專利名稱：：關(guān)節(jié)頭和臼杯表面鍍覆碳/TiC納米多層復(fù)合膜的人工髖關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種人工髖關(guān)節(jié)，具體說，涉及一種合金關(guān)節(jié)頭-臼杯表面鍍覆碳/TiC納米多層復(fù)合膜的人工髖關(guān)節(jié)。技術(shù)背景人工髖關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)通常由關(guān)節(jié)頭和關(guān)節(jié)臼杯組成。為了降低主要由假體界面磨損及其磨屑誘發(fā)的骨溶解等制約人工關(guān)節(jié)假體長期生存的問題，對作為植入人體中的人工髖關(guān)節(jié)的頭-臼杯界面要求浸潤性好，潤滑作用佳，耐磨性高；生物相容佳，組織學(xué)反應(yīng)低，有效降低磨屑誘導(dǎo)的骨溶解以及耐腐蝕性強(qiáng)，材料性能穩(wěn)定，在人體中不釋放有害金屬離子，無不良組織反應(yīng)和無過敏反應(yīng)等綜合性能。近60年來，在獲得臨床應(yīng)用的植入人體人工髖關(guān)節(jié)中，關(guān)節(jié)頭-臼杯/襯界面有金屬-金屬，金屬-超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，陶瓷-超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，陶瓷-陶瓷等材料體系。CoCrMo合金、鈦合金(Ti6A14V)、不銹鋼和鉭合金，常被用于制造人工髖關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)頭-臼杯。然而全金屬界面人工髖關(guān)節(jié)較低的硬度和耐磨性能，在人體運(yùn)動時(shí)的接觸應(yīng)力下金屬-金屬界面會發(fā)生較嚴(yán)重的磨粒磨損、粘著磨損和疲勞磨損現(xiàn)象，導(dǎo)致大量的磨屑進(jìn)入人體引發(fā)并發(fā)癥，并使關(guān)節(jié)頭與臼間的匹配變差，人工髖關(guān)節(jié)假體發(fā)生松動，術(shù)后4-8年中假體的翻修率明顯增高。同時(shí)，人體是一個(gè)高腐蝕性環(huán)境，合金植入物在人體內(nèi)各種生化反應(yīng)的作用下會發(fā)生腐蝕，生成各種金屬離子進(jìn)入血液和產(chǎn)生氧化膜。CoCrMo合金植入物的線性腐蝕速度達(dá)到0.05mm/年，病人血液中金屬離子濃度超出標(biāo)準(zhǔn)2-7倍。合金植入物表面氧化膜在摩擦接觸過程中易發(fā)生剝落，剝落的硬質(zhì)氧化物磨屑又會加速金屬關(guān)節(jié)表面的磨粒磨損，且合金磨屑會引發(fā)人體的排異反應(yīng)。而關(guān)節(jié)頭-臼杯/襯界面采用金屬或陶瓷材料的金屬-超高分子量聚乙烯，陶瓷-超高分子量聚乙烯的人工髖關(guān)節(jié)組合，由于金屬或陶瓷材料與UHMWPE在力學(xué)性能上的較大差異，使植入人工髖關(guān)節(jié)服役過程中UHMWPE每年由于磨損產(chǎn)生101G以上個(gè)顆粒。這些顆粒聚集在關(guān)節(jié)附近，引起炎癥或排斥反應(yīng)，被人體巨噬細(xì)胞吞噬后出現(xiàn)肉芽腫損害、骨質(zhì)溶解和骨吸收，從而導(dǎo)致關(guān)節(jié)無菌松動而失效。高硬度和良好耐磨性的氧化鋁作為關(guān)節(jié)植入材料被大量地應(yīng)用于臨床。雖然現(xiàn)代氧化鋁生物陶瓷的可靠性有了明顯的提高，但由于生物陶瓷存在的固有脆性問題，采用最新工藝制造的陶瓷球頭碎裂率仍有0.05%，且90%的碎裂發(fā)生在假體植入后的36個(gè)月內(nèi)。同時(shí)，還存在一定比例的陶瓷植入物的術(shù)中邊緣破損。特別是陶瓷材料與骨材料在彈性模量等力學(xué)性能上較大的差異，在將負(fù)荷有效地、更均勻地傳遞到周圍健康骨的能力和可靠性方面遠(yuǎn)不如鈦合金等金屬假體。因此，對合金材料表面強(qiáng)化和提高關(guān)節(jié)頭-臼杯/襯界面的潤滑與耐磨性能是人工關(guān)節(jié)假體制造技術(shù)的發(fā)展趨勢。碳材料具有優(yōu)異的化學(xué)惰性、生物相容性和高耐蝕性，在人體中無不良組織反應(yīng)和無過敏反應(yīng)而具有高安全性能。不同c-c結(jié)構(gòu)的碳基薄膜由于材料中s^與spS鍵的變化而表現(xiàn)不同的力學(xué)性能。