本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)治療領(lǐng)域，具體而言，涉及一種濺射靶、濺射儀和假體涂層方法。

背景技術(shù)：

Ti₆Al₄V合金因為較好的生物相容性、耐蝕性、高強度、彈性模量與骨皮質(zhì)相近等優(yōu)越性能，被廣泛的用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。但是長期用于人體環(huán)境中將會釋放Al、V離子。Al和V離子對人體具有毒性，致癌和致畸的可能。而且Al使Ti表面電位正移，在與血栓液接觸的環(huán)境中會導(dǎo)致纖維蛋白的沉積而形成血栓，這就降低了材料使用的安全性和可靠性。

目前，一些假體結(jié)構(gòu)采用的材質(zhì)是Ti₆Al₄V合金，由于Al、V離子析出會導(dǎo)致假體無菌性松動，降低了假體壽命。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種濺射靶、濺射儀和假體涂層方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的假體結(jié)構(gòu)的壽命較低的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了一種濺射靶，包括：濺射板，濺射板上設(shè)置有濺射孔；遮擋板，遮擋板遮擋在濺射孔處，遮擋板可運動地設(shè)置以調(diào)整遮擋板所遮擋的濺射孔的通流面積。

進一步地，遮擋板可移動地設(shè)置在濺射板上。

進一步地，濺射孔為矩形孔，遮擋板矩形孔的長度方向可移動地設(shè)置。

進一步地，遮擋板可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在濺射板上。

進一步地，濺射靶還包括：驅(qū)動裝置，驅(qū)動裝置與遮擋板連接，以驅(qū)動遮擋板打開或閉合濺射孔。

進一步地，驅(qū)動裝置為伺服電機。

進一步地，濺射板內(nèi)設(shè)置有與濺射孔連通的容納腔，遮擋板可移動地設(shè)置在容納腔內(nèi)。

進一步地，濺射板的背面設(shè)置有靶材后蓋，靶材后蓋遮擋在濺射孔的背側(cè)。

進一步地，濺射板上設(shè)置有固定架，靶材后蓋固定在固定架上。

根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了一種濺射儀，包括濺射真空室和設(shè)置在濺射真空室內(nèi)的濺射靶，濺射靶為上述的濺射靶。

根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，提供了一種利用上述的濺射儀對假體進行涂層的假體涂層方法，包括：步驟一：使濺射儀的遮擋板運動到第一位置，并向假體的外表面濺射第一種物質(zhì)；步驟二：在預(yù)定時間后，使濺射儀的遮擋板運動到第二位置，并向假體的外表面繼續(xù)濺射第一種物質(zhì)。

本發(fā)明中的濺射靶包括濺射板和用于遮擋該濺射板上的濺射孔的遮擋板，由于遮擋板可運動地設(shè)置在濺射板上，這樣，可以通過調(diào)節(jié)遮擋板的位置調(diào)整遮擋板所遮擋的濺射孔的通流面積，進而可以利用該濺射板在假體的表面濺射不同比重的靶材原子，進而可以在假體的表面涂覆具有梯度的保護涂層，利用該保護涂層便可以包裹住材質(zhì)為Ti₆Al₄V合金的假體主體的外表面，防止因Al、V離子析出而出現(xiàn)假體無菌性松動的情況出現(xiàn)，提高了假體的壽命，且防止Al離子和V離子對人體的損害，提高假體使用的安全性和可靠性。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的濺射靶的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了圖1中的濺射靶的后視圖；以及

圖3使出了根據(jù)本發(fā)明的濺射儀的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，上述附圖包括以下附圖標(biāo)記：

10、濺射板；11、濺射孔；12、固定架；20、遮擋板；30、靶材后蓋；40、濺射真空室；41、圓形靶；42、真空系統(tǒng)連接部；43、圓形靶位；44、進取樣品門；45、矩形靶；50、驅(qū)動裝置。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種濺射靶，請參考圖1至圖3，該濺射靶包括：濺射板10，濺射板10上設(shè)置有濺射孔11；遮擋板20，遮擋板20遮擋在濺射孔11處，遮擋板20可運動地設(shè)置以調(diào)整遮擋板20所遮擋的濺射孔11的通流面積。

