專(zhuān)利名稱(chēng)：一種替代承重骨組織的醫(yī)用多孔金屬材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多孔醫(yī)用金屬植入材料及其制備方法，特別是涉及一種替代承重部位骨組織的醫(yī)用植入多孔金屬材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
多孔醫(yī)用金屬植入材料具有治療骨組織創(chuàng)傷、股骨組織壞死等重要而特殊的用途，現(xiàn)常見(jiàn)的這類(lèi)材料有多孔金屬不銹鋼、多孔金屬鈦等。作為骨組織創(chuàng)傷和股骨組織壞死治療使用的多孔植入材料，其孔隙度應(yīng)達(dá)30 80%，而且孔隙最好全部連通與均勻分布，或根據(jù)需要使之既與人體的骨組織生長(zhǎng)相一致，又減輕了材料本身的重量，以適合人體植入使用。 而難熔金屬鉭/鈮，由于它具有優(yōu)秀的生物相容性，其多孔材料有望作為替代前述等傳統(tǒng)醫(yī)用金屬生物材料。由于金屬鉭/鈮對(duì)人體的無(wú)害、無(wú)毒、無(wú)副作用，以及隨著國(guó)內(nèi)外醫(yī)學(xué)的飛速發(fā)展，對(duì)鉭/鈮作為人體植入材料認(rèn)知的進(jìn)一步深入，人們對(duì)人體植入用多孔金屬鉭/鈮材料的需求變得越來(lái)越迫切，對(duì)其要求也越來(lái)越高。其中作為多孔醫(yī)用植入金屬鉭/鈮，如果能具有很高的均勻分布連通孔隙以及與人體相適應(yīng)的物理機(jī)械性能，則其有望作為一種新型的骨組織替代材料。作為醫(yī)用植入的多孔金屬材料就像一般的多孔金屬材料那樣基本上是以粉末燒結(jié)法為主要的加工方法，特別是為獲取孔隙連通與均勻分布的多孔金屬泡沫結(jié)構(gòu)采用粉末燒結(jié)法中的金屬粉末漿料在有機(jī)泡沫體上的浸潰后干燥再燒結(jié)簡(jiǎn)稱(chēng)泡沫浸潰法居多。關(guān)于粉末燒結(jié)所獲得的多孔金屬材料通常其金屬力學(xué)性能并不是很好，其主要原因是工藝上如何安排成孔介質(zhì)的支撐與消除關(guān)系、金屬粉末燒結(jié)過(guò)程中的塌陷問(wèn)題。而已知的文獻(xiàn)報(bào)道中均沒(méi)有很好的解決方法而放任自然。采用金屬粉末燒結(jié)法制造多孔鉭/鈮的文獻(xiàn)報(bào)道很少，特別是以獲得醫(yī)用植入材料用為目的的多孔鉭/鈮粉末燒結(jié)法文獻(xiàn)報(bào)道幾乎沒(méi)有。可以參考的是公開(kāi)號(hào)為CN200510032174，名稱(chēng)“三維通孔或部分孔洞彼此相連多孔金屬泡沫及其制備方法”以及CN200710152394,名稱(chēng)“一種新型多孔泡沫鎢及其制備方法”。然而其所獲得的多孔金屬或是為過(guò)濾材料用，或是為航空航天及其它高溫場(chǎng)合用而非作為醫(yī)用金屬植入材料使用，再者所加工的多孔金屬也非多孔鉭/鈮。關(guān)于多孔鉭，US5282861公開(kāi)了一種應(yīng)用于松質(zhì)骨植入體、細(xì)胞和組織感受器的開(kāi)孔鉭材料及其制備。這種多孔鉭由純商業(yè)鉭制成，它以聚亞氨酯前體進(jìn)行熱降解得到的碳 骨架為支架，該碳骨架呈多重的十二面體，其內(nèi)為網(wǎng)格樣結(jié)構(gòu)，整體遍布微孔，孔隙率可高達(dá)98%，再將商業(yè)純鉭通過(guò)化學(xué)蒸氣沉積、滲透的方法結(jié)合到碳骨架上以形成多孔金屬微結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱(chēng)為化學(xué)沉積法。這種方法所獲得的多孔鉭材料其表面的鉭層厚度在40 60 ii m之間；在整個(gè)多孔材料中，鉭重約占99%，而碳骨架重量則占1%左右。文獻(xiàn)進(jìn)一步記載，該多孔材料的抗壓強(qiáng)度50 70MPa，彈性模量2. 5 3. 5GPa，抗拉強(qiáng)度63MPa。但是將它作為替代承重骨組織如顱骨等醫(yī)用植入材料的多孔鉭，其材料的力學(xué)性能如延展性有明顯不足之處，會(huì)影響到后續(xù)的對(duì)多孔鉭材料本身的加工，例如成型件的切割等。同樣在前述的金屬粉末燒結(jié)法所獲得的產(chǎn)品也均存在這樣的不足。再由于其制備方法的局限，獲得的成品純度不夠，有碳骨架殘留物，導(dǎo)致生物安全性降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種產(chǎn)品純度高的適用于替代承重骨組織的醫(yī)用多孔金屬材料。