论文摘要
近年来,钛及钛合金被大量用于人体骨组织损害的修复。然而,钛与骨组织的弹性模量不匹配。羟基磷灰石（Hydroxyapatite）是骨骼内存在的无机组元,具有天然的生物相容性。但羟基磷灰石的脆性又使其作为人工植入物有一定的限制。另外,碳酸钙在化学上属于盐,对人体没有危害性,高温下分解产生气体。本文选用羟基磷灰石和碳酸钙作为造孔剂加入,并将钛与它们的优点结合在一起,采用机械球磨、等离子烧结和管式电炉无压烧结技术,试图制备出综合性能良好的钛基多孔生物复合材料。本文制备了两个系列的复合材料:Ti/HA系和Ti/CaCO3系。机械合金化的结果显示,球磨后粉末内成分分布均匀,球磨过程中没有反应。1200℃放电等离烧结得到相对致密完整的Ti/HA和Ti/ CaCO3系生物复合材料,XRD分析显示烧结后,Ti/HA系块体材料中出现了Ti2O、TiO、CaTiO3等新物相,Ti/ CaCO3系块体材料中出现了CaO新物相。1300℃及1400℃管式电炉无压烧结得到了完整的Ti/ CaCO3系块体材料,XRD分析显示烧结后有Ti2O、CaO以及TiO新相生成。随烧结压力减小及HA含量增加,复合材料孔隙增多并且孔隙尺寸增大。经酸处理可以提高Ti/HA和Ti/ CaCO3系烧结体的孔隙尺寸,随着酸处理时间的增加,孔隙有增大增多的趋势,亚显微孔隙数量增多明显。酸处理后Ti/HA系复合材料孔隙尺寸可以达到300μm,Ti/CaCO3系复合材料孔隙尺寸可以达到200μm,可以通过控制酸处理工艺条件来控制烧结体尺寸大小及分布。对复合材料的力学性能测试表明,Ti/HA和Ti/CaCO3系列的复合材料具有较高的硬度、适度的压缩强度且密度较低。Ti/HA和Ti/ CaCO3系块体复合材料的的最低硬度和最低压缩强度分别为66HV,111HV和119MPa,317MPa。Ti/HA和Ti/CaCO3系块体复合材料在压缩过程具有一定的屈服平台,压缩时均呈脆性断裂。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 课题背景1.2 骨组织工程的多孔生物材料1.2.1 陶瓷1.2.2 金属1.2.3 天然聚合物和合成聚合物1.2.4 复合材料1.3 硬组织修复与替换材料及性能1.4 人骨的基本结构及力学性能1.4.1 骨骼的基本结构1.4.2 骨骼的力学性能1.5 机械合金化1.5.1 机械合金化的机理1.5.2 机械合金化的影响因素1.6 等离子烧结1.6.1 等离子烧结系统的结构1.6.2 放电等离子烧结（SPS）的机理1.6.3 SPS的特点1.7 研究目的和研究内容第2章 实验材料与实验方法2.1 实验用原材料2.1.1 羟基磷灰石粉2.1.2 碳酸钙粉末2.1.3 钛粉2.2 实验方法2.2.1 工艺流程2.2.2 球磨机2.2.3 放电等离子烧结机2.2.4 管式电炉2.3 测试方法2.3.1 密度及孔隙率的测定2.3.2 显微形貌及相分析2.3.3 室温压缩实验2.3.4 维氏硬度2.3.5 酸处理第3章 钛/羟基磷灰石系多孔生物复合材料的制备3.1 成分设计3.2 Ti/HA系复合粉体制备3.2.1 球磨工艺3.2.2 Ti/HA系粉体形貌3.2.3 Ti/HA系粉体相组成3.3 Ti/HA系块体材料制备3.3.1 管式电炉无压烧结法制备Ti/HA系块体复合材料3.3.2 SPS烧结法制备Ti/HA系块体复合材料3.4 酸处理获得Ti/HA多孔复合材料3.4.1 酸处理工艺3.4.2 酸处理结果3.5 本章小结第4章 钛/碳酸钙生物多孔复合材料的制备4.1 成分设计3系复合粉体制备'>4.2 Ti/CaCO3系复合粉体制备4.2.1 球磨工艺3系粉体形貌'>4.2.2 Ti/CaCO3系粉体形貌3系粉体相组成'>4.2.3 Ti/CaCO3系粉体相组成3系块体材料制备'>4.3 Ti/CaCO3系块体材料制备3系块体材料'>4.3.1 无压烧结制备Ti/CaCO3系块体材料3系块体材料'>4.3.2 放电等离子（SPS）烧结制备Ti/CaCO3系块体材料3多孔复合材料'>4.4 酸处理获得Ti/CaCO3多孔复合材料4.4.1 酸处理工艺4.4.2 块体材料酸处理后结果4.5 本章小结第5章 钛基多孔生物复合材料的性能5.1 烧结体硬度5.2 烧结体压缩性能5.3 酸处理后多孔生物复合材料的密度5.4 本章小结结论参考文献攻读学位期间发表的学术论文致谢
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