本發(fā)明中的濺射靶包括濺射板10和用于遮擋該濺射板10上的濺射孔11的遮擋板20，由于遮擋板20可運動地設(shè)置在濺射板10上，這樣，可以通過調(diào)節(jié)遮擋板20的位置調(diào)整遮擋板20所遮擋的濺射孔11的通流面積，進而可以利用該濺射板10在假體的表面濺射不同比重的靶材原子，進而可以在假體的表面涂覆具有梯度的保護涂層，利用該保護涂層便可以包裹住材質(zhì)為Ti₆Al₄V合金的假體主體的外表面，防止因Al、V離子析出而出現(xiàn)假體無菌性松動的情況出現(xiàn)，提高了假體的壽命，且防止Al離子和V離子對人體的損害，提高假體使用的安全性和可靠性。

為了比較方便地調(diào)整濺射孔11的開度，一種設(shè)置方式為，遮擋板20可移動地設(shè)置在濺射板10上。這樣，可以比較方便地調(diào)節(jié)遮擋板20的位置。

在本實施例中，濺射孔11為矩形孔，遮擋板20矩形孔的長度方向可移動地設(shè)置。這樣，有利于調(diào)整濺射孔11的開度。

其次，遮擋板20的另一種設(shè)置方式為，遮擋板20可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在濺射板10上。

為了驅(qū)動遮擋板20運動，濺射靶還包括：如圖1所示，驅(qū)動裝置50，驅(qū)動裝置50與遮擋板20連接，以驅(qū)動遮擋板20打開或閉合濺射孔11。

具體地，驅(qū)動裝置50為伺服電機。

在本實施例中，濺射板10內(nèi)設(shè)置有與濺射孔11連通的容納腔，遮擋板20可移動地設(shè)置在容納腔內(nèi)。這樣，可以減小濺射板的體積，利用抽拉的方式驅(qū)動遮擋板20。

在本實施例中，如圖2所示，濺射板10的背面設(shè)置有靶材后蓋30，靶材后蓋30遮擋在濺射孔11的背側(cè)。這樣，便可以將靶材后蓋30上的材料濺射到假體上。

在本實施例中，如圖2所示，濺射板10上設(shè)置有固定架12，靶材后蓋30固定在固定架12上。優(yōu)選地，濺射板10上設(shè)置有凸臺，固定架12設(shè)置在凸臺上。

本實施例還提供了一種濺射儀，如圖3所示，包括濺射真空室40和設(shè)置在濺射真空室40內(nèi)的濺射靶，濺射靶為上述的濺射靶。優(yōu)選地，該濺射儀包括圓形靶41、真空系統(tǒng)連接部42、圓形靶位43、進取樣品門44和矩形靶45。

本實施例還提供了一種利用上述的濺射儀對假體進行涂層的假體涂層方法，包括：步驟一：使濺射儀的遮擋板運動到第一位置，并向假體的外表面濺射第一種物質(zhì)；步驟二：在預(yù)定時間后，使濺射儀的遮擋板運動到第二位置，并向假體的外表面繼續(xù)濺射第一種物質(zhì)。其中，第一種物質(zhì)形成假體表面的保護涂層。

本發(fā)明通過磁控濺射的方法在髖關(guān)節(jié)假體和膝關(guān)節(jié)假體的表面制備TaTiMg梯度合金涂層。因此，為了提高髖關(guān)節(jié)假體的安全性和使用壽命，可在假體表面制備涂層。

本方案的目的是解決關(guān)節(jié)假體材料的不足，在人工髖關(guān)節(jié)假體表面制備一種安全、無毒、耐用的梯度合金涂層。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了磁控濺射TaTiMg梯度合金涂層+真空擴散的工藝，工藝原理如下：

磁控濺射即是動能交換的過程，當(dāng)入射粒子以幾十伏的能量入射到靶材表面時，發(fā)生彈性碰撞，能量傳遞給靶表面原子，靶面原子再把這種能量傳遞給內(nèi)部原子，這樣，能量被逐次傳遞。當(dāng)其中一個原子獲得指向靶面向外的動量，同時這種動量足夠克服表面勢壘時，即可以脫離靶面成為濺射原子。被濺射出的原子的能量僅為入射粒子能量的1％左右，大部分能量被消耗在與表層原子的碰撞中。

濺射一般只發(fā)生在表面幾納米的原子中，因此可認(rèn)為濺射發(fā)生時原子從表面開始剝離。濺射沉積鍍膜即是在高真空條件下，用高能粒子轟擊靶材，被轟擊出來的粒子充斥在真空室氣氛中從而沉積在基體表面生成所需的膜層。濺射涂層技術(shù)具有操作簡單、工藝重復(fù)性好、易實現(xiàn)自動控制等優(yōu)點。