本發(fā)明的另一目的在于提供上述醫(yī)用多孔金屬材料的制備方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的一種替代承重骨組織的醫(yī)用多孔金屬材料，其特征在于由鉭粉與造孔劑、成型劑混合，再經(jīng)壓制成型、脫脂、燒結(jié)、冷卻和熱處理制得的；所述壓制成型是將所述的混合粉末壓制到有機(jī)泡沫體中，其壓力為50 lOOMpa，所述脫脂過(guò)程是以0. 30C /min 2V /min的速率逐步升溫至400 800°C,以IS氣通入構(gòu)成保護(hù)氣氛并保溫300min 360min ;所述造孔劑為碳酸氫銨或雙氧水，所述成型劑為硬脂酸、硬脂酸鋅、石蠟、合成樹(shù)脂(優(yōu)選為丁苯橡膠或異戊橡膠)中的一種或多種，形成的醫(yī)用多孔鉭材料孔隙直徑為100 500 u m、孔隙度介于55 65%、彈性模量為3. 8 4. 2Gpa、延伸率為9. 3 10. 7%。在醫(yī)用多孔金屬材料的研發(fā)過(guò)程中，醫(yī)用多孔金屬材料作為替代承重骨組織的材料，要求其孔隙率較大、這樣人體組織才易長(zhǎng)入、生物相容性好從而充分地發(fā)揮其作用，但孔隙率越大、孔徑越大，力學(xué)性能如強(qiáng)度、韌性就得不到保證；反之，力學(xué)性能好了又易使孔隙率過(guò)小、生物相容性不好、密度也過(guò)大引起不舒適感；醫(yī)用多孔鉭的制備路線(xiàn)眾多，但發(fā)明人創(chuàng)造性地提出了采用上述步驟、工藝制備醫(yī)用多孔鉭植入材料，有效防止了采用浸漿法易出現(xiàn)的堵孔、浸漿過(guò)程難控制、制得的產(chǎn)品質(zhì)量不均勻等問(wèn)題；其制得的多孔鉭材料經(jīng)過(guò)測(cè)試其雜質(zhì)含量可低于0. 2%、其生物相容性與生物安全性好，密度可達(dá)5. 83 7. 50g/cm3，孔隙度可達(dá)55 65%，孔隙直徑可達(dá)100 500 y m ;彈性模量可達(dá)3. 8 4. 2Gpa、延伸率達(dá)9. 3 10. 7%、彎曲強(qiáng)度可達(dá)100 1201^&、抗壓強(qiáng)度可達(dá)60 701^&，其生物相容性、強(qiáng)韌性均優(yōu)異，接近人體承重骨組織，本發(fā)明多孔鉭非常適合用于替代承重骨組織的醫(yī)用植入材料。本發(fā)明采用的原料鉭粉的平均粒徑小于43微米、氧含量小于0. 1%，為市售產(chǎn)品；上述造孔劑、成型劑也均為市售產(chǎn)品。本發(fā)明真空環(huán)境優(yōu)選采用真空度為10_4Pa 10_3Pa的真空條件。上述有機(jī)泡沫體優(yōu)選聚氨酯泡沫，進(jìn)一步優(yōu)選為孔徑0. 48 0. 89mm，密度0. 015g/cm3 0. 035g/cm3,硬度大于 50。(最優(yōu)選孔徑為 0. 56 0. 72mm,密度 0. 025g/cm3,硬度50° 80° )的聚氨酯泡沫中。在研發(fā)過(guò)程中發(fā)明人進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，若上述制備中控制不好，雖可制得如上所述適合用于替代承重骨組織的醫(yī)用植入材料但產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性不理想、合格率不高如粉末壓制成型難、在壓制后部分易出現(xiàn)分層、不均勻，脫脂后部分會(huì)出現(xiàn)裂紋等技術(shù)問(wèn)題。為了使粉末壓制過(guò)程中成型更容易，從而提高成品率、成品孔隙均勻性、使制備過(guò)程更穩(wěn)定，上述造孔劑的用量為15 25%、成型劑的用量為7 12%、余量為鉭粉，均以體積百分含量計(jì)(以體積百分含量計(jì)是通過(guò)最終多孔鉭材料的情況直接推算的單位，在上述造孔劑、成型劑的稱(chēng)量中固體粉末還是根據(jù)相應(yīng)物質(zhì)的密度計(jì)算出其對(duì)應(yīng)的質(zhì)量稱(chēng)量的、當(dāng)然若為液體物質(zhì)則直接采用體積稱(chēng)量)，進(jìn)一步優(yōu)選為造孔劑為雙氧水占18%、成型劑為硬脂酸鋅占11%、余量為鉭粉、以體積百分含量計(jì)；上述壓制成型過(guò)程中的壓力優(yōu)選為75 87Mpa。為了使脫脂過(guò)程中胚體更穩(wěn)定、減少易出現(xiàn)的部分胚體變形、孔徑不均勻，從而進(jìn)一步提高成品率、質(zhì)量穩(wěn)定性，上述脫脂過(guò)程是以0. 3°C /min 1°C /min的速率逐步升溫至400 800°C，以氬氣通入構(gòu)成保護(hù)氣氛并保溫330min 350min ;進(jìn)一步優(yōu)選以0. 8°C /min的速率逐步升溫至400 800°C,以IS氣通入構(gòu)成保護(hù)氣氛并保溫340min。