專利名稱：一種替代承重骨組織的醫(yī)用多孔金屬材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多孔醫(yī)用金屬植入材料的制備方法，特別是涉及一種替代承重部位骨組織的醫(yī)用多孔金屬植入材料的制備方法。
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)常見的這類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/鈮對人體的無害、無毒、無副作用，以及隨著國內(nèi)外醫(yī)學(xué)的飛速發(fā)展，對鉭/鈮作為人體植入材料認(rèn)知的進(jìn)一步深入，人們對人體植入用多孔金屬鉭/鈮材料的需求變得越來越迫切，對其要求也越來越高。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)簡稱泡沫浸潰法居多。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)過程中的塌陷問題。而已知的文獻(xiàn)報道中均沒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)報道幾乎沒有?？梢詤⒖嫉氖枪_號為CN200510032174，名稱“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“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濾材料用，或是為航空航天及其它高溫場合用而非作為醫(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)，簡稱為化學(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，會影響到后續(xù)的對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強(qiáng)韌性優(yōu)異、適用于替代承重部位骨組織的醫(yī)用多孔金屬植入材料的制備方法。本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的一種替代承重骨組織的醫(yī)用多孔金屬材料的制備方法，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)、冷卻和熱處理制得該多孔金屬材料；所述壓制成型是將混合粉末壓制到有機(jī)泡沫體中，其壓力為50 lOOMpa，所述脫脂過程是以0. 30C /min TC /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 ;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、合成樹脂(優(yōu)選為丁苯橡膠或異戊橡膠)中的一種或多種；所述燒結(jié)步驟是真空度為 KT4Pa l(T3Pa，以 10 20°C /min 升溫至 1500 1800°C、保溫 120 240min、隨爐冷至200 300°C，再以10 20°C /min升溫至1500 1800°C、保溫180 240min，以5 10°C/min升溫至2000 2200°C、保溫120 360min ;所述熱處理步驟是真空度為KT4Pa 10 ,以 10 20°C /min 升溫至 800 900°C、保溫 240 480min，再以 2 5°C /min 冷至400°C、保溫120 300min，然后隨爐冷卻至室溫。在醫(yī)用多孔金屬材料的研發(fā)過程中，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小、生物相容性不好、密度也過大引起不舒適感；醫(yī)用多孔鉭的制備路線眾多，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、浸漿過程難控制、制得的產(chǎn)品質(zhì)量不均勻等問題；特別是采用的上述熱處理工藝，發(fā)明人在長期研究過程中發(fā)現(xiàn)該熱處理工藝充分地消除了內(nèi)應(yīng)力、使多孔鉭材料的組織更均勻、大大提高了所制得的多孔鉭材料的韌性；上述燒結(jié)處理工藝，使得胚體成為了發(fā)熱體，從而燒結(jié)得更均勻、透徹；其制得的多孔鉭材料經(jīng)過測試其雜質(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)300 500 ii m ;彈性模量可達(dá)4. 5 6. OGpa、延伸率達(dá)10. 5 11. 7%、彎曲強(qiáng)度可達(dá)125 150Mpa、抗壓強(qiáng)度可達(dá)72 90Mpa，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，脫脂后部分會出現(xiàn)裂紋等技術(shù)問題。為了使粉末壓制過程中成型更容易，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(以體積百分含量計是通過最終多孔鉭材料的情況直接推算的單位，在上述造孔劑、成型劑的稱量中固體粉末還是根據(jù)相應(yīng)物質(zhì)的密度計算出其對應(yīng)的質(zhì)量稱量的、當(dāng)然若為液體物質(zhì)則直接采用體積稱量)，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；上述壓制成型過程中的壓力優(yōu)選為75 87Mpa。為了使脫脂過程中胚體更穩(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。更優(yōu)選地，上述脫脂過程的條件為以I 2V /min的速率從室溫升至400°C，·保溫300 330min，以I. 5 2. 