專利名稱：羥基磷灰石涂層的表面納米化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬生物醫(yī)用材料領(lǐng)域，主要涉及一種用于人工牙種植體、人工關(guān)節(jié)和其它骨內(nèi)固定裝置的表面納米化方法，尤其涉及一種羥基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2)涂層的表面納米化方法。
背景技術(shù)：
羥基磷灰石具有優(yōu)異的生物安全性和生物活性，作為骨內(nèi)各類種植體的生物活性涂層可以起到使種植體表面具有生物活性、屏蔽有害離子的釋放、提高種植體與骨結(jié)合的速度等作用。目前存在的相組成及其分布等方面的問題不利于其植入后的功能和長期穩(wěn)定性。首先，羥基磷灰石涂層通常是用等離子噴涂的方法制備的，噴涂過程中羥基磷灰石原始粉末要承受很高的溫度，從而發(fā)生分解和非晶化，產(chǎn)生非晶相和分解相如磷酸三鈣、磷酸四鈣和氧化鈣等。非晶相和分解相的溶解和降解速度遠(yuǎn)高于羥基磷灰石，雖然有人認(rèn)為這有利于種植體表面的骨形成，但如果涂層表面的溶解速度和成骨速度不能較好的匹配，就會(huì)導(dǎo)致種植體的松動(dòng)和失敗。而且較快的溶解和降解速度會(huì)使涂層過早地消失，從而使其失去屏蔽有害離子釋放的作用。其次，據(jù)Gross KA和Berndt CC(JBiomed Mater Res.1998，39407-14)等人報(bào)道，涂層中的非晶相和分解相存在一個(gè)分布梯度，即在涂層表面較少，而在涂層與基體的界面處較多，這非常不利于涂層植入后的界面結(jié)合強(qiáng)度和長期穩(wěn)定性。采用噴涂后的熱處理晶化可提高涂層的結(jié)晶度，但由于界面處的非晶相和分解相較多，晶化過程中的相變和體積收縮也會(huì)導(dǎo)致界面強(qiáng)度的降低。
結(jié)合等離子噴涂的工藝特點(diǎn)和臨床使用對涂層的性能要求，通過改變涂層中的相分布和表面狀態(tài)，并同時(shí)獲得新型表面仿生結(jié)構(gòu)，可綜合解決上述問題，但是，這方面相關(guān)的技術(shù)方案經(jīng)檢索至今卻未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的問題是提供一種涂層與基體界面結(jié)合牢固、成骨速度快、表面具有仿生結(jié)構(gòu)的羥基磷灰石涂層的表面納米化方法。
本發(fā)明的羥基磷灰石涂層的表面納米化方法是通過下述技術(shù)方案的步驟實(shí)現(xiàn)的(1)以醫(yī)用純鈦或Ti6Al4V為基體，用等離子噴涂法制備厚度為30-60微米的第一層羥基磷灰石涂層；其中羥基磷灰石粉末的粒度為38-106微米，噴涂功率為25-35kW，等離子氣是體積混合比為40∶12的氬氣和氫氣，噴涂距離為80-100毫米，送粉速率為每分鐘20-30克；(2)重復(fù)上述操作，緊接著在第一層涂層表面制備厚度為20-40微米的第二層羥基磷灰石涂層；其中羥基磷灰石粉末的粒度采用10-53微米，噴涂功率為30-45kW；(3)涂層的晶化處理將上述涂層于大氣環(huán)境下，由室溫升至600℃-700℃，保溫30-90分鐘，其中升溫速率為每分鐘5℃，保溫完畢后隨爐降至室溫。
其中，步驟(1)所述的基體在噴涂前可先進(jìn)行噴Al2O3粗化處理。
其中，步驟(1)所述的第一層羥基磷灰石涂層的厚度以優(yōu)選為35-40微米。