一種替代承重骨組織的醫(yī)用多孔金屬材料的制備方法，采用模壓法燒結(jié)而成，其特點(diǎn)在于將鉭粉與造孔劑、成型劑混合，再在50 IOOMpa下將所述混合粉末壓制到有機(jī)泡沫體中成型、脫脂、燒結(jié)、冷卻和熱處理制得替代承重骨組織的醫(yī)用多孔金屬材料；所述造孔劑為碳酸氫銨或雙氧水，所述成型劑為硬脂酸、硬脂酸鋅、石蠟、合成樹(shù)脂(優(yōu)選為丁 苯橡膠或異戊橡膠)中的一種或多種，其中造孔劑的用量為15 25%、成型劑的用量為7 12%、余量為鉭粉，均以體積百分含量計(jì)；所述脫脂過(guò)程是以0. 3°C /min 2V /min的速率逐步升溫至400 800°C，以氬氣通入構(gòu)成保護(hù)氣氛并保溫300min 360min。上述原料鉭粉的平均粒徑小于43微米、氧含量小于0. 1% ;上述造孔劑進(jìn)一步優(yōu)選為雙氧水占18%、成型劑為硬脂酸鋅占11%、余量為鉭粉、以體積百分含量計(jì)。上述有機(jī)泡沫體優(yōu)選聚氨酯泡沫，進(jìn)一步優(yōu)選為孔徑0. 48 0. 89mm,密度0. 015g/cm3 0. 035g/cm3,硬度大于50° (最優(yōu)選孔徑為0. 56 0. 72mm,密度0. 025g/cm3,硬度50° 80° )的聚氨酯泡沫中。為了使壓制制胚過(guò)程中壓制壓力均勻、不分層，從而使最終多孔鉭孔隙分布更均勻、質(zhì)量更穩(wěn)定，上述壓制過(guò)程中采用的壓力優(yōu)選為75 87Mpa，上述脫脂過(guò)程中優(yōu)選為以0. 3°C /min 1°C /min的速率逐步升溫至400 800°C,以IS氣通入構(gòu)成保護(hù)氣氛并保溫330min 350min,進(jìn)一步優(yōu)選以0. 8°C /min的速率逐步升溫至400 800°C,以U1氣通入構(gòu)成保護(hù)氣氛并保溫340min。本發(fā)明另一方面的進(jìn)一步的特點(diǎn)是在真空度不低于10_4 10_3Pa，溫度2000 2200°C，保溫時(shí)間I 5小時(shí)的真空燒結(jié)處理制得多孔燒結(jié)體。燒結(jié)過(guò)程保溫時(shí)可以充惰性氣體保護(hù)代替真空保護(hù)；最后進(jìn)行真空退火處理，其中真空退火處理是指經(jīng)過(guò)真空燒結(jié)后繼續(xù)保持溫度處于1000 1250°C，保溫時(shí)間I 4小時(shí)，真空度不低于10_4 10_3Pa。真空燒結(jié)條件還包括有真空度不低于10_3Pa，以10 20°C /min的升溫速率從室溫升至1200°C 1500°C，保溫Ih 2h后；再以低于20°C /min的升溫速率升溫至2000 2200°C，至少保溫2h 4h。真空燒結(jié)后的冷卻條件還包括有真空度不低于10_3Pa，以不高于25°C /min，不低于10°C /min漸降冷卻速率方式，對(duì)燒結(jié)多孔體分段降溫冷卻至800°C，各段保溫時(shí)間30min 90min,然后隨爐冷卻至常溫。真空退火條件還包括有真空度不低于10_4Pa，以不高于30°C /min的速率升至1000 1250°C，保溫4h 6h;再以先慢后快以不低于5°C /min但不高于30°C /min的冷卻速率分段冷卻至室溫，各段的保溫時(shí)間呈遞減且不超過(guò)I. 5h 3h內(nèi)選擇。在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步的特點(diǎn)是所述脫脂處理?xiàng)l件還包括有以I 2°C /min的速率從室溫升至400°C，保溫300 330min，以0. 3 0. 8°C/min的速率從400°C升至600 800°C，保溫340 360min ;所述真空燒結(jié)條件還包括有以10 15°C /min的速率從室溫升至1200 1250°C，保溫30 60min，真空度為KT4Pa l(T3Pa，以10 20°C /min的速率升至1500°C，保溫30 60min，真空度為KT4Pa l(T3Pa，以6 20°C /min的速率升至2000 2200°C，保溫120 240min，真空度為KT4Pa KT3Pa ;真空燒結(jié)后的冷卻條件還包括有真空度為KT4Pa KT3Pa ;以10 20°C /min的速率冷卻至1500 1600°C，保溫30 60min ;以12 20°C /min的速率冷卻至1200 1250°C，保溫60 90min ;以10 20°C/min的速率冷卻至800°C，然后隨爐冷卻；所述真空退火條件還包括有以15 30°C/min的速率升至1000 1250°C，保溫240 480min，真空度為KT4Pa l(T3Pa，再以5 IO0C /mi n的速率冷卻至1000°C，保溫90 180min，真空度為KT4Pa KT3Pa ;以10 200C /min的速率冷卻至800°C，保溫60 120min，真空度為KT4Pa ;以20 30°C /min的速率冷卻至室溫，真空度為KT4Pa 10_3Pa。