5°C /min的速率從400°C升至600 800°C，保溫180 240mino為了使得胚體燒結(jié)得更均勻、透徹，使制得的醫(yī)用多孔鉭材料強(qiáng)度更高，上述燒結(jié)步驟優(yōu)選為真空度為KT4Pa l(T3Pa，以12 15°C /min升溫至1500 1800°C、保溫180 200min、隨爐冷至200 300°C，再以16 19°C /min升溫至1500 1800°C、保溫220 240min，以5 8°C /min升溫至2000 2200°C、保溫250 320min ;更進(jìn)一步優(yōu)選為真空度為KT4Pa lO’a，以13。。/min升溫至1800。。、保溫200min、隨爐冷至200 300。。，再以 17°C /min 升溫至 1800°C、保溫 230min，以 7°C /min 升溫至 2000 2200°C、保溫 300min。為了更充分地消除材料的內(nèi)應(yīng)力、韌性更好，上述熱處理步驟是真空度為KT4Pa 10 ,以 15。。/min 升溫至 800 900°C、保溫 260 320min，再以 3°C /min 冷至400°C、保溫120min，再以18°C /min 23°C /min冷卻至室溫。上述真空燒結(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，對燒結(jié)多孔體分段降溫冷卻至800°C，各段保溫時間30min 90min,然后隨爐冷卻至常溫。優(yōu)選地，上述真空燒結(jié)后的冷卻條件為真空度為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。金屬鉭和鈮的性質(zhì)極類似，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)95.5%。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)過測試其雜質(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)300 500 iim ;彈性模量可達(dá)4. 5 6. OGpa、延伸率達(dá)10. 5 11. 7%，彎曲強(qiáng)度可達(dá)125 150Mpa、抗壓強(qiáng)度可達(dá)72 90Mpa，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)施例方式下面通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是以下實(shí)施例只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(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)容對本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。實(shí)施例I :稱量硬脂酸鋅、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。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_3Pa， 以I. 4°〇/1^11的升溫速率從室溫升溫至4001、保溫3111^11 ;再以0. 4°C/min的升溫速率從400°C升溫至750°C，保溫時間350分鐘。真空燒結(jié)真空度為10_3Pa，以13°C /min升溫至1800°C、保溫200min、隨爐冷至200 300°C，再以17°C /min升溫至1800°C、保溫230min，以70C /min升溫至2000 2200°C、保溫300min。真空燒結(jié)后的冷卻處理真空度為10_4Pa，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。熱處理真空度為KT4Pa 10_3Pa，以15°C /min升溫至800 900°C、保溫260 320min,再以 3°C /min 冷至 40CTC、保溫 120min,再以 18°C /min 23°C /min 冷卻至室溫，再經(jīng)常規(guī)制得醫(yī)用多孔鉭植入材料。發(fā)明人按GB/T5163-2006、GB/T5249-1985、GB/T6886-2001 等標(biāo)準(zhǔn)對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)行檢測其雜質(zhì)含量低于0.2%，其孔隙分布均勻，密度6. 55g/cm3,孔隙率60%，孔隙平均直徑350 u m,彈性模量6. OGpa、延伸率11. 02%，彎曲強(qiáng)度145MPa，抗壓強(qiáng)度83Pa。實(shí)施例2 :稱取硬脂酸和石蠟、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，其中硬脂酸占9 %、石蠟占3 %、雙氧水占25 %、鉭粉占63 %，均以體積百分含量計。加壓成型將上述混合粉末加入注塑成型機(jī)中在75Mpa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600°C、保溫360min。真空燒結(jié)真空度為l(T4Pa，以10°C /min升溫至1500°C、保溫240min、隨爐冷至200 300°C，再以20°C /min升溫至1500°C、保溫180min，以10°C /min升溫至2000 2200°C、保溫120min，冷卻處理。熱處理真空度為10_3Pa，以20°C /min升溫至800 900°C、保溫240min，再以5°C /min冷至400°C、保溫300min，隨爐冷卻至室溫，再經(jīng)常規(guī)制得醫(yī)用多孔鉭植入材料。發(fā)明人按GB/T5163-2006、GB/T5249-1985、GB/T6886-2001 等標(biāo)準(zhǔn)對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)行檢測其雜質(zhì)含量低于0.2%，其孔隙分布均勻，密度6. 