隨著材料中spS鍵數(shù)量的增加，碳基薄膜的硬度可從約20GPa增高到60GPa以上，大大高于氧化鋁生物陶瓷的硬度(約20GPa)。傳統(tǒng)的DLC薄膜(高含量印3鍵)有高的硬度和耐磨性，但由于薄膜中較大的內(nèi)應(yīng)力，與多數(shù)合金基體的結(jié)合力都不高(劃痕試驗(yàn)臨界載荷〈20N)，在重載荷(>1.4GPa)或者動載荷沖擊下容易出現(xiàn)膜層破裂或剝落，并且DLC膜的摩擦學(xué)性能對環(huán)境作用敏感，在人體環(huán)境中的耐磨性遠(yuǎn)不及在空氣中優(yōu)異。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有人工髖關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)頭-臼杯界面磨損及其磨屑誘發(fā)的骨溶解、關(guān)節(jié)無菌松動等制約人工關(guān)節(jié)假體長期生存的問題，提供一種關(guān)節(jié)頭和臼杯表面鍍覆碳/TiC納米多層復(fù)合膜的人工髖關(guān)節(jié)。本發(fā)明的關(guān)節(jié)頭和臼杯表面鍍覆碳/TiC納米多層復(fù)合膜的人工髖關(guān)節(jié)，其特征是在合金關(guān)節(jié)頭和臼杯表面鍍覆有由單層厚度為1245nm的碳膜和單層厚度為1245nm的碳TiC復(fù)合膜相互交叉構(gòu)成的納米多層復(fù)合膜，納米多層復(fù)合膜含有重量百分比為8598%碳，215%TiC，納米多層復(fù)合膜的總厚度為1.52.5,本發(fā)明中，所說的碳膜層和碳TiC復(fù)合膜層的碳材料C-C結(jié)構(gòu)中sp2鍵含量4070%，sp3鍵含量6030X。本發(fā)明中，所說的碳TiC復(fù)合膜層中TiC以平均尺寸為312nm的顆粒均勻分布在碳基體中。上述的合金關(guān)節(jié)頭和臼杯可以是鈦合金，CoCrMo合金、不銹鋼或鉭合金。本發(fā)明的關(guān)節(jié)頭和臼杯表面鍍覆碳/TiC納米多層復(fù)合膜的人工髖關(guān)節(jié)，采用封閉場非平衡磁控濺射儀在合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面濺射沉積納米多層復(fù)合膜。在四個(gè)垂直于水平并相互呈90度方向安置高純石墨靶和金屬Ti靶共濺射制備薄膜，一號、四號靶為石墨靶，二號靶為Ti靶，三號靶不工作。為了形成多層膜結(jié)構(gòu)，放置合金關(guān)節(jié)頭或合金臼杯試件的轉(zhuǎn)架臺繞豎直中心做單軸轉(zhuǎn)動，多層膜調(diào)制周期(單膜層厚度)通過控制轉(zhuǎn)架臺轉(zhuǎn)速來加以調(diào)節(jié)。試件傾斜擺動并同時(shí)自轉(zhuǎn)，試件與靶材間的距離約為15cm。鍍膜前，預(yù)抽真空至3.0xl0"Pa，隨后通入純度99.99%的氬氣，氬氣流量控制在25sccm。首先用0.4A的靶電流、偏壓500V濺射清洗靶材20分鐘后，再在2個(gè)石墨耙上分別施加7.0A靶電流，濺射偏壓60120V，主要通過調(diào)節(jié)濺射偏壓控制碳材料中C-C結(jié)構(gòu)的sp"spS鍵之比；在金屬Ti靶上施加偏壓120V，革巴電流0.52.0A，主要通過調(diào)節(jié)金屬Ti靶的靶電流控制薄膜中的TiC含量。濺射沉積薄膜150300分鐘后在合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面制成總厚度為1.52.5pm的碳/TiC納米多層復(fù)合膜。本發(fā)明的有益效果在于人工髖關(guān)節(jié)合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面鍍覆碳/TiC納米多層復(fù)合膜的納米多層結(jié)構(gòu)顯著改善了薄膜與合金基體的界面結(jié)合力和負(fù)荷承重能力，碳:TiC復(fù)合膜層中呈納米顆粒形式存在的TiC明顯降低了復(fù)合膜層的內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)一步提高了薄膜與合金基體的界面結(jié)合力。在模擬人體環(huán)境中具有優(yōu)異的潤滑與耐磨性能，化學(xué)惰性和耐腐蝕性強(qiáng)以及生物相容佳，組織學(xué)反應(yīng)低，在人體中無不良組織反應(yīng)和無過敏反應(yīng)，大幅度提高了植入材料的可靠性，提高了組合式人工髖關(guān)節(jié)在人體中生存的使用壽命。