金屬鉭和鈮的性質(zhì)極類(lèi)似，上述方法同樣也適合醫(yī)用多孔鈮材料的制備。本發(fā)明多孔鉭制備方法采用了純物理模壓法，使得最終多孔鉭材料中雜質(zhì)的含量極低，有效地提高了生物相容性和生物安全性；對(duì)本發(fā)明壓制成型、脫脂、燒結(jié)及退火步驟的工藝條件優(yōu)化，使得成品率高、成品孔徑均勻性更好、使制備過(guò)程更穩(wěn)定、質(zhì)量穩(wěn)定性好，有效地消除了熱應(yīng)力、使多孔鉭材料的組織更均勻，以進(jìn)一步提高多孔鉭的力學(xué)性能如強(qiáng)度、韌性同時(shí)都得到提高，本發(fā)明制備工藝使得成品合格率高、生產(chǎn)穩(wěn)定，產(chǎn)品合格率可高達(dá)92%。本發(fā)明制得的多孔鉭成品孔隙分布均勻且連通，生物相容性好，經(jīng)過(guò)測(cè)試其雜質(zhì)含量可低于0. 2%、密度可達(dá)5. 83 7. 50g/cm3,孔隙度可達(dá)55 65%,孔隙直徑可達(dá)100 500 ii m ;彈性模量可達(dá)3. 8 4. 2Gpa、延伸率達(dá)9. 3 10. 7%，彎曲強(qiáng)度可達(dá)100 120Mpa、抗壓強(qiáng)度可達(dá)60 70Mpa，有效解決了作為替代承重部位的醫(yī)用多孔鉭材料既要求其孔隙率較大、又要求力學(xué)性能好的矛盾，本發(fā)明多孔鉭非常適合用于作為替代承重骨組織的醫(yī)用植入材料。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是以下實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)上述本發(fā)明內(nèi)容對(duì)本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整?！N替代承重骨組織的醫(yī)用多孔鉭材料具體是選用硬脂酸、硬脂酸鋅、石蠟、合成橡膠中的一種或多種為成型劑、碳酸氫銨或雙氧水為造孔劑，與平均粒徑小于43微米、氧含量小于0. I %的鉭粉混合，在50 IOOMpa下將所述混合粉末壓制到有機(jī)泡沫體中成型，再經(jīng)脫脂、燒結(jié)、冷卻和熱處理而得；所述脫脂過(guò)程是以0. 3°C /min 2V /min的速率逐步升溫至400 800°C，以氬氣通入構(gòu)成保護(hù)氣氛并保溫300min 360min。形成的醫(yī)用多孔鉭材料孔隙直徑為100 500 u m、孔隙度介于55 65%、彈性模量為3. 8 4. 2Gpa、延伸率為9. 3 10. 7%。更具體地說(shuō)，上述多孔鉭是將7 12% (以體積百分含量計(jì))的上述成型劑、15 25% (以體積百分含量計(jì))的上述造孔劑以及余量的鉭粉混合，將其放入注塑成型機(jī)中加壓壓制到聚氨酯泡沫體中成型；再置于鎢器中放入純凈氬氣(99. 9999% )通入構(gòu)成的保護(hù)氣氛爐中逐步升溫至一定溫度，并保溫進(jìn)行脫脂處理以除去造孔劑、成型劑和聚氨酯泡沫，其中在升溫之前先通入氬氣以排除爐內(nèi)空氣，脫脂后的樣品隨爐冷卻；對(duì)于脫脂處理后的樣品隨鎢器置于高真空高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)逐步升溫至2000 2200°C，保溫時(shí)間I 5小時(shí)進(jìn)行真空燒結(jié)，在升溫之前燒結(jié)爐的真空度至少要達(dá)到合適水平，真空燒結(jié)后的樣品隨爐冷卻，冷卻過(guò)程中保持一定的真空度或按一定的冷卻速率分段冷卻以保持一定溫度于適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，在保溫過(guò)程中可以采用充惰性氣體作為保護(hù)氣氛。對(duì)于真空燒結(jié)冷卻后的樣品隨剛玉容器置于真空退火爐中逐步升溫、保溫進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，在升溫之前退火爐內(nèi)的保持一定的真空度，真空退火處理后的樣品隨爐冷卻，冷卻過(guò)程中也保持一定的真空度或按一定的冷卻速率分段冷卻以保持一定溫度于適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，在保溫過(guò)程中可以采用充惰性氣體作為保護(hù)氣氛，最后進(jìn)行常規(guī)后處理制得多孔鉭。對(duì)于脫脂處理，脫脂過(guò)程是以0. 