真空擴散即是為了使濺射涂層的粘結(jié)力進一步增加，濺射完成之后再經(jīng)過真空擴散，即置于真空高溫環(huán)境中(不要超過基材的熔點)保溫一定時間，然后切斷電源隨爐冷卻，使涂層原子與基體原子在交界處充分混合，從而增加涂層粘結(jié)力。

本方案的磁控濺射儀采用TaTiMg共同濺射的形式，分別將Ta靶材、Ti靶材和Mg靶材裝在濺射儀中。濺射儀的靶臺采用特殊設(shè)計，靶遮擋板在伺服電機的帶動下可以完成打開與閉合動作。當(dāng)靶遮擋板全部打開，則靶材的全面積發(fā)生濺射作用，那逃逸的靶材原子就多，所以合金涂層中含此金屬的比重就大；反之，合金涂層中含此金屬的比重就小。除靶材金屬外，其他部件均采用不易發(fā)生濺射作用的材料，避免對涂層產(chǎn)生干擾。

設(shè)計此裝置可以在制備TaTiMg梯度合金涂層時，實時控制Ta、Ti和Mg元素的比重，可以制備出貼近基材處Ta含量低Ti含量高Mg含量定值，遠(yuǎn)離基材處Ta含量高Ti含量低Mg含量定值的梯度涂層。

本方案在關(guān)節(jié)假體表面制備的是TaTiMg梯度合金涂層，采用此涂層的優(yōu)點如下：

(1)Ta金屬、Ti金屬和Mg金屬都是生物相容性材料，對人體沒有毒副作用。

(2)Ta金屬、Ti金屬和Mg金屬的彈性模量較低，尤其是Mg金屬，其彈性模量(40Gpa)與人骨的彈性模量(10-30Gpa)非常接近，適合做骨科植入性材料。

(3)Ta金屬與Ti金屬都可以與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，分別生成Ta₂O₅與TiO₂的氧化物薄膜，耐腐蝕性強，遭受人體體液腐蝕破壞的風(fēng)險低；Mg金屬與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成MgO，其耐蝕性能不如Ta₂O₅與TiO₂強，但Mg是人體必需的微量元素，可通過被人體代謝掉，所以對人體不會造成影響。其次，鎂金屬的彈性模量為40Gpa，與人體骨的彈性模量(10-30Gpa)相近，可降低應(yīng)力遮擋效應(yīng)。

(4)Ta涂層表面改性處理能有效提高鈦合金的抗腐蝕和抗電化學(xué)腐蝕性能，為解決生物醫(yī)用鈦合金植入體無菌性松動的問題提供了保證。

(5)在高溫狀態(tài)下，Ti金屬可與基體材料(Ti₆Al₄V)中的Ti相互置換，從而提高合金涂層的粘附力，延長髖關(guān)節(jié)假體使用壽命。

(6)合金涂層存在固溶強化作用，即一種金屬元素固溶于另一種金屬中造成一定程度的晶格畸變從而使合金強度提高的現(xiàn)象，這比單質(zhì)涂層力學(xué)性能好，不容易產(chǎn)生涂層開裂的現(xiàn)象。所以在TaTi合金涂層中再添加微量的Mg，可以提高合金涂層的固溶強化作用，增加涂層的使用壽命。

(7)在貼近Ti₆Al₄V基材處，Ti的含量高，可以使涂層與基體的分界線模糊化，也可以增強涂層的粘附性，延長髖關(guān)節(jié)假體壽命；在合金涂層外部，Ta的含量高，可以使涂層真空擴散后Ta充分混合到涂層中，增強固溶強化作用，提高涂層強度，延長髖關(guān)節(jié)假體壽命。Mg的含量定值，但盡量均勻的分散到涂層中去，提高固溶強化作用，提高涂層強度，延長髖關(guān)節(jié)假體壽命。

從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明上述的實施例實現(xiàn)了如下技術(shù)效果：

本發(fā)明中的濺射靶包括濺射板和用于遮擋該濺射板上的濺射孔的遮擋板，由于遮擋板可運動地設(shè)置在濺射板上，這樣，可以通過調(diào)節(jié)遮擋板的位置調(diào)整遮擋板所遮擋的濺射孔的通流面積，進而可以利用該濺射板在假體的表面濺射不同比重的靶材原子，進而可以在假體的表面涂覆具有梯度的保護涂層，利用該保護涂層便可以包裹住材質(zhì)為Ti₆Al₄V合金的假體主體的外表面，防止因Al、V離子析出而出現(xiàn)假體無菌性松動的情況出現(xiàn)，提高了假體的壽命，且防止Al離子和V離子對人體的損害，提高假體使用的安全性和可靠性。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。