论文摘要
Al2O3陶瓷是一种生物惰性材料,硬度高,熔点高,化学稳定性好,具有比较高的机械强度和耐磨损性能及化学稳定性,但脆性较大。金属钛生物相容性好,与生物界面结合牢固,弹性模量与人骨接近,耐腐蚀性好,表面易形成氧化膜,塑性和延展性好,其缺点是耐磨性较差。本文研究了Al2O3/Ti网状复合材料的制备及力学和生物性能,可望获得强度和韧性高,耐磨性和化学稳定性好,具有良好的生物相容性的复合材料,具有广阔的应用前景。本文首先研究了钛的不同添加方式对网状复合材料性能的影响,然后通过添加Fe和TiCN作为增韧补强相,以提高材料的韧性和强度。采用热压烧结工艺,制备了Al2O3/Ti、Al2O3/Ti-Fe和Al2O3/Ti-TiCN三种体系的网状复合材料,并检测了复合材料的主要力学性能以及材料的细胞毒性。试验结果表明,Al2O3/20vol%Ti复合材料中Ti呈连续的网状分布。采用Ti为原料时,Al2O3/20vol%Ti网状复合材料力学性能更优,抗弯强度达到182MPa,断裂韧性达到4.1MPa·m1/2,弯曲弹性模量为62.9GPa,基本符合生物材料性能的要求。Al2O3/Ti-Fe复合材料中网状结构更加连续,Fe和Ti的固溶相在Al2O3陶瓷基体中均匀分布,提高了复合材料的力学性能。Fe含量达为2.5vol%时,复合材料相对密度达到99.8%,维氏硬度为14.5GPa。其抗弯强度和断裂韧性分别达到215MPa和5.6MPa·m1/2,相对于Al2O3/20vol%Ti分别提高了18%和37%。TiCN含量为5%时,Al2O3/Ti-TiCN复合材料的维氏硬度为15.9GPa,相对密度为99.0%,弯曲弹性模量为47.4GPa。其抗弯强度达到190MPa,相对于Al2O3/20vol%Ti复合材料提高了4.8%,断裂韧性达到3.8MPa·m1/2,相对于Al2O3/20vol%Ti复合材料下降了7.3%。细胞毒性实验表明,各组复合材料在细胞培养液中1天,3天,7天的L929成纤维细胞的相对增殖度均大于80%,7天时细胞生长状态良好,表面Al2O3/Ti基网状复合材料无细胞毒性,生物相容性好。
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