30C /min TC /min的速率逐步升溫至400 800°C,以IS氣通入構(gòu)成保護(hù)氣氛并保溫330min 350min ;進(jìn)一步優(yōu)選以0. 8°C /min的速率逐步升溫至400 800°C，以氬氣通入構(gòu)成保護(hù)氣氛并保溫340min。對(duì)于脫脂處理后的樣品進(jìn)行真空燒結(jié)處理，是將其隨鎢器置于高真空高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)以一定的升溫速率升溫至鉭的最高燒結(jié)溫度進(jìn)行真空燒結(jié)，在升溫之前燒結(jié)爐保持一定的真空度，以一定的升溫速率升溫至例如1200°C 1250°C，保溫，保持真空；以一定的升溫速率再升溫至例如1250°C 1500°C，保溫，再以一定的升溫速率升溫至例如鉭的最高燒結(jié)溫度，保溫、保持真空；燒結(jié)完畢，保持真空，以一定的降溫速率冷卻至例如1500°C 1600°C，保溫，再以一定的降溫速率冷卻至例如1200°C 1250°C，保溫，還以一定的降溫速率冷卻至例如800°C，然后隨爐冷卻。對(duì)于真空燒結(jié)冷卻后的樣品進(jìn)行真空退火處理，是將其隨剛玉容器置于真空退火爐中以一定的升溫速率升溫至例如1000°C 1250°C進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，在升溫之前退火爐內(nèi)的保持真空度，以一定的升溫速率從室溫升至1000°C 1250°C，保溫，保持真空；再以一定的降溫速率冷卻至例如1000°C，保溫；再以一定的降溫速率冷卻至例如800°C，保溫；還以一定的降溫速率冷卻室溫。最后進(jìn)行常規(guī)后處理制得多孔鉭。發(fā)明人采用金屬粉末燒結(jié)法主要以物理模壓法為主，做了大量的理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得到多孔鉭產(chǎn)品經(jīng)過(guò)測(cè)試其雜質(zhì)含量可低于0. 2%、密度可達(dá)5. 83 7. 50g/cm3，孔隙度可達(dá)55 65%，孔隙直徑可達(dá)100 500 ii m ;彈性模量可達(dá)3. 8 4. 2Gpa、延伸率達(dá)
9.3 10. 7%，彎曲強(qiáng)度可達(dá)100 120Mpa、抗壓強(qiáng)度可達(dá)60 70Mpa。實(shí)施例I :稱(chēng)量硬脂酸鋅、平均粒徑小于43微米氧含量小于0. I %的鉭粉和雙氧水混合均勻，其中硬脂酸鋅占11%，雙氧水占18%、鉭粉占71%，均以體積百分含量計(jì)。加壓成型將上述混合粉末加入注塑成型機(jī)中在82Mpa下壓制到聚氨酯泡沫體(孔徑0. 48 0.89mm，密度0.015g/cm3 0.035g/cm3，硬度大于50° )中成型。脫脂處理真空度10_4Pa，以2. (TC /min的升溫速率從室溫升溫至400°C、保溫320min ;再以0. 5°C /min的升溫速率從400°C升溫至700°C，保溫時(shí)間350分鐘。真空燒結(jié)在真空爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度2000°C，保溫2小時(shí)，真空度10_4Pa，燒結(jié)過(guò)程充氬氣保護(hù)，取出產(chǎn)品后去除表面灰塵及污物，制得的樣品再進(jìn)行常規(guī)的后處理得多孔鉭成品。發(fā)明人按GB/T5163-2006、GB/T5249-1985、GB/T6886-2001 等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述多孔鉭成品的多孔材料密度、孔隙率、孔徑及各種力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)其雜質(zhì)含量低于0.2%，其孔隙分布均勻，密度6. 24g/cm3,孔隙率60%，孔隙平均直徑200 u m,彈性模量4. OGpa、延伸率10. 02%，彎曲強(qiáng)度115MPa，抗壓強(qiáng)度66MPa。
