專利名稱：一種具有生物活性的氧化鈦-氧化鈮復(fù)合涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備具有生物活性的TiO2-Nb2O5復(fù)合涂層的方法，具體涉及等離子噴涂制備具有生物活性的TiO2-Nb2O5復(fù)合涂層的方法，屬于醫(yī)用生物陶瓷涂層領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，在醫(yī)用金屬鈦表面等離子噴涂的涂層主要有羥基磷灰石(HA)涂層、硅酸鹽陶瓷涂層、氧化鈦涂層等；HA層、硅酸鹽陶瓷涂層雖然生物活性好，但與基體的結(jié)合強(qiáng)度較低，在生理環(huán)境中會降解，影響涂層植入體內(nèi)后的穩(wěn)定性，氧化鈦具有良好的生物相容性，這已經(jīng)得到證實(shí)；限制氧化鈦涂層在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的主要原因是其生物活性低。稀有金屬鈮(Nb)具有比金屬Ti更低的彈性模量，已被應(yīng)用于醫(yī)用植入體材料中， 其中金屬Nb表面的一層Nb2O5薄膜起著關(guān)鍵作用；Nb205具有高折射率、較寬的帶隙、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和高的耐腐蝕性；將氧化鈮摻入氧化鈦涂層中，可以提高氧化鈦涂層的生物活性和耐腐蝕性，得到綜合性能更佳的骨替換植入體材料；因此，本發(fā)明提出向氧化鈦中摻入氧化鈮，等離子噴涂制備的氧化鈦-氧化鈮復(fù)合涂層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種制備具有生物活性的TiO2-Nb2O5復(fù)合涂層的方法，它是基于Nb2O5和TiO2的生物學(xué)特性提出的，利用等離子噴涂技術(shù)，將TiO2-Nb2O5復(fù)合粉末沉積于醫(yī)用基體上，提高醫(yī)用基體的生物活性，開發(fā)新型生物活性骨替換材料。本發(fā)明的具體工藝過程如下
(I)噴涂粉末的制備以TiO2粉、Nb2O5粉為原料，Nb2O5粉的加入量占復(fù)合粉總量的5wt%-40wt%,以聚乙烯醇為粘結(jié)劑，占復(fù)合粉質(zhì)量比為5wt%-20wt%,使用行星球磨機(jī)，以380r/min的轉(zhuǎn)速混合2 h后，將混合均勻的料漿置于80 1烘箱烘干，研磨，篩分，取140-540目之間的細(xì)粉，備用。(2)材料清洗、噴砂處理采用10 mmX 10 mmX I mm的片狀基體,分別用丙酮、乙
醇和去離子水超聲清洗，風(fēng)干；采用粒徑為250-700 μ m的棕剛玉砂對基體表面進(jìn)行噴砂粗化處理，以提聞基體表面的粗糖度。(3)等離子噴涂采用大氣等離子噴涂設(shè)備在經(jīng)過步驟2處理的基體表面制備TiO2-Nb2O5復(fù)合涂層；噴涂過程通過控制如下參數(shù)來實(shí)現(xiàn)主氣Ar 30-50 L/min，輔氣H22-16 L/min，噴涂功率30-50 kW，噴涂距離80-120 mm，噴槍移動速率30-150 mm/s，送粉率20-50 g/min,噴涂用粉為TiO2-Nb2O5復(fù)合粉，粒徑為30-100 μ m。(4)模擬體液浸泡將通過步驟3獲得的TiO2-Nb2O5復(fù)合涂層在無水乙醇和去離子水中超聲清洗10 min，不進(jìn)行表面生物活化處理，將涂層浸泡于模擬體液。所述復(fù)合涂層的厚度控制在100-500 μ m，可以滿足不同的使用要求，復(fù)合涂層表面是由粒徑在30 nm左右的顆粒組成、主晶相為金紅石的涂層。TiO2, Nb2O5的比例很重要，比例不同，涂層的力學(xué)性能和生物學(xué)性能會改變；噴涂參數(shù)對涂層的物相組成、強(qiáng)度、結(jié)合強(qiáng)度影響較大，進(jìn)而影響涂層的耐腐蝕性與生物學(xué)性倉泛。本發(fā)明具有如下突出優(yōu)點(diǎn)