其中，步驟(1)所述羥基磷灰石粉末的粒度優(yōu)選為45-90微米，噴涂功率優(yōu)選為30kW。
其中，步驟(2)所述第二層羥基磷灰石涂層的厚度優(yōu)選為25-30微米。
其中，步驟(2)所述羥基磷灰石粉末的粒度優(yōu)選為20-38微米，噴涂功率優(yōu)選為40kW。
其中，步驟(1)與步驟(2)操作時(shí)，須保持第一層和第二層噴涂的連續(xù)性。
其中，步驟(3)所述涂層的晶化處理的優(yōu)選條件是將涂層于大氣環(huán)境下，由室溫升至650℃，保溫60分鐘。
本發(fā)明的羥基磷灰石涂層的表面納米化方法中采用了雙工藝噴涂法，首先分別用兩種等離子噴涂工藝分兩層噴涂制備羥基磷灰石涂層，然后用熱處理的方法進(jìn)行晶化處理。所制得的羥基磷灰石涂層的表面均勻分布納米粒子，納米粒子的直徑小于80納米，涂層的結(jié)晶度大于80％，且涂層的X射線衍射圖中不出現(xiàn)氧化鈣的衍射峰。這種方法使第一層具有較高的結(jié)晶度和與基體良好的機(jī)械嵌合；而第二層涂層的結(jié)晶度較低，在熱處理時(shí)易于形成納米晶體。這可降低傳統(tǒng)制備方法所導(dǎo)致的涂層中相分布不合理的現(xiàn)象，使涂層與基體結(jié)合更加牢固，表層致密且具有納米仿生結(jié)構(gòu)，用作醫(yī)用種植體材料的涂層在植入后具有優(yōu)異的生物相容性、較快的成骨速度、界面結(jié)合牢固、長期穩(wěn)定性好等優(yōu)勢。同時(shí)，工藝的實(shí)施簡便易行，適于規(guī)?；a(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1(1)以醫(yī)用純鈦為基體，用等離子噴涂法制備厚度為30-35微米的第一層羥基磷灰石涂層；其中羥基磷灰石粉末的粒度為38-45微米，噴涂功率為25kW，等離子氣是氬氣和氫氣(體積混合比例為40∶12)，噴涂距離為80-100毫米，送粉速率為每分鐘20-30克；(2)重復(fù)上述操作，操作時(shí)通過使用兩個(gè)噴槍保持第一層和第二層噴涂的連續(xù)性，在第一層涂層表面制備厚度為20-25微米的第二層羥基磷灰石涂層；其中羥基磷灰石粉末的粒度采用10-38微米，噴涂功率為30kW；(3)涂層的晶化處理將上述涂層于大氣環(huán)境下，由室溫升至700℃，保溫30分鐘，其中升溫速率為每分鐘5℃，保溫完畢后隨爐降至室溫。
實(shí)施例2(1)以醫(yī)用Ti6Al4V為基體，用等離子噴涂法制備厚度為55-60微米的第一層羥基磷灰石涂層；其中羥基磷灰石粉末的粒度為75-106微米，噴涂功率為35kW，等離子氣是氬氣和氫氣(體積混合比例為40∶12)，噴涂距離為90-100毫米，送粉速率為每分鐘20-30克；(2)重復(fù)上述操作，操作時(shí)通過使用兩個(gè)噴槍保持第一層和第二層噴涂的連續(xù)性，在第一層涂層表面制備厚度為35-40微米的第二層羥基磷灰石涂層；其中羥基磷灰石粉末的粒度采用38-53微米，噴涂功率為45kW；(3)涂層的晶化處理將上述涂層于大氣環(huán)境下，由室溫升至600℃，保溫90分鐘，其中升溫速率為每分鐘5℃，保溫完畢后隨爐降至室溫。
