【摘 要】
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定向层状多孔钛支架具有各向异性的孔结构,因此单一方向上的力学强度更高,在骨植入承重材料中应用前景广阔。当多孔钛承受压缩载荷时,孔壁会发生屈曲变形、层间弱结合导致层间发生劈裂,因此提高孔壁强度和层间稳定性是提高支架力学性能的关键。本文采用定向冷冻干燥法结合TiH2原位还原反应,制备了具有定向直通孔结构的多孔钛支架。通过在孔壁中引入石墨烯片原位反应生成TiC,对孔壁进行强化。此外,在层间引入碳纤维形成
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定向层状多孔钛支架具有各向异性的孔结构,因此单一方向上的力学强度更高,在骨植入承重材料中应用前景广阔。当多孔钛承受压缩载荷时,孔壁会发生屈曲变形、层间弱结合导致层间发生劈裂,因此提高孔壁强度和层间稳定性是提高支架力学性能的关键。本文采用定向冷冻干燥法结合TiH2原位还原反应,制备了具有定向直通孔结构的多孔钛支架。通过在孔壁中引入石墨烯片原位反应生成TiC,对孔壁进行强化。此外,在层间引入碳纤维形成桥接结构,对孔壁约束提高其层间稳定性。对碳化物增强定向直通多孔钛支架的物相组成、孔结构、增强相与基体界面进行了研究,并表征了其力学性能和生物相容性。引入石墨烯片后多孔钛支架仍呈层状多孔结构,其孔尺寸和孔隙率降低,石墨烯片与孔壁中的Ti原位反应生成碳化钛,在孔壁中与基体界面结合良好。原位反应生成的TiC作为第二相强化了多孔钛的压缩强度,最高达389.94MPa,是未强化支架的3.78倍,同时其弹性模量仅为8.2GPa,与人骨模量相匹配,且碳化钛原位增强多孔钛支架具有良好的生物相容性。引入碳纤维后,部分碳纤维进入孔壁并发生原位反应生成TiC,部分碳纤维形成层间桥接结构,层间桥接的碳纤维经过纤维表面钛原子与碳原子的相互扩散,原位反应生成TiC/Ti纤维,其两端与基体结合紧固,可以有效减缓层间劈裂。随着碳纤维的含量增加纤维桥接密度增大,纤维桥接多孔钛支架压缩强度最高达161.66MPa,相对于纯钛支架提高了58.24MPa,而弹性模量仅为5.99GPa。同时,该支架还具有低的生物毒性和良好的生物相容性,作为骨植入材料有良好的应用前景。
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