sol-gel法在ti基体上制备生物玻璃涂层研究.pdf

陵昼料技大擎硕士学位论文Ⅵ、材料学研究生刘守华指导教师周廉院士罗宏杰教授王芬教授狦院,‘
迳现票干锊A坎愕难芯ㄔ赥摘要合大规模生产。狦法制各涂层具有其它方法无法比拟的优点,这一N锊A具有良好的生物相容件和生物活性,但脆性大,强度低。将其涂覆于力学性能较好但是生物惰性的金属表面,町以发挥两种材料的综合优势。但目前涂层材料仍存在一些问题:涂层的结合强度不够高,现有的涂层方法如等离子喷涂、离子溅射等虽可有效提高界面的结合强度,但它们只能直射,不宣用于对凹面或不规则形状的表面涂层,且设备昂贵,不适工艺⋯改常规粉末颗粒涂层的制备方法,直接以液态的溶胶对基体表面涂层,可适用于任意形状的表面,而且工艺简单、成本低、可控性强、涂层与基体的结合性能好,并能进行大规模生产,因此成为近年来研究的热点。本文对狦法制备涂层进行研究。与钛基体在化学以及热力学性能方面都具有很大的差异,为保证涂层的结合强度,本文设计了两种途径制螽涂层,即以两步法制备涂层,通过过渡层实现从基体到表面涂层的热膨胀系数的过渡;以液态的钛酸丁酯在的幸胗牖逑嗤某煞通过制祷/复合涂层调节涂层与基体问的化学匹配性。奉吱验以、任T显诖款鸦錴:成功制备过渡涂层。试验采用正交设计,确定出最优的参数:值酯水比:℃:烧成滞℃之问。对此条件卜所制得的涂层以、方法进行治觯峁砻鳎焊猛坎憔嘟峁辜虻ィ疃嗟奈=鸷焓蚉涂层结合强度高,:性末作鉴定。
在过渡层的基础上制备表面生物玻璃涂层,实验采用正交试验设计,并对正交实验结果以虴进行分析,并利用空间几何模型折算各样品相对于原始配方的绝对偏差,从而初步确定出最优的试验参数:篟;.。⒍陨粘珊笸坎愕男阅芙邢低撤治觯绕涫嵌涂层断面进行了分析,以确定不同烧成温度时涂层一基体界面状态。结果表明嫔粘傻耐坎憔哂凶詈玫淖酆闲阅埽壕图虻ィ槐砻嫠溆辛盐拼嬖冢仍完全覆盖基体表面,实现了有效涂层的目的;层间扩散明显,涂层一基体界面不明显,二者有良好过渡;与基体的结合强度高壕哂辛己玫纳锘钚裕谀D馓逡中浸泡天后表面有大量羟基磷灰石生成,且析出的无论在结构还是成分上都与人体实验以液态的钛酸丁酯在的幸隩票窧疶春贤坎悖合涂层与纯涂层的结合强度对比表明涂层中引入一种与基体相同的化学成分町以有效改善涂层的结合性能,大幅提高涂层与基体的结合强度。实验中发现烧成温度、涂层厚度均对涂层的结合强度有显著影响。控制其它条件基本,一致,嫔粘赏坎愕慕岷锨慷让飨愿哂和卜成的涂层:无论纯涂层还是厂复合涂层,涂层的结合强度均随涂层的层数增加而降低。同时实验中还发现涂层的生物活性与表层涂层的相组成密切相关。各涂层于薪菹嗤奔浜天烧成的涂层表丽析出的层最薄,说明其表而沉积最慢,生物活性最筹。不同漏度成涂层的表面化学成分相似,唯有析出的物相不同,说明涂层表面的生物活℃、年自然骨相似。
性受涂层的相组成影响。综七所述,控制适当的工艺条件可制得综合性能较好的涂层。论文中研究的狦法制得的涂层既有较好的生物活性又有较高结合强度,闵而具有较好的应用前景。关键词生物玻璃,涂层,狦法,结合强度,生物活性
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符号说明生物玻璃磷酸三钙羟基磷灰石三羟基胺基甲烷正硅酸乙酯加速钙化溶液模拟体液过饱和磷酸钙溶液能谱分析扫描电子显微镜湎哐苌示差扫描量热分析钙磷原子比小时结合强度体积百分含量重量百分含量酯水比粘度热膨胀系数温度溶胶一凝胶法%天,千狦—猂
,口第一章综述锘钚晕藁牧系亩ㄒ锘钚晕藁牧系姆掷卜%骨一材料界面发生键合所需要的时问生物医用材料又称生物材料,它是对生物体进行诊断、治疗和置换损坏的组织、器官或增进其功能的材料。生物材料的分类方法有多种,按生物环境中发生生物化学反应水平可将其分为生物惰性材料、生物活性材料、生物可降解材料等。生物活性是指生物材料与骨组织间的键合能力。生物活性医用无机材料从广义上讲又称生物活性陶瓷,在体内有一定的溶解度,能释放对机体无害的某些离子,能参与体内代谢,对骨质增生有刺激或诱导作用,能促进缺损组织的修复,显示有生物活性生物材料的活性度研究发现不同的生物活性材料,其键合机理和键合速度差异显著,据此活性材料按其生物活性度分为两个等级:一是渡锘钚圆牧希貌牧暇哂懈呋钚远龋不仅能与骨发生键合,而且能与软组织发生键合;另一是渡锘钚圆牧希貌牧暇哂低生物活性度,只能与骨发生键合。生物材料的生物活性度可用坫来表征:由上