具體實(shí)施方式實(shí)施例1:采用封閉場非平衡磁控濺射儀在合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面濺射沉積納米多層復(fù)合膜。在四個(gè)垂直于水平并相互呈90度方向安置高純石墨耙和金屬Ti靶共濺射制備薄膜，一、四號靶為石墨靶，二號靶為Ti靶，三號靶不工作。放置合金關(guān)節(jié)頭或合金臼杯試件的轉(zhuǎn)架臺繞豎直中心做單軸轉(zhuǎn)動，控制轉(zhuǎn)架臺轉(zhuǎn)速lrpm。試件傾斜擺動并同時(shí)自轉(zhuǎn)，試件與靶材間的距離約為15cm。鍍膜前，預(yù)抽真空至3.0xl0"Pa，隨后通入純度99.99%的氬氣，氬氣流量控制在25sccm。首先用0.4A的靶電流、偏壓500V濺射清洗靶材20分鐘后，再在2個(gè)石墨靶上分別施加7.0A靶電流，偏壓60V;在金屬Ti靶上施加偏壓120V，靶電流0.5A。濺射沉積薄膜220分鐘后在合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面制成總厚度為2iam的碳/TiC納米多層復(fù)合膜。實(shí)施例1碳/TiC納米多層復(fù)合膜中碳膜和碳:TiC復(fù)合膜各單膜層厚度基本相同，單膜層厚度45nm。在碳:TiC復(fù)合膜層TiC以平均尺寸為38nm的顆粒在碳膜基體中均勻分布，納米多層復(fù)合膜中TiC重量百分比為2X，碳重量百分比為98%。碳膜和碳TiC復(fù)合膜的碳材料C-C結(jié)構(gòu)中sp2鍵含量70%,sp3鍵含量30%。實(shí)施例2:采用封閉場非平衡磁控濺射儀在合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面濺射沉積納米多層復(fù)合膜。在四個(gè)垂直于水平并相互呈90度方向安置高純石墨靶和金屬Ti靶共濺射制備薄膜，一、四號靶為石墨靶，二號靶為Ti靶，三號靶不工作。放置合金關(guān)節(jié)頭或合金臼杯試件的轉(zhuǎn)架臺繞豎直中心做單軸轉(zhuǎn)動，控制轉(zhuǎn)架臺轉(zhuǎn)速2rpm。試件傾斜擺動并同時(shí)自轉(zhuǎn)，試件與耙材間的距離約為15cm。鍍膜前，預(yù)抽真空至3.0xl0"Pa，隨后通入純度99.99%的氬氣，氬氣流量控制在25sccm。首先用0.4A的靶電流、偏壓500V濺射清洗靶材20分鐘后，再在2個(gè)石墨靶上分別施加7.0A靶電流，偏壓80V;在金屬Ti靶上施加偏壓120V，耙電流1.0A。濺射沉積薄膜200分鐘后在合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面制成總厚度為2^rni的碳/TiC納米多層復(fù)合膜。實(shí)施例2碳/TiC納米多層復(fù)合膜中碳膜和碳:TiC復(fù)合膜各單膜層厚度基本相同，單膜層厚度23nm。在碳:TiC復(fù)合膜層中TiC以平均尺寸為510nm的顆粒在碳膜基體中均勻分布，納米多層復(fù)合膜中TiC重量白分比為8X，碳重量百分比為92%。碳膜和碳:TiC復(fù)合膜的碳材料C-C結(jié)構(gòu)中sp2鍵含量55%，sp3鍵含量45%。實(shí)施例3:采用封閉場非平衡磁控濺射儀在合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面濺射沉積納米多層復(fù)合膜。在四個(gè)垂直于水平并相互呈90度方向安置高純石墨耙和金屬Ti靶共濺射制備薄膜，一、四號靶為石墨靶，二號靶為Ti靶，三號靶不工作。放置合金關(guān)節(jié)頭或合金臼杯試件的轉(zhuǎn)架臺繞豎直中心做單軸轉(zhuǎn)動，控制轉(zhuǎn)架臺轉(zhuǎn)速3rpm。試件傾斜擺動并同時(shí)自轉(zhuǎn)，試件與靶材間的距離約為15cm。鍍膜前，預(yù)抽真空至3.0xlO"Pa，隨后通入純度99.99°/。的氬氣，氬氣流量控制在25sccm。首先用0.4A的靶電流、偏壓500V濺射清洗靶材20分鐘后，再在2個(gè)石墨靶上分別施加7.0A靶電流，偏壓100V;在金屬Ti靶上施加偏壓120V，靶電流1.0A。濺射沉積薄膜210分鐘時(shí)后在合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面制成總厚度為2pm的碳/TiC納米多層復(fù)合膜。實(shí)施例3碳/TiC納米多層復(fù)合膜中碳膜和碳:TiC復(fù)合膜各單膜層厚度基本相同，單膜層厚度13nm。