高能球磨冷壓燒結(jié)制備TNZS基生物醫(yī)用材料組織與性能的基礎(chǔ)研究.pdf

1、先進生物醫(yī)用金屬材料是國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展的優(yōu)先主題。本文以制備生物醫(yī)用鈦基材料為研究背景，采用“高能球磨（機械合金化）-冷壓燒結(jié)”方法制備了Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn(TNZS)、5wt.％ TiO2/TNZS和5wt.％ HA/TNZS生物醫(yī)用材料，并對其微觀組織、基礎(chǔ)理化性能、力學(xué)性能、摩擦學(xué)性能、體外組織相容性及體外血液相容性進行研究。所開展的工作與取得的創(chuàng)新成果如下:
　　研究了TiO2和HA的添加對TNZS

2、混合粉末及燒結(jié)體的微觀組織、物相、孔隙特征的影響。研究表明:經(jīng)48 h高能球磨后的TNZS、TiO2/TNZS及HA/TNZS混合粉末都發(fā)生一定程度的機械合金化;燒結(jié)后TNZS的相組成為α-Ti和β-Ti，TiO2/TNZS的相組成為α-Ti、β-Ti、金紅石TiO2和銳鈦礦TiO2，HA/TNZS的相組成除α-Ti、β-Ti、HA外，還有Ti2O、CaTiO3、CaO和TixPy新相生成;三種TNZS基生物材料的面成分均勻，但局部區(qū)域

3、成分及各相晶粒尺寸不均勻;三種TNZS基材料孔隙率分別為2.466％、5.030％和13.027％，大多屬于小尺寸孔隙。
　　研究了TNZS、TiO2/TNZS及HA/TNZS生物鈦基材料的基礎(chǔ)理化力學(xué)性能。研究表明:三種TNZS基材料的表面粗糙度分別為0.1829μm、0.2203μm和0.3610μm，HA/TNZS的表面粗糙度最高;三者的顯微硬度均值分別是525.43HV、551.23HV和479.27 HV，TiO2/TN

4、ZS的顯微硬度均值最高;TNZS和TiO2/TNZS的抗腐蝕性能優(yōu)于HA/TNZS（自腐蝕電位-0.4692 V、-0.0891V和-0.5606 V，腐蝕電流密度9.66×10-8 A/cm2、6.02×10-7 A/cm2和1.16×10-6 A/cm2）;TNZS、TiO2/TNZS和HA/TNZS的彈性模量分別為64.00 GPa、103.93 GPa和119.43 GPa。
　　研究了TNZS、TiO2/TNZS與HA/

5、TNZS生物鈦基材料在干摩擦與人工體液條件下的摩擦學(xué)行為。研究表明:在干摩擦條件下，三者的摩擦系數(shù)分別是0.4323、0.5643和0.4338，平均磨痕寬度分別是0.33 mm、0.26 mm與0.18 mm，TiO2/TNZS和HA/TNZS生物材料的耐磨性要優(yōu)于TNZS;在人工體液條件下，三者的摩擦系數(shù)分別是0.3309、0.4301和0.3840，平均磨痕寬度分別是0.27mm、0.19mm與0.17mm，TiO2/TNZS和H

6、A/TNZS生物材料的耐磨性仍優(yōu)于TNZS，而三者在人工體液條件下的摩擦系數(shù)與磨損程度都顯著低于干摩擦下的摩擦系數(shù)與磨損程度。
　　研究了TNZS、TiO2/TNZS及HA/TNZS生物鈦基材料的體外組織相容性。研究表明:三種TNZS基生物材料均無細胞毒性，滿足醫(yī)用植入材料的毒性安全要求;TiO2/TNZS和HA/TNZS表面在1d、3d、5d和7d的細胞相對增殖抑制率CPIR值大幅低于TNZS組，TiO2和HA的添加顯著提高了T

7、NZS材料表面的細胞增殖速度，增強了其細胞增殖能力，更有助于誘導(dǎo)成骨細胞的體外增殖;三種TNZS基材料表面貼附的成骨細胞偽足伸展狀態(tài)良好，而TiO2/TNZS表面貼附的成骨細胞分布更加均勻。
　　研究了TNZS、TiO2/TNZS及HA/TNZS三種生物鈦基材料的體外血液相容性。研究表明:三種材料的溶血率分別是1.951％、0.742％和0.852％，不會出現(xiàn)急性溶血;TiO2/TNZS的動態(tài)凝血時間曲線變化相對最緩慢，抗凝血性能