實(shí)施例3(1)以醫(yī)用純鈦為基體，在噴涂前可先進(jìn)行噴Al2O3粗化處理，用等離子噴涂法制備厚度為35-40微米的第一層羥基磷灰石涂層；其中羥基磷灰石粉末的粒度為45-90微米，噴涂功率為30kW，等離子氣是體積混合比為40∶12的氬氣和氫氣，噴涂距離為85-95毫米，送粉速率為每分鐘23-28克；(2)重復(fù)上述操作，操作時(shí)通過使用兩個(gè)噴槍保持第一層和第二層噴涂的連續(xù)性，在第一層涂層表面制備厚度為25-30微米的第二層羥基磷灰石涂層；其中羥基磷灰石粉末的粒度采用20-38微米，噴涂功率為40kW；(3)涂層的晶化處理將上述涂層于大氣環(huán)境下，由室溫升至650℃，保溫60分鐘，其中升溫速率為每分鐘5℃，保溫完畢后隨爐降至室溫。
權(quán)利要求
1.一種羥基磷灰石涂層的表面納米化方法，由以下步驟組成(1)以醫(yī)用純鈦或Ti64l4V為基體，用等離子噴涂法制備厚度為30-60微米的第一層羥基磷灰石涂層；其中羥基磷灰石粉末的粒度為38-106微米，噴涂功率為25-35kW，等離子氣是體積混合比為40∶12的氬氣和氫氣，噴涂距離為80-100毫米，送粉速率為每分鐘20-30克；(2)重復(fù)上述操作，緊接著在第一層涂層表面制備厚度為20-40微米的第二層羥基磷灰石涂層；其中羥基磷灰石粉末的粒度采用10-53微米，噴涂功率為30-45kW；(3)涂層的晶化處理將上述涂層于大氣環(huán)境下，由室溫升至600℃-700℃，保溫30-90分鐘，其中升溫速率為每分鐘5℃，保溫完畢后隨爐降至室溫。
2.如權(quán)利要求1所述的一種羥基磷灰石涂層的表面納米化方法，其特征在于，步驟(1)所述的基體在噴涂前可先進(jìn)行噴Al2O3粗化處理。
3.如權(quán)利要求1所述的一種羥基磷灰石涂層的表面納米化方法，其特征在于，步驟(1)所述的第一層羥基磷灰石涂層的厚度為35-40微米。
4.如權(quán)利要求1所述的一種羥基磷灰石涂層的表面納米化方法，其特征在于，步驟(1)所述羥基磷灰石粉末的粒度為45-90微米，噴涂功率為30kW。
5.如權(quán)利要求1所述的一種羥基磷灰石涂層的表面納米化方法，其特征在于，步驟(2)所述第二層羥基磷灰石涂層的厚度為25-30微米。
6.如權(quán)利要求1所述的一種羥基磷灰石涂層的表面納米化方法，其特征在于，步驟(2)所述羥基磷灰石粉末的粒度為20-38微米，噴涂功率為40kW。
7.如權(quán)利要求1所述的一種羥基磷灰石涂層的表面納米化方法，其特征在于，步驟(3)所述涂層的晶化處理是將涂層于大氣環(huán)境下，由室溫升至650℃，保溫60分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種羥基磷灰石涂層的表面納米化方法，該方法包括采用雙工藝等離子噴涂法制備厚度為30－60微米的第一層羥基磷灰石涂層和制備厚度為20－40微米的第二層羥基磷灰石涂層以及涂層的晶化處理等步驟。本發(fā)明的方法使涂層表面均勻分布納米粒子，表面納米粒子的直徑小于80納米，涂層的結(jié)晶度大于80％，涂層的X射線衍射圖中不出現(xiàn)氧化鈣的衍射峰；且方法簡單可行，涂層與基體結(jié)合牢固，表層致密并具有仿生結(jié)構(gòu)，用作醫(yī)用種植體材料的涂層具有優(yōu)異的生物相容性、較快的成骨速度、界面結(jié)合牢固、長期穩(wěn)定性好等優(yōu)勢。
文檔編號B82B3/00GK1634609SQ200410036300
公開日2005年7月6日 申請日期2004年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月18日
發(fā)明者呂宇鵬, 王建華, 李木森, 朱瑞富 申請人:山東大學(xué)