鈦表面電泳沉積羥基磷灰石及其復合涂層的研究.pdf

1、Ca10(PO4)6(OH)2(羥基磷灰石，HA)是人骨等硬組織的主要無機成分，具備高的生物活性及骨傳導性能，被廣泛用作為生物醫(yī)學植入材料。然而，純HA陶瓷材料的力學性能較差，如脆性大，限制了它在生物醫(yī)學領域的應用。為此人們致力于發(fā)展各種HA涂層或復合材料。在醫(yī)用金屬上涂覆HA涂層是目前復合生物醫(yī)學材料領域的研究熱點之一。已發(fā)展了多種在醫(yī)用金屬鈦表面涂覆HA生物活性涂層的方法，其中，電泳沉積法，由于其工藝靈活性，低成本以及許多其它的優(yōu)點

2、，近年來受到了廣泛的關注。本論文針對鈦表面電泳沉積HA涂層材料面臨的涂層燒結及涂層—基體界面結合的問題，作了如下研究工作。 一、在以無水乙醇作為分散溶劑的分散體系中，按不同的工藝條件，如沉積電壓，熱處理溫度及懸浮液粉體含量，在鈦表面電泳沉積HA涂層。采用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)表征涂層的微觀形貌及物相組成，通過黏結—拉伸實驗測定涂層與基底的結合強度。結果表明，電泳沉積在30V電壓條件下進行，可在保證涂層沉積具備一

3、定的沉積效率的同時，獲得均勻、致密的性能良好的涂層。涂層的熱處理在850℃下進行，可避免HA涂層在燒結過程中發(fā)生熱分解。提高懸浮液的粉體含量，有助于提高電泳沉積HA涂層的致密性，改善其燒結性能，提高燒結致密化程度；另一方面，HA涂層致密性的提高，有效地抑制了鈦基底表面氧化反應，改善了涂層與基底的界面結合狀態(tài)，使得HA涂層與鈦基底的結合強度得到了顯著的提高，從懸浮液粉體含量為5 g·L-1時對應的4.54MPa，提高到懸浮液粉體含量為20

4、 g·L-1時對應的19.92MPa。 二、將反應燒結技術應用于電泳沉積HA生物涂層的工藝過程，在HA與金屬Al粉的混合懸浮液體系中，電泳共沉積HA/Al復合涂層，經(jīng)過適當?shù)臒崽幚恚阝伇砻嬷苽淞肆u基磷灰石/氧化鋁(hydroxyapatite/aluminum oxide，HA/Al2O3)復合涂層，與在相同條件下制備的單一HA涂層進行比較研究。采用SEM表征復合涂層的表面、橫截面形貌和微觀結構。采用能量散射X射線譜(EDS)

5、分析復合涂層的化學組成。復合涂層的物相組成和熱穩(wěn)定性采用XRD進行表征。通過黏結—拉伸實驗測定涂層與基體的結合強度。最后，通過MTT實驗對復合涂層的生物學性能進行了初步表征。結果表明，復合涂層通過850℃熱處理后燒結良好，且沒有熱分解發(fā)生。反應燒結提高了涂層的燒結致密化程度和降低基底鈦表面的氧化程度。與單一HA涂層相比，HA/Al2O3復合涂層與基底間的結合強度得到明顯提高，由單一HA涂層的19.92 MPa提高到了復合涂層的30.83

6、 MPa。MTT實驗結果表明，盡管復合涂層的生物相容性略低于單一HA涂層，但二者的制備均在一定程度上改善了基底金屬鈦的生物相容性。 三、采用多步沉積的方式，依次在不同HA和金屬Al粉含量的懸浮液中沉積，并經(jīng)過適當?shù)臒崽幚?，制備了HA/Al2O3復合梯度涂層。利用XRD、SEM和EDS等表征手段對涂層物相組成、形貌、微結構及化學組成進行表征，利用黏結—拉伸實驗測試涂層與基體的結合強度。結果表明，梯度涂層經(jīng)850℃熱處理后，由HA及