在碳:TiC復(fù)合膜層中TiC以平均尺寸為510nm的顆粒在碳膜基體中均勻分布，納米多層復(fù)合膜中TiC重量百分比為8X，碳重量百分比為92。/o。碳膜和碳:TiC復(fù)合膜的碳材料C-C結(jié)構(gòu)中sp2鍵含量48%，sp3鍵含量52%。實(shí)施例4:采用封閉場非平衡磁控濺射儀在合金關(guān)節(jié)頭表面、合金閂杯表面濺射沉積納米多層復(fù)合膜。在四個(gè)垂直于水平并相互呈卯度方向安置高純石墨靶和金屬Ti靶共濺射制備薄膜，一、四號靶為石墨靶，二號靶為Ti靶，三號靶不工作。放置合金關(guān)節(jié)頭或合金臼杯試件的轉(zhuǎn)架臺繞豎直中心做單軸轉(zhuǎn)動，控制轉(zhuǎn)架臺轉(zhuǎn)速3rpm。試件傾斜擺動并同時(shí)自轉(zhuǎn)，試件與靶材間的距離約為15cm。鍍膜前，預(yù)抽真空至3.0x10—4Pa，隨后通入純度99.99%的氬氣，氬氣流量控制在25sccm。首先用0.4A的靶電流、偏壓500V濺射清洗靶材20分鐘后，再在2個(gè)石墨靶上分別施加7.0A靶電流，偏壓120V;在金屬Ti靶上施加偏壓120V，靶電流2.0A。濺射沉積薄膜200分鐘后在合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面制成總厚度為2pm的碳/TiC納米多層復(fù)合膜。實(shí)施例4碳/TiC納米多層復(fù)合膜中碳膜和碳:TiC復(fù)合膜各單膜層厚度基本相同，單膜層厚度15nm。在碳:TiC復(fù)合膜層中TiC以平均尺寸為612nm的顆粒在碳膜基體中均勻分布，納米多層復(fù)合膜中TiC重量百分比為15%，碳重量百分比為85%。碳膜和碳:TiC復(fù)合膜的碳材料C-C結(jié)構(gòu)中sp2鍵含量40%，spS鍵含量60%。實(shí)施例5:采用封閉場非平衡磁控濺射儀在合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面濺射沉積納米多層復(fù)合膜。在四個(gè)垂直于水平并相互呈90度方向安置高純石墨耙和金屬Ti靶共濺射制備薄膜，一、四號靶為石墨靶，二號靶為Ti靶，三號靶不工作。放置合金關(guān)節(jié)頭或合金臼杯試件的轉(zhuǎn)架臺繞豎直中心做單軸轉(zhuǎn)動，控制轉(zhuǎn)架臺轉(zhuǎn)速3rpm。試件傾斜擺動并同時(shí)自轉(zhuǎn)，試件與耙材間的距離約為15cm。鍍膜前，預(yù)抽真空至3.0xlO"Pa，隨后通入純度99.99%的氬氣，氬氣流量控制在25sccm。首先用0.4A的靶電流、偏壓500V濺射清洗靶材20分鐘后，再在2個(gè)石墨靶上分別施加7.0A靶電流，偏壓120V;在金屬Ti靶上施加偏壓120V，靶電流0.6A。濺射沉積薄膜230分鐘后在合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面制成總厚度為2jam的碳/TiC納米多層復(fù)合膜。實(shí)施例5碳/TiC納米多層復(fù)合膜中碳膜和碳:TiC復(fù)合膜各單膜層厚度基本相同，單膜層厚度unm。在碳TiC復(fù)合膜層中TiC以平均尺寸為48nm的顆粒在碳膜基體中均勻分布，納米多層復(fù)合膜中TiC重量百分比為2.5X，碳重量百分比為97.5%。碳膜和碳:TiC復(fù)合膜的碳材料C-C結(jié)構(gòu)中sp2鍵含量40%，sp3鍵含量60%。在模擬人體環(huán)境中用血小板粘附、活化、白蛋白與纖維蛋白原比值等指標(biāo)評定本發(fā)明實(shí)施例l、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4和實(shí)施例5的合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面碳/TiC納米多層復(fù)合膜的血液相容性；以細(xì)胞增殖率、存活率、粘附、分化、形貌和細(xì)胞骨架架構(gòu)等評定薄膜的細(xì)胞相容性、致敏、致畸變性。將本發(fā)明實(shí)施例l、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4和實(shí)施例5的合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面碳/TiC納米多層復(fù)合膜的試片植入動物肌肉、股骨髓腔中，進(jìn)行生物活體試驗(yàn)。