多孔钛的粉末烧结制备与性能研究

分类号： TF124 密级： 公开 ： 546.3 编号： 工学硕士学位论文多孔钛的粉末烧结制备与性能研究硕士研究生：陈睿博 指导教师 ：李永华 教授 学科、专业：材料物理与化学 沈阳理工大学 2011 年 3 月 分类号： TF124 密级： 公开 ： 546.3 编号： 工学硕士学位论文 多孔钛的粉末烧结制备与性能研究硕士研究生 ：陈睿博 指导教师 ：李永华 教授学位级别 ：工学硕士学科、专业 ：材料物理与化学 所在单位 ：沈阳理工大学论文提交日期：2010 年 12 月论文答辩日期：2011 年 3 月学位授予单位：沈阳理工大学 Classification Index: TF124U.D.C: 546.3 A Thesis for the Master Degree of EngineeringResearch on powder sintering preparation and properties of porous titaniumCandidate : RuiBo ChenSupervisor : Prof. YongHua LiAcademic Degree Applied for : Master of EngineeringSpeciality :Materials Physics and ChemistryDate of Submission : December，2010Date of Examination: March，2011University: Shenyang Ligong University沈阳理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明:本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日 期 ： 年 月 日学 位 论 文 版 权 使 用 授 权 书本学位论文作者完全了解沈阳理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：沈阳理工大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。（ 保 密 的 学 位 论 文 在 解 密 后 适 用 本 授 权 书 ）学位论文作者签名： 指导教师签名：日 期： 日 期：沈阳理工大学硕士学位论文摘 要最近，医用金属材料广泛用于硬组织如牙根等植入物。多孔钛因为兼具良好的生物相容性和独特的孔隙结构的优点而成为研究热点。多孔结构有利于组织的长入和体液的传输。另外，钛属于生物惰性材料，可以通过表面改性处理改善其生物活性。本文采用粉末烧结制备多孔钛并利用化学法在其表面沉积羟基磷灰石涂层。本文利用粉末烧结技术，即在氢化钛粉末中添加造孔剂 NH4HCO3 烧结，制备不同孔隙率的多孔钛。多孔钛的力学性能与其孔隙率有关，因此可以通过造孔剂的添加量来达到改变其力学性能的目的。研究结果表明添加造孔剂的含量对多孔钛的压缩强度和孔隙特性有很大的影响，在压制和烧结条件不变时，造孔剂的含量增大时，多孔钛的压缩强度和弹性模量逐渐减小；多孔钛的孔隙率随造孔剂添加量的增大基本上呈正比增大。通过造孔剂含量的变化来制备出孔隙率合适，力学性能与骨骼相匹配的多孔钛是本文研究的重点。烧结的多孔钛的孔隙率为 41.6156.74% ，孔隙尺寸为 346427m，压缩强度为 100200MPa，弹性模量为 7.917.5GPa。满足密质骨的基本的孔隙和力学性能要求。本文应用化学法对烧结多孔钛的表面进行改性，在多孔钛表面沉积羟基磷灰石涂层。酸处理的结果在多孔钛孔壁表面留下小蚀坑，这些小蚀坑增大了多孔钛孔隙内壁表面积。NaOH 碱液处理后在金属表面形成钛酸钠凝胶层，将碱处理过的多孔钛放入模拟体液中浸泡，可在多孔钛表面诱导沉积羟基磷灰石。碱处理时碱液的浓度和处理时间对羟基磷灰石的沉积都有很大的影响。研究表明依次采用32.5%的硝酸，在 60处理 24h；用 1.5M 的氢氧化钠，在 60处理 24h，而后在37.5的模拟体液中处理后沉积的羟基磷灰石涂层较好。酸碱处理条件相同，预钙化有助于加快多孔钛的羟基磷灰石涂层的沉积速度。关键词：生物材料；多孔钛；粉末烧结；表面改性沈阳理工大学硕士学位论文AbstractRecently, biomedical metallic materials become the widely used implant materials for hard tissues like dental roots. Porous titanium has become the research focus because of its combinations of good biocompatibility and unique pore structure. Porous structure contributes to ingrowth of tissues and transportation of body fluid. Additionally, as a bioinert material, the surface bioactivity of titanium can be improved by surface modification. In this paper, porous titanium was prepared by powder sintering. Furthermore, hydroxyapatite (HA) coating on its surface was deposited by chemical method. Porous titanium with different porosity was prepared by using powder sintering, i.e. sintering by adding pore forming agent (NH4HCO3) into titanium hydride powers in this paper. Mechanical property of porous titanium is related to its porosity. Therefore, the mechanical property can be adjusted by different addition content of pore forming agent. The research results indicate that the content of pore forming agent has a great effect on the compressive strength and pore characteristics of porous titanium. As the content of pore forming agent increases, the compressive strength decreases gradually while the porosity of porous titanium increases in proportion basically under the conditions of constant pressing and sintering parameters. The focus of this paper is to prepare porous titanium with suitable porosity and mechanical performances matching with bone. The sintered porous titanium was featured by porosity of 41.6156.74% , pore size of 346427m, compressive strength of 100200MPa, elastic modulus of 7.917.5GPa. The pore characteristics and mechanical property of the sintered porous titanium meet the basic pore characteristic and mechanical property requirements of compact bones. In this paper, the surface of the sintered porous titanium was modified by chemical method, the HA coating was deposited on its surface. There were some pits after modification by acid. And these pits increase the internal surface areas of the pores. The sodium titanate gel layer was formed after modification by sodium hydroxide. HA 沈阳理工大学硕士学位论文coating was deposited on the surface of porous titanium after immersion in simulated body fluid (SBF). The alkali concentration and immersion time have great influences on the deposition of HA coating. The research results indicate that ideal HA coating can be obtained after acid (32.5% HNO3) and alkali (1.5M NaOH ) treatments in succession at 60 C for 24h, respectively followed by immersion in SBF at 37.5C. Under the same acid-