含氟HA復合涂層的制備及其質量評價體系研究.pdf

1、羥基磷灰石(HA)由于具有較為優(yōu)異的生物相容性被視為首選的生物涂層材料，等離子噴涂制備生物陶瓷涂層是唯一一種被美國食品與藥品管理局(FDA)批準的方法，眾多學者對此進行了深入的研究，其制備的金屬基HA涂層目前在臨床上得到了廣泛的應用。但是隨著置換手術患者的年輕化及生活水平的提高，人們對植入物的要求越來越高。因此，制備高性能的涂層具有廣泛的發(fā)展、應用前景。
　　生物陶瓷涂層的制備方法很多，除傳統(tǒng)的等離子噴涂技術以外，激光熔覆技術也得

2、到了快速的發(fā)展，本文著重研究了激光熔覆/等離子噴涂復合技術制備涂層，以羥基磷灰石(HA)粉末與鈦(Ti)粉末為原料，用激光熔覆技術制備過渡層。用羥基磷灰石(HA)粉末與氟化鈣(CaF2)為原料，用等離子噴涂制備陶瓷層。通過調整CaF2粉末的含量制備出含氟量不同的FHA涂層，運用掃描電鏡、能譜儀(SEM/EDS)、X射線衍射分析(XRD)、拉伸實驗等技術手段分析涂層的性能，用模擬體液(SBF)浸泡實驗檢測涂層的生物活性，制備出結合強度高，

3、生物活性強的涂層。本文的研究工作和成果如下:
　　1.激光熔覆的最佳工藝參數(shù)為激光功率:1200W，掃描速度200mm/s，在此工藝條件下涂層與基體的溫度達到了冶金結合所需要的溫度條件，制備的涂層與基體實現(xiàn)了良好的冶金結合。過渡層的相主要是CaTiO3，此外還有少量的CaO、TCP等相，CaTiO3等陶瓷相的存在一方面有利于提高涂層結合強度，另一方面由于過渡層熱膨脹系數(shù)介于陶瓷層與基體之間，因此有利于制備質量較好的陶瓷涂層。

4、>　　2.等離子噴涂制備含氟HA陶瓷層，隨著F-的加入取代了部分的OH-，生成的Ca-F鍵能要大于Ca-OH鍵能，晶體結構變小，在等離子噴涂的高溫條件下制備然后冷卻至室溫，F(xiàn)HA陶瓷涂層的晶體結構由于收縮而導致晶粒之間產(chǎn)生了微裂紋，隨著F元素含量的增加，涂層表面的裂紋增多。
　　3.激光熔覆/等離子噴涂復合技術制備含氟HA涂層由于增強了涂層與基體之間的機械聯(lián)鎖效應，其涂層與基體的結合強度得到提高，并且F元素的加入進一步提高了涂層內

5、部的化學鍵能，使得涂層結合強度從20.1MPa提高到28.4MPa。
　　4.模擬體液(SBF)浸泡實驗表明:F元素的加入可以大大提高涂層的生物活性，在HA0（Ca10（PO4）6（OH）2）涂層表面生成的磷灰石明顯少于含氟羥基磷灰石(FHA0.5、FHA1.0、FHA1.5、FHA2.0;其分子式分別為Ca10(PO4)6F0.5（OH）1.5，Ca10(PO4)6 F1(OH)1，Ca10(PO4)6F1.5（OH）0.5，C

6、a10(PO4)6F2）涂層表面，其形成的晶核呈現(xiàn)出花瓣狀。并且隨著F元素的增加，磷灰石的生長方向也發(fā)生了變化，原先晶核的生長方向主要是平行于涂層表面，隨著晶核的不斷長大，其需要吸附更多的離子，因此生長方向略微垂直涂層表面，當F含量最大即FHA2.0時最為明顯。
　　5.經(jīng)過4小時800℃熱處理并隨爐冷卻后，涂層的成分較為均一，在SBF浸泡實驗中其表面的晶核數(shù)量要大于未熱處理的涂層。但由于涂層表面接觸的溶液面積有限，晶核的大小要小

7、于未熱處理涂層表面晶核大小。
　　6.根據(jù)現(xiàn)實生活中骨科植入物的失效形式，確定出涂層質量評價指標:結合強度、HA結晶度、涂層硬度、彈性模量、斷裂韌性、涂層孔隙率。根據(jù)不同指標對應的失效數(shù)量，運用層次分析法的方法確定各指標的權重，結果為:結合強度:0.206、HA結晶度:0.534、涂層硬度:0.073、彈性模量:0.025、斷裂韌性:0.062、涂層孔隙率:0.1，同時以髖關節(jié)植入物涂層為例，制定指標的評價原則，最后涂層的綜合質量