專利名稱：水熱合成納米羥基磷灰石生物涂層的復合制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬牙種植體及骨植入體表面生物活性改性用羥基磷灰石生物涂層制備工藝，具體地說，涉及一種以磷酸氫鈣或磷酸鈣為初始粉料的等離子噴涂-水熱合成復合制備工藝。
鈦合金等金屬是牙種植體及承力骨植入體慣常使用的材料，具有良好的強韌性，但缺乏生物活性，在植入早期不能與骨形成化學結(jié)合且治愈時間較長；羥基磷灰石具有良好的生物相容性和生物活性，能夠促進骨的生長并縮短治愈時間，但其強韌性較差。生物醫(yī)學工程學界已達成共識，表面涂覆有羥基磷灰石涂層的金屬復合體是兼具力學與生物學綜合性能的植入體。目前國內(nèi)外臨床應(yīng)用的羥基磷灰石生物涂層多采用等離子噴涂制備工藝，即是將羥基磷灰石初始粉料噴涂在金屬(如鈦及鈦合金)表面、以形成羥基磷灰石涂層。其缺點是所用的初始粉料——羥基磷灰石價格偏貴，生產(chǎn)中浪費也較大；所制備的涂層含有非晶態(tài)羥基磷灰石、磷酸三鈣和磷酸四鈣等易溶相及氧化鈣有害相，涂層內(nèi)應(yīng)力較大而易開裂，溶解較快，在體內(nèi)與金屬的結(jié)合強度降低較大(如一個月降低30％)，鈣與磷原子比，尤其是晶粒形態(tài)與骨骼中羥基磷灰石有較大差異，導致涂層功能減弱。
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有工藝的缺點，提出一種納米針狀羥基磷灰石生物涂層的復合制備工藝，具有初始粉料價格低廉，所制備的涂層具有結(jié)晶度及純度高、溶解慢、內(nèi)應(yīng)力低、結(jié)合強度適中、微觀組態(tài)(鈣與磷原子比適中、納米針狀晶粒形態(tài))更接近骨骼中羥基磷灰石等特點。
本發(fā)明的工藝是以磷酸氫鈣或磷酸鈣為初始粉料，采用等離子噴涂技術(shù)在金屬表面制備初態(tài)涂層，并將初態(tài)涂層置于高壓釜中進行水熱合成使其轉(zhuǎn)化成納米針狀羥基磷灰石涂層。其中，等離子噴涂初態(tài)涂層的工藝參數(shù)為磷酸氫鈣或磷酸鈣粉料粒度 100～300目主氣(氬氣)流量100～200bar二次氣(氫氣)流量 5～30bar送粉率50～150g/min弧電流300～700A弧電壓70～90V噴涂間距 5～20cm水熱合成工藝參數(shù)為水溶液的pH值 7～14合成溫度 100～300℃合成壓力 0.5～10MPa合成時間 2～15小時上述工藝以價格低廉的磷酸氫鈣或磷酸鈣為初始粉料，綜合了等離子噴涂層與金屬結(jié)合良好和水熱合成涂層結(jié)晶度及純度高，鈣與磷原子比適中和納米針狀晶粒形態(tài)等優(yōu)勢，所制備的涂層具有溶解慢，內(nèi)應(yīng)力低，微觀組態(tài)更接近骨骼中羥基磷灰石等特點。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳述以表面經(jīng)噴砂、噴鈦珠等粗化處理及清洗的鈦合金為基體，采用等離子噴涂將粒度為200目的磷酸氫鈣粉料在主氣(氬氣)流量150bar、二次氣(氫氣)流量6bar、送粉率50g/min、弧電流400A、噴涂間距10cm的條件下預(yù)制厚度為200μm初態(tài)涂層，將初態(tài)涂層置于高壓釜中、加入去離子水并用氨水調(diào)整水的pH值為12后密封，經(jīng)過200℃、3小時的水熱合成后取出，用去離子水和無水乙醇清洗，并在80℃的干燥箱中烘干4小時即可。
本發(fā)明比現(xiàn)有等離子噴涂羥基磷灰石涂層技術(shù)具有如下優(yōu)點1、涂層不含雜質(zhì)相，結(jié)晶度高(95％以上)，結(jié)晶晶粒為納米級針狀羥基磷灰石，鈣與磷原子比在1.5～1.67之間可調(diào)。
2、即使在較厚的情況下(如200μm)，涂層內(nèi)應(yīng)力低于30Mpa，結(jié)合強度高于20MPa，在類體液環(huán)境中浸泡1個月結(jié)合強度退化小于10％，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好。
3、在動物體內(nèi)與骨的早期(如一個月)結(jié)合效果顯著。
權(quán)利要求
1.水熱合成納米羥基磷灰石生物涂層的復合制備工藝，其特征在于，以磷酸氫鈣或磷酸鈣等非羥基磷灰石粉為初始粉料，采用等離子噴涂技術(shù)在金屬表面制備初態(tài)涂層，然后將等離子噴涂的非羥基磷灰石初態(tài)涂層進行水熱合成以轉(zhuǎn)化為羥基磷灰石涂層，其中，等離子噴涂初態(tài)涂層的工藝參數(shù)為磷酸氫鈣或磷酸鈣粉料粒度 100～300目主氣(氬氣)流量100～200bar二次氣(氫氣)流量 5～30bar送粉率50～150g/min弧電流300～700A弧電壓70～90V噴涂間距 5～20cm水熱合成工藝參數(shù)為水溶液的pH值 7～14合成溫度 100～300℃合成壓力 0.5～10MPa合成時間 2～15小時
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，以表面經(jīng)噴砂、噴鈦珠等粗化處理及清洗的鈦合金為基體，采用等離子噴涂將粒度為200目的磷酸氫鈣或磷酸鈣粉料在主氣(氬氣)流量150bar、二次氣(氫氣)流量6bar、送粉率50g/min、弧電流400A、噴涂間距10cm的條件下預(yù)制厚度為200μm初態(tài)涂層，將初態(tài)涂層置于高壓釜中，加入去離子水并用氨水調(diào)整水的pH值為12后密封，經(jīng)過200℃、3小時的水熱合成后取出，用去離子水和無水乙醇清洗，并在80℃的干燥箱中烘干4小時即可。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬牙種植體及骨植入體表面生物活性改性用納米針狀羥基磷灰石生物涂層的等離子噴涂－水熱合成復合制備工藝,以磷酸氫鈣或磷酸鈣為初始粉料,采用等離子噴涂技術(shù)在金屬表面制備初態(tài)涂層,并對初態(tài)涂層進行水熱合成,得到的涂層為內(nèi)應(yīng)力低、結(jié)合強度適中、高純度與高結(jié)晶度的納米針狀羥基磷灰石,其組態(tài)與骨中磷灰石的組態(tài)極為相近。
文檔編號A61L27/12GK1270841SQ0011378
公開日2000年10月25日 申請日期2000年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月19日
發(fā)明者憨勇, 徐可為, 付濤 申請人:西安交通大學