多孔鈦及鈦合金材料的特性及制備方法

多孔材料是一種新型的結(jié)構(gòu)與功能材料，它可以在較輕的重量下有效地發(fā)揮其力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)性能。與實(shí)體材料相比，這些特殊的輕質(zhì)材料具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。鈦及鈦合金具有低密度、高比強(qiáng)度、較寬的工作溫度范圍、良好的耐腐蝕性和生物相容性等優(yōu)異性能。多孔泡沫鈦及鈦合金融合了鈦合金與多孔材料的特性，能夠減輕材料的重量而不削弱其強(qiáng)度，同時(shí)保持高的韌性和耐腐蝕性。因此，泡沫鈦及其合金在一些特殊領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，特別是在生物醫(yī)用行業(yè)，由于多孔鈦兼有高生物相容性和優(yōu)秀的機(jī)械性能，所以優(yōu)勢十分明顯。相比整體多孔鈦材，僅在表面進(jìn)行多孔化處理的鈦材具備更高的機(jī)械強(qiáng)度，可承受更大的生理負(fù)荷，因而在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出更為廣闊的應(yīng)用前景。

多孔材料具有開放多孔狀結(jié)構(gòu)，允許新骨細(xì)胞組織在內(nèi)生長及體液的傳統(tǒng)，而且多孔材料楊氏模量可以調(diào)整孔隙率達(dá)到與自然骨相匹配，提高其生物力學(xué)相容性。多孔鈦具有優(yōu)異的生物相容性和良好的耐腐蝕性而引起醫(yī)學(xué)界廣泛關(guān)注。多孔鈦板為臨床治療早期股骨頭壞死提供了一個(gè)新的選擇，減緩了疾病的進(jìn)展，推遲了關(guān)節(jié)置換的時(shí)間，是目前骨科治療早期股骨頭壞死的有效方法?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)認(rèn)為股骨頭壞死的治療方法是手術(shù)治療。國內(nèi)外專家均主張?jiān)缙趬乃啦扇」孟⑹中g(shù)，如：核心減壓、帶血管骨移植術(shù)、血管植人術(shù)、骨支架術(shù)等。晚期不可避免的行人工關(guān)節(jié)置換術(shù)等。但總體看來，手術(shù)療法因其痛苦大、費(fèi)用高、恢復(fù)期長、局限性廣、遠(yuǎn)期效果不能盡善盡美等而不被眾多患者所接受。因此采用有效的方法防止股骨頭壞死的發(fā)生和發(fā)展，促進(jìn)壞死區(qū)新骨再生成為了骨科醫(yī)師關(guān)注的重點(diǎn)。

目前，制備多孔鈦材料的方法有以下幾類：
1、金屬沉積法：金屬沉積法主要有真空蒸鍍法、電沉積法、等離子噴涂及反應(yīng)沉積法等， 其中最常見的沉積法是等離子噴涂法。通常，等離子噴涂在制備薄膜或涂層方面有獨(dú)特的優(yōu)勢，該方法也能用來加工多孔金屬。
2、固態(tài)燒結(jié)法：該方法主要有金屬堆積燒結(jié)法、添加造孔劑法、漿料發(fā)泡燒結(jié)法、模板法、燃燒合成法等。
a.金屬堆積燒結(jié)法是將堆積的空心球或粉末進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)， 通過高溫?cái)U(kuò)散形成冶金結(jié)合制備多孔金屬的方法。除此之外，也可采用金屬絲纏繞法形成坯料再燒結(jié)制備多孔材料。
b.該方法是將造孔劑與鈦粉按一定比例均勻混合， 然后再燒結(jié)前或燒結(jié)后通過加熱或溶解等方法去除造孔劑從而得到多孔結(jié)構(gòu)。該方法適用面廣，制備工藝簡單，孔隙分布均勻。
c.漿料發(fā)泡法是以金屬粉末為原料， 通過添加發(fā)泡劑等配成漿料，再加入模具中進(jìn)行加熱，由于添加劑和發(fā)泡劑的作用而產(chǎn)生氣體開始膨脹， 經(jīng)燒結(jié)后便可得到具有多孔金屬。
d.模板法也可用來制備多孔鈦， 它一般是以海綿為模板，將鈦漿料浸漬于模板中，待干燥后再加熱除去模板，最后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)獲得多孔鈦及其合金。
3、液態(tài)凝固法:根據(jù)加熱源的不同，可分為電子束加熱成型法與激光工程凈成型法。
a.電子束加工。電子束加工是利用高功率密度的電子束沖擊工件時(shí)所產(chǎn)生的熱能使材料熔化、氣化的特種加工方法。該方法也是快速原形加工技術(shù)中常用的方法之一。
b.激光工程凈成形法。激光工程凈成形法同樣也是快速成形技術(shù)的一種，該技術(shù)借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，利用快速原型加工技術(shù)將三維實(shí)體模型轉(zhuǎn)化成平面信息后再生成數(shù)控加工代碼， 最后傳給控制中心并對激光加熱熔化的原材料進(jìn)行逐層堆積壘加制備出實(shí)體零件。