67g/cm3,孔隙率55%，孔隙平均直徑300 u m,彈性模量4. 5Gpa、延伸率10. 7%，彎曲強(qiáng)度143MPa，抗壓強(qiáng)度74MPa。實(shí)施例3 :稱取異戊橡膠、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，其中異戊橡膠占7%、碳酸氫銨占15%、鉭粉占78%，均以體積百分含量計。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2V /min的升溫速率從室溫升溫至400°C、保溫300min。真空燒結(jié)真空度為10_3Pa，以20°C /min升溫至1700°C、保溫120min、隨爐冷至200 300°C，再以10°C /min升溫至1670°C、保溫240min，以5°C /min升溫至2000 2200°C、保溫360min，冷卻處理。熱處理真空度為l(T4Pa，以10°C /min升溫至800 900°C、保溫480min，再以2V /min冷至400°C、保溫120min，隨爐冷卻至室溫，再經(jīng)常規(guī)制得醫(yī)用多孔鉭植入材料。發(fā)明人按GB/T5163-2006、GB/T5249-1985、GB/T6886-2001 等標(biāo)準(zhǔn)對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)行檢測其雜質(zhì)含量低于0.2%，其孔隙分布均勻，密度6. 13g/cm3,孔隙率65%，孔隙平均直徑456 u m,彈性模量5. 2Gpa、延伸率11.0%，彎曲強(qiáng)度126MPa，抗壓強(qiáng)度88MPa。實(shí)施例4 :稱取硬脂酸、平均粒徑小于43微米氧含量小于0. I %的鈮粉和雙氧水 混合均勻，其中硬脂酸占8%、雙氧水占21%、鈮粉占71%，均以體積百分含量計。加壓成型將上述混合粉末加入注塑成型機(jī)中在76Mpa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)真空度為10_4Pa，以12°C /min升溫至1650°C、保溫180min、隨爐冷至200 300°C，再以16°C /min升溫至1700°C、保溫220min，以8°C /min升溫至2000 2200°C、保溫320min，冷卻處理。熱處理真空度為10_4Pa，以13°C /min升溫至800 900°C、保溫275min，再以4°C /min冷至400°C、保溫220min，隨爐冷卻至室溫，再經(jīng)常規(guī)制得醫(yī)用多孔鉭植入材料。發(fā)明人按GB/T5163-2006、GB/T5249-1985、GB/T6886-2001 等標(biāo)準(zhǔn)對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)行檢測其雜質(zhì)含量低于0.2%，其孔隙分布均勻，密度3. 51 g/cm3,孔隙率59%，孔隙平均直徑344 u m,彈性模量2. 8Gpa、延伸率10. 8%，彎曲強(qiáng)度lOOMPa，抗壓強(qiáng)度65MPa。實(shí)施例5 :—種多孔鉭，它以粒徑小于43 iim、氧含量小于0. I %的金屬鉭粉，石蠟和碳酸氫銨混合為原料，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，石蠟占10%、碳酸氫銨占23%、金屬鉭粉占67%，以體積百分含量計；壓制成型將原料混合粉末加入注塑成型機(jī)中在60Mpa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，控溫過程以I. 80C /min的速率從室溫升至400°C，保溫323min，氬氣通入量0. 51/min ;以0. 50C /min的速率從400°C升至800°C，保溫350min，氬氣通入量lL/min ;再關(guān)閉電源，脫脂后的樣品隨爐冷卻，氬氣通入量lL/min，直至冷卻至室溫時關(guān)閉氬氣；對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12 15°C /min的速率從室溫升至1500°C，保溫200min、隨爐冷至200 300°C，真空度為KT4Pa ;再以17°C /min的速率升至1500°C，保溫180min，真空度為KT4Pa KT3Pa ;以8°C /min的速率升至2200°C，保溫320min，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880°C，保溫340min，真空度為KT4Pa KT3Pa ;再以3°C /min的速率冷卻至400°C，保溫180min，真空度為KT4Pa KT3Pa ;以22°C /min的速率冷卻至室溫。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)行檢測其雜質(zhì)含量低于0.2%，其孔隙分布均勻，密度6. 2g/cm3,孔隙率64%，孔隙平均直徑350 u m,彈性模量4. 8Gpa、延伸率11. 32%，彎曲強(qiáng)度138MPa，抗壓強(qiáng)度85MPa。經(jīng)計算該制備工藝使得成品合格率高、生產(chǎn) 穩(wěn)定，產(chǎn)品合格率達(dá)94. 6%左右。
權(quán)利要求
