材料熔覆在純鈦金屬表面制備梯度生物活性涂層材料,篩選適合制備激光快速成形梯度生物活性涂層材料的粉末原料和工藝參數(shù),然后在此基礎(chǔ)上對(duì)成形涂層的物相、微觀組織結(jié)構(gòu)、結(jié)合力、物理、化學(xué)和力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià),期望建立激光制備梯度生物活性涂層材料新方法。為進(jìn)一步研究制備可完全替代和修復(fù)生物體硬組織并應(yīng)用于臨床的功能梯度生物材料打下良好的研究基礎(chǔ)。 研究方法: 1.通過統(tǒng)計(jì)學(xué)正交設(shè)計(jì)和析因設(shè)計(jì)的方法對(duì)激光快速成形工藝參數(shù)和原料粉末進(jìn)行優(yōu)選; 2.通過X射線衍射、掃描電鏡和能譜分析儀,分析激光快速成形梯度生物活性涂層材料微觀組織結(jié)構(gòu)、元素組成和物相成分; 3.根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),對(duì)激光快速成形梯度生物活性涂層材料進(jìn)行結(jié)合力和硬度分析; 研究結(jié)果: 1.激光功率800W,掃描速度200mm/min、送粉量3.0g/min、搭接率為35%的工藝參數(shù)和屑形HA(50-100目)粉末原料適合直接熔覆法制備梯度生物活性涂層,成形的涂層試件宏觀和微觀結(jié)構(gòu)均較佳,未見明顯缺陷存在,晶相定向無序排列,成分從基材到試件表面呈漸變梯度分布。但是,對(duì)試件的元素組成及物相成分檢測(cè)分析表明,Ca元素在成形過程中完全損失,成形后的試件中不能生成預(yù)想的生物活性陶瓷成分,從而無法形成梯度生物活性涂層,對(duì)于如何形成預(yù)想的梯度生物活性涂層必須尋找新的方法。 2.激光功率400W,掃描速度100mm/min、送粉量3.0g/min、搭接率為35%的工藝參數(shù)和80wt%CaHPO4·2H2O +20wt% CaCO3混合粉末原料適合原位合成法制備梯度生物活性涂層。成形涂層物相為生物活性陶瓷TCP,成形的涂層宏觀形貌較佳,未見明顯缺陷存在,掃描電鏡顯示生物活性涂層分為陶瓷層、過渡層以及基材3個(gè)層次,組織為致密的發(fā)達(dá)胞狀晶,大小形狀不規(guī)則,排列方向無序,組織結(jié)構(gòu)從陶瓷層到基材呈梯度變化,涂層的硬度最高為500 HV0.1 ,平均硬度為431.2HV0.1,涂層和基體界面結(jié)合力達(dá)到了40.17 MPa,大于等離子噴涂陶瓷涂層與基材的結(jié)合力。 結(jié)論 以CaHPO4·2H2O和CaCO3粉末為原料,采用激光快速成形原位合成法,在純鈦金屬表面成功制備了梯度生物活性涂層材料,成形涂層的物相、微觀組織結(jié)構(gòu)、結(jié)合力、物理、化學(xué)和力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果均較理想,這表明激光快速成形技術(shù)可以制備梯度生物活性涂層,達(dá)到了預(yù)期目的,并為下一步的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了良好的理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。
【學(xué)位授予單位】：第四軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：R783.1
【圖文】：

性質(zhì)和功能也隨之呈梯度變化，圖1為梯度生物功能材能性梯度材料具有均質(zhì)復(fù)合材料和單純涂層材料無法比擬的連續(xù)分布、形態(tài)以及要素的共扼結(jié)合方式等特征使材料分布形式出現(xiàn)，并可能具有復(fù)數(shù)功能。功能性梯度材料材材料位置不同而變化，強(qiáng)調(diào)材料整體功能最優(yōu)化。它的兩同性能的材料組成，微觀部分的結(jié)構(gòu)形成原子、分子的連了不同材料結(jié)合的性能不匹配因素。比如在陶瓷和金屬之內(nèi)部組成和微細(xì)結(jié)構(gòu)的變化，使兩種材料之間不出現(xiàn)界面具有耐熱應(yīng)力強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度均較好的新功能。與此同時(shí)者袁潤(rùn)章[66]等也提出功能梯度材料的概念并展開研究。采緩和涂層內(nèi)應(yīng)力，適當(dāng)提高涂層厚度，同時(shí)可以解決涂層強(qiáng)度不足的問題，因此，制備生物活性涂層材料成為國(guó)內(nèi)。

c：非球形 HA 粉 d：Y2O3粉末圖 3 不同形貌原料粉末掃描電鏡照片a：?jiǎn)螌訂蔚廊鄹苍嚰叨?b：?jiǎn)螌訂蔚廊鄹苍嚰䦟挾葓D 4 定量金相顯微鏡下單層和單道的剖面

定量金相顯微鏡下單層和單道的剖面

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李慕勤,尚大山,劉冬梅,于立學(xué),任福;電結(jié)晶羥基磷灰石涂層結(jié)構(gòu)的研究[J];中國(guó)表面工程;2003年01期

2 黃衛(wèi)東,李延民,馮莉萍,陳靜,楊海歐,林鑫;金屬材料激光立體成形技術(shù)[J];材料工程;2002年03期

3 李延報(bào),沈鴿,程逵,翁文劍,韓高榮,J.Domingos Santos;生物醫(yī)用鈣磷酸鹽微晶玻璃[J];材料科學(xué)與工程;2001年01期

4 高勃,嚴(yán)曉東,王忠義,陳靜;工藝參數(shù)的匹配對(duì)牙科Ti-Zr合金激光立體成形性的影響[J];第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào);2005年21期

5 汪大林;鈦及鈦合金義齒部件的加工[J];國(guó)外醫(yī)學(xué).口腔醫(yī)學(xué)分冊(cè);1995年01期

6 方芳,閻玉華;β-TCP陶瓷的生物降解過程及機(jī)理探討[J];硅酸鹽通報(bào);2003年04期

7 陳傳忠,王佃剛,徐萍,包全合,張亮,雷廷權(quán);激光熔覆HA生物陶瓷梯度涂層的微觀組織結(jié)構(gòu)[J];中國(guó)激光;2004年08期

8 陳靜;譚華;楊海歐;劉振俠;黃衛(wèi)東;;激光快速成形過程中熔池形態(tài)的演化[J];中國(guó)激光;2007年03期

9 張然,曹獻(xiàn)英;羥基磷灰石生物陶瓷材料的研究概況[J];生物骨科材料與臨床研究;2005年02期

10 劉其斌;朱維東;鄒龍江;鄭敏;董闖;;寬帶激光熔覆工藝參數(shù)對(duì)梯度生物陶瓷復(fù)合涂層組織與燒結(jié)性的影響[J];生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志;2005年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 王勇;鈦合金表面激光合成與熔覆稀土生物陶瓷復(fù)合涂層的研究[D];重慶大學(xué);2002年

本文編號(hào)：2761363