實(shí)施例2 :稱(chēng)取硬脂酸、平均粒徑小于43微米氧含量小于0. I %的鉭粉和碳酸氫銨混合均勻，其中硬脂酸占7%、碳酸氫銨占25%、鉭粉占68%，均以體積百分含量計(jì)。加壓成型將上述混合粉末加入注塑成型機(jī)中在87Mpa下壓制到聚氨酯泡沫體(孔徑0. 48 0.89mm，密度0.015g/cm3 0.035g/cm3，硬度大于50° )中成型。脫脂處理真空度10_4Pa，以2V /min的升溫速率從室溫升溫至400°C、保溫300min。真空燒結(jié)在真空爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度2100°C，保溫4小時(shí)，真空度10_4Pa，燒結(jié)過(guò)程充氬氣保護(hù)，取出產(chǎn)品后去除表面灰塵及污物，制得的樣品再進(jìn)行常規(guī)的后處理得多孔鉭成品。發(fā)明人按GB/T5163-2006、GB/T5249-1985、GB/T6886-2001 等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述多孔鉭成品的多孔材料密度、孔隙率、孔徑及各種力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)其雜質(zhì)含量低于0.2%，其孔隙分布均勻，密度6. 05g/cm3,孔隙率65%，孔隙平均直徑400 u m,彈性模量3. 8Gpa、延伸 率9. 5%，彎曲強(qiáng)度lOOMPa，抗壓強(qiáng)度60MPa。實(shí)施例3 :稱(chēng)取丁苯橡膠、平均粒徑小于43微米氧含量小于0. I %的鉭粉和雙氧水混合均勻，其中丁苯橡膠占12%、雙氧水占15%、鉭粉占73%，均以體積百分含量計(jì)。加壓成型將上述混合粉末加入注塑成型機(jī)中在52Mpa下壓制到聚氨酯泡沫體(孔徑0. 48 0.89mm，密度0.015g/cm3 0.035g/cm3，硬度大于50° )中成型。脫脂處理真空度10_4Pa，以0. 30C /min的升溫速率從室溫升溫至400°C、保溫360min。真空燒結(jié)在真空爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度2200°C，保溫2. 5小時(shí)，真空度10_3Pa，燒結(jié)過(guò)程充氬氣保護(hù)，冷卻出爐，去除產(chǎn)品表面灰塵及污物，制得的樣品再進(jìn)行常規(guī)的后處理得多孔鉭成品。發(fā)明人按GB/T5163-2006、GB/T5249-1985、GB/T6886-2001 等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述多孔鉭成品的多孔材料密度、孔隙率、孔徑及各種力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)其雜質(zhì)含量低于0.2%，其孔隙分布均勻，密度6. 31g/cm3,孔隙率55%，孔隙平均直徑100 u m,彈性模量3. 9Gpa、延伸率9. 3%，彎曲強(qiáng)度105MPa，抗壓強(qiáng)度63MPa。實(shí)施例4 :稱(chēng)取石蠟、平均粒徑小于43微米氧含量小于0. I %的鈮粉和碳酸氫銨混合均勻，其中石蠟占10%、碳酸氫銨占20%、鈮粉占70%，均以體積百分含量計(jì)。加壓成型將上述混合粉末加入注塑成型機(jī)中在96Mpa下壓制到聚氨酯泡沫體(孔徑0. 48 0.89mm，密度0.015g/cm3 0.035g/cm3，硬度大于50° )中成型。脫脂處理真空度10_4Pa，以0. 80C /min的升溫速率從室溫升溫至400°C、保溫340min。真空燒結(jié)在真空爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度2150°C，保溫2小時(shí)，真空度10_4Pa，燒結(jié)過(guò)程充氬氣保護(hù)，冷卻出爐，去除產(chǎn)品表面灰塵及污物，制得的樣品再進(jìn)行常規(guī)的后處理得多孔鈮成品。發(fā)明人按GB/T5163-2006、GB/T5249-1985、GB/T6886-2001 等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述多孔鈮成品的多孔材料密度、孔隙率、孔徑及各種力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)其雜質(zhì)含量低于0.2%，其孔隙分布均勻，密度3. 77g/cm3,孔隙率56%，孔隙平均直徑108 u m,彈性模量3. OGpa、延伸率9. 8%,彎曲強(qiáng)度67MPa,抗壓強(qiáng)度54MPa。實(shí)施例5 :—種多孔鉭，它以粒徑小于43iim、氧含量小于0. I %的金屬鉭粉，硬脂酸和雙氧水混合粉為原料，再經(jīng)壓制成型、脫脂處理、真空燒結(jié)、真空退火及常規(guī)后處理制得。其中，硬脂酸占11%、雙氧水占22%、金屬鉭粉占67%，以體積百分含量計(jì)；壓制成型將原料混合粉末加入注塑成型機(jī)中在78Mpa下壓制到聚氨酯泡沫體(孔徑0. 48 0. 89mm,密度0. 015g/cm3 0. 035g/cm3,硬度大于50° )中成型；