(I)TiO2-Nb2O5復(fù)合涂層表面由熔融和少量未熔融的熔滴組成，形成凹凸不平的形貌，具有較大的表面粗糙度，有利于羥基磷灰石的生長和細(xì)胞的附著與長入。(2) Nb2O5摻入TiO2，形成固溶體，既可阻止銳鈦礦相向金紅石相轉(zhuǎn)變，又能抑制金紅石相晶粒在材料中的生長，使晶粒尺寸較小，這些均有助于提高涂層的生物活性。(3) TiO2-Nb2O5復(fù)合涂層生物活性好，不需表面生物活化處理，即可在涂層表面誘發(fā)類骨磷灰石的形成。

(4)本發(fā)明采用等離子噴涂工藝，工藝簡單，易控制，便于推廣。


圖I為實(shí)施案例I涂層表面形貌SEM 圖2為實(shí)施案例I涂層在模擬體液中浸泡7天后的表面形貌SEM 圖3為氧化鈦涂層在模擬體液中浸泡7天后的表面形貌SEM 圖4為實(shí)施案例I涂層在模擬體液中浸泡7天后的能譜 圖5為實(shí)施案例I涂層在模擬體液中浸泡7天后的XRD 圖6為實(shí)施案例I涂層在模擬體液中浸泡7天后的FTIR圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明下面結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步詳述
實(shí)施案例I
(I)噴涂粉末的制備按質(zhì)量比為打02粉90%、他205粉10%，稱取總量200 g，聚乙烯醇20 g，使用行星球磨機(jī)，以380 r/min的轉(zhuǎn)速混合2 h后，將混合均勻的料漿置于80°C烘箱烘干，研磨，篩分，取200-300目之間的細(xì)粉，備用。(2)材料清洗、噴砂處理采用10 mmX 10 mmX I mm的片狀基體,分別用丙酮、乙
醇和去離子水超聲清洗，風(fēng)干；采用粒徑為350-500 μ m的棕剛玉砂對基體表面進(jìn)行噴砂粗化處理，提聞基體表面的粗糖度。(3)等離子噴涂采用大氣等離子噴涂設(shè)備在經(jīng)過步驟2處理的基體表面制備TiO2-Nb2O5復(fù)合涂層，噴涂過程通過控制如下參數(shù)來實(shí)現(xiàn)主氣Ar 40 L/min，輔氣H2 10 L/min,噴涂功率35 kff,噴涂距離90 mm,噴槍移動速率80 mm/s，送粉率25 g/min,噴涂用粉為TiO2-Nb2O5復(fù)合粉，粒徑為45-75 μ m。(4)模擬體液浸泡將通過步驟3獲得的TiO2-Nb2O5復(fù)合涂層在無水乙醇和去離子水中超聲清洗10 min，不進(jìn)行表面生物活化處理，將涂層浸泡于模擬體液；
按實(shí)施案例I工藝方法制備得到的涂層表面形貌如圖I所示，由圖可見，涂層具有典型的等離子噴涂涂層的表面形貌，由熔融和少量未熔融的熔滴組成；圖2為涂層在模擬體液中浸泡7天后的表面形貌，涂層表面生成了一層新物質(zhì)，EDS分析表明新物質(zhì)由Ca和P組成，見圖4 ；XRD與FTIR檢測表明涂層表面的Ca/P層為羥基磷灰石，見圖5和圖6 ;綜和上述可知，該涂層具有良好的生物活性，氧化鈦涂層作為對比試驗(yàn)，由圖3可以看出，涂層表面幾乎沒有類骨磷灰石形成。實(shí)施案例2
(I)噴涂粉末的制備按質(zhì)量比為打02粉85%、他205粉15%，稱取總量200 g，聚乙烯醇20 g，使用行星球磨機(jī)，以380 r/min的轉(zhuǎn)速混合2 h后，將混合均勻的料漿置于80°C烘箱烘干，研磨，篩分，取200-300目之間的細(xì)粉，備用。(2)材料清洗、噴砂處理采用10 mmX 10 mmX I mm的片狀基體,分別用丙酮、乙
醇和去離子水超聲清洗，風(fēng)干；采用粒徑為350-500 μ m的棕剛玉砂對基體表面進(jìn)行噴砂粗化處理，提聞基體表面的粗糖度。(3)等離子噴涂采用大氣等離子噴涂設(shè)備在經(jīng)過步驟2處理的基體表面制備TiO2-Nb2O5復(fù)合涂層，噴涂過程通過控制如下參數(shù)來實(shí)現(xiàn)主氣Ar 40 L/min,輔氣H2 14 L/ min,噴涂功率40 kff,噴涂距離90 mm,噴槍移動速率80 mm/s，送粉率25 g/min,噴涂用粉為TiO2-Nb2O5復(fù)合粉，粒徑為45-75 μ m。(4)模擬體液浸泡將通過步驟3獲得的TiO2-Nb2O5復(fù)合涂層在無水乙醇和去離子水中超聲清洗10 min，不進(jìn)行表面生物活化處理，將涂層浸泡于模擬體液。實(shí)施例2的技術(shù)效果與實(shí)施例I類似。