在植入后l、2、4、8、12、24周化驗(yàn)肝腎功，微量元素含量，免疫蛋白電泳，基因檢測，取動物肝、腎組織及試片和周圍組織標(biāo)本，用光學(xué)顯微鏡及掃描電鏡、透射電鏡和能譜分析觀察組織變化。通過動物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，觀察分析局部組織反應(yīng)及血液系統(tǒng)變化等生物學(xué)特性，結(jié)果表明本發(fā)明實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4和實(shí)施例5的合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面碳/TiC納米多層復(fù)合膜對細(xì)胞沒有毒害作用，細(xì)胞沒有出現(xiàn)異常分化，結(jié)合良好。研究表明，本發(fā)明實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4和實(shí)施例5的合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面碳/TiC納米多層復(fù)合膜都具有優(yōu)異的化學(xué)惰性和生物相容性，在人體中無不良組織反應(yīng)和無過敏反應(yīng)而表現(xiàn)很高的安全性。本發(fā)明在合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面碳/TiC納米多層復(fù)合膜表面光滑均勻，粗糙度極小。用掃描電鏡觀察碳/TiC納米多層復(fù)合膜截面，薄膜在關(guān)節(jié)頭和合金臼杯基體上厚度分布十分均勻。采用壓坑法在150N載荷下評價(jià)碳/TiC納米多層復(fù)合膜與合金界面的縱向結(jié)合狀況，薄膜在壓坑最邊緣位置沒有發(fā)生開裂和剝落現(xiàn)象。采用劃痕法評價(jià)碳/TiC納米多層復(fù)合膜與合金界面的橫向結(jié)合狀況。在模擬人體環(huán)境中在200kg負(fù)荷作用下評價(jià)本發(fā)明實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4和實(shí)施例5的合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面碳/TiC納米多層復(fù)合膜的摩擦磨損性能。表1為本發(fā)明碳/TiC納米多層復(fù)合膜與合金基體的界面結(jié)合力以及在模擬人體環(huán)境中所測定的平均動摩擦系數(shù)和磨損率。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本發(fā)明合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面碳/TiC納米多層復(fù)合膜具有如下特點(diǎn)1、摩擦系數(shù)低、摩擦系數(shù)穩(wěn)定。本發(fā)明實(shí)施例l、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4和實(shí)施例5的合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面碳/TiC納米多層復(fù)合膜在模擬人體環(huán)境中的平均動摩擦系數(shù)分別為0.054、0.058、0.056、0.067和0.052，低于鈦合金-鈦合金和陶瓷-陶瓷全陶界面的平均動摩擦系數(shù)0.14和0.094，稍低于鈦合金-UHMWP界面的平均動摩擦系數(shù)0.068，也低于DLC薄膜模擬人體環(huán)境中的平均動摩擦系數(shù)0.081。本發(fā)明實(shí)施例l、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4和實(shí)施例5的合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面碳/TiC納米多層復(fù)合膜在模擬人體環(huán)境中經(jīng)過150000個(gè)摩擦循環(huán)過程中摩擦系數(shù)波動較小，波動幅度在平均動摩擦系數(shù)值的±10%范圍內(nèi)，低于DLC薄膜在模擬人體環(huán)境中的摩擦系數(shù)波動(波動幅度平均動摩擦系數(shù)值的±20%)。2、耐磨性能優(yōu)異。