壓制成型后將混合粉末放入非氧化氣氛爐中以一定的升溫速率升溫至800°C，保護(hù)氣氛為99. 999%氬氣進(jìn)行脫脂處理，其在升溫之前先通入純凈氬氣至少30min以排除爐內(nèi)空氣，控溫過(guò)程以I. 50C /min的速率從室溫升至400°C，保溫300min，氬氣通入量0. 51/min ;以0. 6°C /min的速率從400°C升至800°C，保溫340min，氬氣通入量1/L/min ;再關(guān)閉電源，脫脂后的樣品隨爐冷卻，氬氣通入量lL/min，直至冷卻至室溫時(shí)關(guān)閉氬氣；對(duì)于脫脂處理后的樣品隨鎢器置于高真空高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)以一定的升溫速率升溫至2200°C進(jìn)行真空燒結(jié)，在升溫之前燒結(jié)爐的真空度至少要達(dá)到10_4Pa，以10 15°C /min的速率從室溫升至1200°C，保溫30min，真空度為10_4Pa ;以10°C /min的速率升至1500°C，保溫30min，真空度為KT4Pa KT3Pa ;以6°C /min的速率升至2200°C，保溫120min，真空度為KT3Pa ;燒結(jié)完畢，真空度為10_3Pa，以10 15°C /min的速率冷卻至1600°C，保溫30min ；以12°C /min的速率冷卻至1200°C，保溫60min ;以10°C /min的速率冷卻至800°C，然后隨爐冷卻；對(duì)于真空燒結(jié)冷卻后的樣品隨剛玉容器置于真空退火爐中以一定的升溫速率升溫至1250°C進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，在升溫之前退火爐內(nèi)的真空度至少要達(dá)到10_4Pa，以15°C /min的速率從室溫升至1250°C，保溫240min，真空度為KT4Pa KT3Pa ;再以5°C /min的速率冷卻至1000°C，保溫180min，真空度為KT4Pa KT3Pa ;以10°C /min的速率冷卻至800°C，保溫120min，真空度為KT4Pa ;以20°C /min的速率冷卻至室溫，真空度為10_4Pa。最后進(jìn)行常規(guī)后處理制得多孔鉭。發(fā)明人按GB/T5163-2006、GB/T5249-1985、GB/T6886-2001 等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述多孔鉭成品的多孔材料密度、孔隙率、孔徑及各種力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)其雜質(zhì)含量低于0.2%，其孔隙分布均勻，密度6. 8g/cm3,孔隙率62%，孔隙平均直徑250 u m,彈性模量4. 15Gpa、延伸率10. 32%，彎曲強(qiáng)度118MPa，抗壓強(qiáng)度65MPa。經(jīng)計(jì)算該制備工藝產(chǎn)品合格率達(dá)90. 3%。在上述實(shí)施例5給出的方法中，我們還可以對(duì)其中的各種條件作其他選擇同樣能得到本發(fā)明所述的多孔鉭或多孔鈮。
權(quán)利要求
1.一種替代承重骨組織的醫(yī)用多孔金屬材料，其特征在于由鉭粉與造孔劑、成型劑混合，再經(jīng)壓制成型、脫脂、燒結(jié)、冷卻和熱處理制得的；所述壓制成型是將所述的混合粉末壓制到有機(jī)泡沫體中成型，其壓力為50 lOOMpa，所述脫脂過(guò)程是以0. 30C /min 2V /min的速率逐步升溫至400 800°C,以IS氣通入構(gòu)成保護(hù)氣氛并保溫300min 360min ；所述造孔劑為碳酸氫銨或雙氧水，所述成型劑為硬脂酸、硬脂酸鋅、石蠟、合成樹(shù)脂中的一種或多種，形成的醫(yī)用多孔鉭材料孔隙直徑為100 500 u m、孔隙度介于55 65%、彈性模量為3. 8 4. 2Gpa、延伸率為9. 3 10. Tl。
2.如權(quán)利要求I所述的醫(yī)用多孔金屬材料，其特征在于所述原料鉭粉的平均粒徑小于43微米、氧含量小于0. 1% ;所述成型劑合成樹(shù)脂為丁苯橡膠或異戊橡膠；所述有機(jī)泡沫體為孔徑0. 56 0. 72mm,密度0. 025g/cm3,硬度50° 80°的聚氨酯泡沫。
3.如權(quán)利要求I或2所述的醫(yī)用多孔金屬材料，其特征在于所述造孔劑的用量為15 25%、成型劑的用量為7 12%、余量為鉭粉，均以體積百分含量計(jì)；所述壓制成型過(guò)程中的壓力優(yōu)選為75 87Mpa。
4.如權(quán)利要求3所述的醫(yī)用多孔金屬材料，其特征在于所述為雙氧水占18%、成型劑為硬脂酸鋅占11%、余量為鉭粉，以體積百分含量計(jì)。
5.如權(quán)利要求I 4任一項(xiàng)所述的醫(yī)用多孔金屬材料，其特征在于所述脫脂過(guò)程是以0. 3°C /min 1°C /min的速率逐步升溫至400 800°C,以IS氣通入構(gòu)成保護(hù)氣氛并保溫330min 350min ;進(jìn)一步優(yōu)選以0. 8°C /min的速率逐步升溫至400 800°C,以U1氣通入構(gòu)成保護(hù)氣氛并保溫340min。