1.一種替代承重骨組織的醫(yī)用多孔金屬材料的制備方法，其特征在于由鉭粉與造孔齊IJ、成型劑混合，再經(jīng)壓制成型、脫脂、燒結(jié)、冷卻和熱處理制得該多孔金屬材料；所述壓制成型是將混合粉末壓制到有機(jī)泡沫體中成型，其壓力為50 lOOMpa，所述脫脂過程是以0. 30C /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 ;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、合成樹脂中的一種或多種；所述燒結(jié)步驟是真空度為10_4Pa 10_3Pa，以10 20°C /min升溫至1500 1800°C、保溫120 240min、隨爐冷至200 300°C，再以10 20°C /min 升溫至 1500 1800°C、保溫 180 240min，以 5 10°C /min 升溫至 2000 2200°C、保溫120 360min ;所述熱處理步驟是真空度為KT4Pa 10_3Pa，以10 20°C /min升溫至 800 900°C、保溫 240 480min，再以 2 5°C /min 冷至 400°C、保溫 120 300min，然后隨爐冷卻至室溫。
2.如權(quán)利要求I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% ;所述成型劑合成樹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所述的制備方法，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；所述壓制成型過程中的壓力為75 87Mpa。
4.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述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。
5.如權(quán)利要求I或2所述的制備方法，其特征在于所述脫脂過程是以0.3°C /min I °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，以氬氣通入構(gòu)成保護(hù)氣氛并保溫340min。
6.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述脫脂過程的條件為以I 2°C/min的速率從室溫升至400°C，保溫300 330min，以I. 5 2. 5°C /min的速率從400°C升至 600 800°C，保溫 180 240min。
7.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述燒結(jié)步驟為真空度為KT4Pa 10 ,以12 15 °C /min升溫至1500 1800 °C、保溫180 200min、隨爐冷至200 300°C，再以 16 19°C /min 升溫至 1500 1800°C、保溫 220 240min，以 5 8°C /min升溫至2000 2200°C、保溫250 320min ;更進(jìn)一步優(yōu)選為真空度為KT4Pa 10_3Pa，以13°C /min升溫至1800°C、保溫200min、隨爐冷至200 300°C，再以17°C /min升溫至1800°C、保溫 230min，以 7V /min 升溫至 2000 2200°C、保溫 300min。
8.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述燒結(jié)步驟為真空度為KT4Pa 10 ,以12 15 °C /min升溫至1500 1800 °C、保溫180 200min、隨爐冷至200 300°C，再以 16 19°C /min 升溫至 1500 1800°C、保溫 220 240min，以 5 8°C /min升溫至2000 2200°C、保溫250 320min ;更進(jìn)一步優(yōu)選為真空度為KT4Pa 10_3Pa，以13°C /min升溫至1800°C、保溫200min、隨爐冷至200 300°C，再以17°C /min升溫至1800°C、保溫 230min，以 7V /min 升溫至 2000 2200°C、保溫 300min。
9.如權(quán)利要求1、2或7所述的制備方法，其特征在于所述熱處理步驟是真空度為KT4Pa 10 ,以 15°C /min 升溫至 800 900°C、保溫 260 320min，再以 3°C /min 冷至400°C、保溫120min，再以18°C /min 23°C /min冷卻至室溫。
10.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述真空燒結(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，對燒結(jié)多孔體分段降溫冷卻至800°C，各段保溫時間30min 90min，然后隨爐冷卻至常溫。
11.如權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于所述真空燒結(jié)后的冷卻條件為真空度為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。
全文摘要
一種替代承重骨組織的醫(yī)用多孔金屬材料的制備方法，鉭粉與碳酸氫銨或雙氧水、成型劑(硬脂酸、硬脂酸鋅、石蠟、合成樹脂中的一種或多種)混合，再經(jīng)壓制成型、脫脂、燒結(jié)、冷卻和熱處理；壓制成型是將混合物壓制到有機(jī)泡沫體中，其壓力為50～100Mpa，脫脂是以0.3℃/min～2℃/min的速率逐步升溫至400～800℃，氬氣為保護(hù)氣氛并保溫300min～360min；燒結(jié)是真空度10-4Pa～10-3Pa，以10～20℃/min升溫至1500～1800℃、保溫120～240min、隨爐冷至200～300℃，再以10～20℃/min升溫至1500～1800℃、保溫180～240min，以5～10℃/min升溫至2000～2200℃、保溫120～360min。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，非常適合用于作為替代承重骨組織的醫(yī)用植入材料。
文檔編號C22C27/02GK102796895SQ20111029653
公開日2012年11月28日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者節(jié)云峰, 葉雷 申請人:重慶潤澤醫(yī)藥有限公司