本發(fā)明實(shí)施例l、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4和實(shí)施例5的合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面碳/TiC納米多層復(fù)合膜在模擬人體環(huán)境中的磨損率分別為5.5xlO"7m3/N.m、3.9xl0"7m3/N.m、3.3xl(T17m3/N-m、2.8xl(T17m3/N'm和2.5xl0—17m3/N'm，遠(yuǎn)低于鈦合金-UHMWPE和陶瓷-陶瓷全陶界面界面的磨損率2xl0—'3mVN.m和5xl0—15m3/N.m，同DLC薄膜在模擬人體環(huán)境中的磨損率3.1xl0^m^N.m基本相當(dāng)。根據(jù)本發(fā)明合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面碳/TiC納米多層復(fù)合膜在模擬人體環(huán)境中的磨損率結(jié)果與鈦合金-UHMWPE、氧化鋁生物陶瓷-UHMWPE和氧化鋁生物陶瓷-陶瓷的磨損率比較，推測本發(fā)明實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4和實(shí)施例5的合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面碳/TiC納米多層復(fù)合膜的體內(nèi)線性磨損量小于4xl(T5mm/年，遠(yuǎn)低于鈦合金-UHMWPE(0.1-0.4mm/年)和氧化鋁生物陶瓷-陶瓷界面的體內(nèi)線性磨損量(約0.005mm/年)，具有極優(yōu)異的耐磨壽命。3、與合金基底結(jié)合力好、承重性能高。本發(fā)明實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4和實(shí)施例5的合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面碳/TiC納米多層復(fù)合膜的納米多層結(jié)構(gòu)顯著改善了薄膜與合金基體的結(jié)合力和負(fù)荷承重能力，碳:TiC復(fù)合膜層中呈納米顆粒形式存在的TiC納米相明顯降低了復(fù)合膜層的內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)一步提高了薄膜與合金基底的界面結(jié)合力。在150N載荷下采用壓坑法評價(jià)實(shí)施例l、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4和實(shí)施例5的碳/TiC納米多層復(fù)合膜與合金界面的縱向結(jié)合狀況，薄膜在壓坑最邊緣位置沒有發(fā)生開裂和剝落現(xiàn)象。劃痕試驗(yàn)測量的實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4和實(shí)施例5的碳/TiC納米多層復(fù)合膜的臨界載荷(Lc)值分別為80N、85N、95N、95N和90N，遠(yuǎn)高于DLC薄膜與合金基體的結(jié)合力(臨界載荷約20N)。在模擬人體環(huán)境中的1300kg負(fù)荷或4.5GPa承重負(fù)荷下，本發(fā)明實(shí)施例l、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4和實(shí)施例5的關(guān)節(jié)頭-臼杯界面的碳/TiC納米多層復(fù)合膜都沒有發(fā)生膜層破裂和剝落失效現(xiàn)象。4、優(yōu)異的腐蝕防護(hù)作用。人體中是一個(gè)高腐蝕性環(huán)境，合金植入物在人體內(nèi)各種生化反應(yīng)的作用下會發(fā)生腐蝕，生成各種金屬離子進(jìn)入血液和產(chǎn)生氧化膜，使病人血液中金屬離子濃度超標(biāo)。由于合金表面碳/TiC納米復(fù)合多層膜的防護(hù)作用，本發(fā)明實(shí)施例l、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4和實(shí)施例5的合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面碳/TiC納米多層復(fù)合膜的人工髖關(guān)節(jié)在模擬人體環(huán)境中只有極微小的金屬離子釋放，與純合金關(guān)節(jié)頭-臼杯表面相比，金屬離子釋放降低了約105倍。