6.一種替代承重骨組織的醫(yī)用多孔金屬材料的制備方法，采用模壓法燒結(jié)而成，其特點(diǎn)在于將鉭粉與造孔劑、成型劑混合，再在50 IOOMpa下壓制到孔徑為0. 56 0. 72mm,密度0. 025g/cm3，硬度50° 80°的聚氨酯泡沫中成型、脫脂、燒結(jié)、冷卻和熱處理制得替代承重骨組織的醫(yī)用多孔金屬材料；所述造孔劑為碳酸氫銨或雙氧水，所述成型劑為硬脂酸、硬脂酸鋅、石蠟、合成樹(shù)脂中的一種或多種，其中造孔劑的用量為15 25%、成型劑的用量為7 12%、余量為鉭粉，均以體積百分含量計(jì)；所述脫脂過(guò)程是以0. 3°C /min 2°C /min的速率逐步升溫至400 800°C，以氬氣通入構(gòu)成保護(hù)氣氛并保溫300min 360min。
7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于所述原料鉭粉的平均粒徑小于43微米、氧含量小于0. 1% ;所述造孔劑為雙氧水占18%、成型劑為硬脂酸鋅占11%、余量為鉭粉、以體積百分含量計(jì)；所述壓制過(guò)程中采用的壓力優(yōu)選為75 87Mpa。
8.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于所述脫脂過(guò)程中以0.3°C /min 1°C /min的速率逐步升溫至400 800°C,以IS氣通入構(gòu)成保護(hù)氣氛并保溫330min 350min。
9.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于所述脫脂過(guò)程中以0.8°C /min的速率逐步升溫至400 800°C,以IS氣通入構(gòu)成保護(hù)氣氛并保溫340min。
10.如權(quán)利要求6或7所述的制備方法，其特征在于所述脫脂處理?xiàng)l件還包括有以I 2°C /min的速率從室溫升至400°C，保溫300 330min，以0. 3 0. 8°C /min的速率從400°C升至600 800°C，保溫340 360min ;所述真空燒結(jié)條件還包括有以10 15°C / min的速率從室溫升至1200 1250°C，保溫30 60min，真空度為KT4Pa l(T3Pa，以10 200C /min的速率升至1500°C，保溫30 60min，真空度為KT4Pa l(T3Pa，以6 20°C /min的速率升至2000 2200°C，保溫120 240min，真空度為KT4Pa KT3Pa ;真空燒結(jié)后的冷卻條件還包括有真空度為KT4Pa KT3Pa ;以10 20°C /min的速率冷卻至1500 1600°C，保溫30 60min ;以12 20°C /min的速率冷卻至1200 1250 °C，保溫60 90min ;以10 20°C /min的速率冷卻至800°C，然后隨爐冷卻；所述真空退火條件還包括有以15 30°C /min的速率升至1000 1250°C，保溫240 480min，真空度為KT4Pa l(T3Pa，再以5 10°C /min的速率冷卻至1000°C，保溫90 180min，真空度為KT4Pa KT3Pa ;以10 20°C /min的速率冷卻至800°C，保溫60 120min，真空度為KT4Pa ;以20 300C /min的速率冷卻至室溫，真空度為KT4Pa 10_3Pa。
全文摘要
一種替代承重骨組織的醫(yī)用多孔金屬材料及其制備方法，由鉭粉與造孔劑、成型劑混合，再將混合粉末壓制到有機(jī)泡沫體中成型、脫脂、燒結(jié)、冷卻和熱處理制得的；所述壓制成型采用的壓力為50～100Mpa，所述脫脂過(guò)程是以0.3℃/min～2℃/min的速率逐步升溫至400～800℃，以氬氣通入構(gòu)成保護(hù)氣氛并保溫300min～360min；所述造孔劑為碳酸氫銨或雙氧水，所述成型劑為硬脂酸、硬脂酸鋅、石蠟、合成樹(shù)脂中的一種或多種，形成的醫(yī)用多孔鉭材料孔隙直徑為100～500μm、孔隙度介于55～65%、彈性模量為3.8～4.2Gpa、延伸率為9.3～10.7%。本發(fā)明多孔鉭制備方法使得最終多孔鉭材料中雜質(zhì)的含量極低，同時(shí)有效解決了作為替代承重部位的醫(yī)用多孔鉭材料既要求其孔隙率較大、又要求力學(xué)性能好的矛盾。
文檔編號(hào)C22C1/08GK102796904SQ201110301039
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者葉雷 申請(qǐng)人:重慶潤(rùn)澤醫(yī)藥有限公司