论文部分内容阅读
新型β钛合金和钛合金表面改性是当今钛系生物医学材料研究的两个热点，其目的是使材料的力学性能和生物相容性满足生物医学材料的要求。本研究尝试以新型β钛合金为基体，结合表面改性技术制备钛基K2TinO2n+1涂层复合材料，并对复合材料的组织形貌、相组成和生物相容性进行了观察、分析和评估。 新型β钛合金采用合金设计的理念确定合金成分和含量，所设计的Ti-15Nb-3Fe合金具有较好的力学性能和较低的弹性模量，适宜作为生物医学复合材料的基体。钛合金表面改性采用表面涂覆烧结法原位合成K2TinO2n+1涂层，涂层的结合强度由涂层合成反应和物理嵌合力而得到保证。 本文利用真空感应熔炼炉和非自耗真空电弧凝壳炉尝试熔炼钛合金，并对钛合金的组织和性能进行观察分析和测试。本研究分析了导致钛合金严重污染的原因，并对熔炼坩埚进行改进，制备了防污染涂层，发现采用真空感应熔炼炉熔炼的钛合金由于附加氧污染依然较脆，不能作为基体使用。作者对非自耗真空电弧凝壳炉熔炼的钛合金进行了显微组织结构和成分分析，并对Ti合金进行热锻加工以满足医用钛合金的力学性能要求。 作者对钛酸钾晶须的制备工艺进行了探索，分析了不同原料配比及反应温度对晶须相组成、形态和尺寸的影响。当K2CO3和TiO2摩尔比为1：4时，在1000℃下烧结1小时可制得较高质量的四钛酸钾晶须，；当K2CO3和TiO2摩尔比为1：5.5时在1000℃下烧结1小时制得了较高质量的六钛酸钾晶须。通过优化钛酸钾晶须制备工艺参数，在钛合金表面原位合成了钛酸钟表面功能涂层。在成功制备原位钛酸钾／钛合金生物材料的基础上，分析了基体表面氧化层对原位合成反应的作用以及固相生成与液相、气相逃逸同步进行的反应机理，并探索了基体表面粗糙度对涂层结合强度的影响。 本研究采用模拟体液培养试验评价钛酸钾功能涂层的生物活性，对涂层表面进行形貌观察和成分分析。作者分析了涂层诱导沉积钙磷的机理并比较了涂层表面性能以及钛酸钾晶体的不同结晶结构对诱导钙磷沉积能力的影响。 本研究通过细胞培养实验评价复合材料的细胞毒性，比较了细胞在不同材料表面的吸附、生长状态并分析了细胞培养机理。四钛酸钾涂层和六钛酸钾涂层表面均有细胞吸附、生长，没有表现出细胞毒性。