本發(fā)明人工髖關(guān)節(jié)合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面碳/TiC納米多層復(fù)合膜生物相容佳，組織學(xué)反應(yīng)低，在人體中無不良組織反應(yīng)和無過敏反應(yīng)，作為人體植入材料安全性高。由于人工髖關(guān)節(jié)合金關(guān)節(jié)頭表面、合金臼杯表面碳/TiC納米多層復(fù)合膜具有極優(yōu)異的潤滑作用、耐磨性能和高負(fù)荷承重能力，解決了關(guān)節(jié)頭一臼杯界面磨損引起的人工髖關(guān)節(jié)松動等問題，提高了組合式人工髖關(guān)節(jié)在人體中生存的使用壽命。權(quán)利要求1.關(guān)節(jié)頭和臼杯表面鍍覆碳/TiC納米多層復(fù)合膜的人工髖關(guān)節(jié)，其特征是在合金關(guān)節(jié)頭和臼杯表面鍍覆有由單層厚度為12～45nm的碳膜和單層厚度為12～45nm的碳TiC復(fù)合膜相互交叉構(gòu)成的納米多層復(fù)合膜，納米多層復(fù)合膜含有重量百分比為85～98％碳，2～15％TiC，納米多層復(fù)合膜的總厚度為1.5～2.5μm。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)頭和臼杯表面鍍覆碳/TiC納米多層復(fù)合膜的人工髖關(guān)節(jié)，其特征是納米多層復(fù)合膜含有重量百分比為98%碳，2%TiC，納米多層復(fù)合膜的總厚度為2iLim。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)頭和臼杯表面鍍覆碳/TiC納米多層復(fù)合膜的人工髖關(guān)節(jié)，其特征是納米多層復(fù)合膜含有重量百分比為92%碳，8%TiC，納米多層復(fù)合膜的總厚度為2^m。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)頭和臼杯表面鍍覆碳/TiC納米多層復(fù)合膜的人工髖關(guān)節(jié)，其特征是納米多層復(fù)合膜含有重量百分比為85%碳，15%TiC，納米多層復(fù)合膜的總厚度為2pm。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的關(guān)節(jié)頭和臼杯表面鍍覆碳/TiC納米多層復(fù)合膜的人工髖關(guān)節(jié)，其特征是所說的碳膜層和碳TiC復(fù)合膜層的碳材料C-C結(jié)構(gòu)中sp2鍵含量4070%，sp3鍵含量6030X。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的關(guān)節(jié)頭和臼杯表面鍍覆碳/TiC納米多層復(fù)合膜的人工髖關(guān)節(jié)，其特征是所說的碳TiC復(fù)合膜層中TiC以平均尺寸為312nm的顆粒均勻分布在碳基體中。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)頭和臼杯表面鍍覆碳/TiC納米多層復(fù)合膜的人工髖關(guān)節(jié)，其特征是所說的合金為鈦合金，CoCrMo合金、不銹鋼或鉭合金。全文摘要本發(fā)明公開的關(guān)節(jié)頭和臼杯表面鍍覆碳/TiC納米多層復(fù)合膜的人工髖關(guān)節(jié)，在合金關(guān)節(jié)頭和臼杯表面鍍覆有由單層厚度為12～45nm的碳膜和單層厚度為12～45nm的碳TiC復(fù)合膜相互交叉構(gòu)成的多層復(fù)合膜，納米多層復(fù)合膜含有重量百分比為85～98％碳，2～15％TiC，納米多層復(fù)合膜的總厚度為1.5～2.5μm。該人工髖關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)頭和臼杯表面的碳/TiC納米多層復(fù)合膜，在模擬人體環(huán)境中具有優(yōu)異的浸潤性、耐磨性能和高的負(fù)荷承重能力，對合金的腐蝕防護(hù)作用強(qiáng)以及生物相容佳，組織學(xué)反應(yīng)低，在人體中無不良組織反應(yīng)和無過敏反應(yīng)，大幅度提高了植入材料的可靠性和組合式人工髖關(guān)節(jié)在人體中生存的使用壽命。文檔編號A61F2/32GK101224141SQ20071016460公開日2008年7月23日申請日期2007年12月21日優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日發(fā)明者鍵劉,李眾利,洪春福,涂江平,攻金申請人:浙江大學(xué)