權(quán)利要求
1.ー種具有生物活性的氧化鈦-氧化鈮復(fù)合涂層的制備方法，所述的氧化鈦-氧化鈮復(fù)合涂層不用進(jìn)行表面生物活化處理，浸泡在模擬體液中能誘發(fā)類骨磷灰石在涂層表面形成，其特征在于包括如下步驟 (1)噴涂粉末的制備以TiO2粉、Nb2O5粉為原料，Nb2O5粉的加入量占TiO2粉和Nb2O5總量的5wt%-40wt%，以聚こ烯醇為粘結(jié)劑，使用行星球磨機(jī)混合，將混合均勻的料漿置于烘箱烘干，研磨，篩分，取140-540目之間的細(xì)粉，備用； (2)材料清洗、噴砂處理采用10mmX 10 mmX I mm的片狀基體,分別用丙酮、こ醇和去離子水超聲清洗，風(fēng)干；采用粒徑為250-700 u m的棕剛玉砂對基體表面進(jìn)行噴砂粗化處通，以提聞基體表面的粗糖度； (3)等離子噴涂采用大氣等離子噴涂設(shè)備在經(jīng)過步驟2處理的基體表面制備TiO2-Nb2O5復(fù)合涂層；噴涂過程通過控制如下參數(shù)來實(shí)現(xiàn)主氣Ar 30-50 L/min,輔氣H22-16 L/min，噴涂功率30-50 kW，噴涂距離80-120 mm，噴槍移動速率30-150 mm/s，送粉率20-50 g/min，噴涂用粉為TiO2-Nb2O5復(fù)合粉，TiO2-Nb2O5復(fù)合粉的粒徑為30-100 u m。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種具有生物活性的氧化鈦-氧化鈮復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于所述使用行星球磨機(jī)混合指以380 r/min的轉(zhuǎn)速混合2 h后。
3.如權(quán)利要求I所述的ー種具有生物活性的氧化鈦-氧化鈮復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于所述聚こ烯醇占復(fù)合粉質(zhì)量比為5wt%-20wt%。
4.如權(quán)利要求I所述的ー種具有生物活性的氧化鈦-氧化鈮復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于所述烘箱的溫度為80で。
5.如權(quán)利要求I所述的ー種具有生物活性的氧化鈦-氧化鈮復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于所述復(fù)合涂層的厚度控制在100-500 ii m。
6.如權(quán)利要求I所述的ー種具有生物活性的氧化鈦-氧化鈮復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于所述TiO2粉的主晶相為銳鈦礦,粒徑小于100 nm ;所述Nb2O5粉的主晶相為四方相，粒徑小于100 nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備具有生物活性的氧化鈦-氧化鈮(TiO2-Nb2O5)復(fù)合涂層的方法，屬于醫(yī)用生物陶瓷涂層領(lǐng)域。本發(fā)明的特征在于首先采用行星球磨混合法制備噴涂用氧化鈦-氧化鈮復(fù)合粉；其次采用大氣等離子噴涂方法制備TiO2-Nb2O5復(fù)合涂層；然后將TiO2-Nb2O5復(fù)合涂層清洗，不需要表面生物活化處理，浸泡在模擬體液中誘發(fā)類骨磷灰石形成。浸泡7天，TiO2-Nb2O5復(fù)合涂層表面生成了類骨磷灰石，而作為對比的TiO2涂層表面則沒有類骨磷灰石生成。本發(fā)明制備的TiO2-Nb2O5復(fù)合涂層的生物活性高，可用于新型生物活性骨替換材料。本發(fā)明實(shí)驗(yàn)原料易得，工藝易于控制，操作簡便，易于推廣。
文檔編號C23C4/12GK102816988SQ201210266948
公開日2012年12月12日 申請日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者趙曉兵, 鄭海 申請人:常州大學(xué)