08 于振涛-生物医用钛合金材料发展与机遇.ppt

生物医用钛合金材料的发展与机遇 影响生物医用钛合金力学相容性的因素 无Ni的TiNi记忆合金(近?型钛合金） 钛合金表面/整体多孔处理 钛合金整体多孔化技术 材料表面纳米化技术发展前景 ★ 表面生物活性（增加骨诱导、抗凝血、缩短治愈期等） 表面涂层：磷酸钙体系(HA)、生物活性玻璃、生物玻璃陶瓷等 表面活性氧化膜：TiO2及其复相氧化膜 ★ 表面耐磨性能（减少磨屑，增加涂层稳定性及结合力，改善综合性能） 氮化钛、氮（碳）化钛、氮化钽、碳化硅、类金刚石膜以及Fe3(CN)涂层等 ★ 表面耐蚀性 （抑制毒性离子的溶出） 钛合金表面生物活性涂层的典型制备方法和特点 美国研制的新型介稳定β型钛合金 西北有色院设计开发的新型近β型医用钛合金 新型TLM合金典型显微组织 TLM新型钛合金冷轧管材力学性能 钛合金表面纳米化、多孔化TiO2改性 表面多孔的TiO2纳米管 ① 人工髋关节柄 ② 牙种植体 ③ 冠脉血管支架 ④ 颅骨、颌骨修复用网板 ⑤ 脊柱内固定系统 ⑥ 胫骨、股骨髓内钉 ⑦ 多种接骨板 ⑧ 多种接骨螺钉 新型TLM钛合金表面TiO2涂层及其官能化 阳极氧化法得到高度有序的双轴TiO2纳米双管结构（TLM合金表面，引自张文彦） 我国生物医用材料及制品发展对比 据医疗器械行业协会统计，我国2007年用于外科植入物的不锈钢总量达到400吨，纯钛60吨，钛合金150吨，钴基合金35吨；但人均用量还只是欧洲发达国家水平的（1/10-1/20），市场上80%以上的高端医疗器械产品仍需要从国外进口。 板材 棒材 管材 丝材 箔材 异形材 ··· 1、 人造血泵 2、心脏瓣膜 3、心、脑血管支架 4、周围血管和非血管支架 5、人工髋关节 6、牙种植体 7、 颅骨、颌骨修复用网板 8、脊柱类修复替代支架、关节 4、生物医用钛合金材料的必威体育精装版进展及应用 介稳定?型钛合金的优点 相比?型钛合金和?+? 型钛合金来讲： ? 强度较高，塑性较好 ? 弹性模量较低（与骨组织力学相容性好）； ? 不含Al、V、Ni等对人体有害元素（生物相容性好） ? 疲劳强度高，优于316L、CoCrMo、TiNi合金 ? 断裂韧性高（80MPa?m以上) ? 冷、热工艺成型性好 ? 耐磨性提高 TLM合金相关器械产品 设计虚拟模型 接骨板 髓内钉 血管支架 髋关节 种植牙 牙种植体配件　 新型髋关节、牙种植体、胫骨髓内针、接骨板等设计图  血管支架-----人工髋关节柄有限元模型 牙种植体有限元模型 TLM合金相关器械产品有限元数值计算模拟 典型TLM钛合金医疗器械产品 其他TLM钛合金医疗器械产品 1、穿刺用器械 2、漏斗胸微创矫形支撑板 3、多孔食道支架 4、耳科扩张器 5、手术牵开器 脊柱前端关节 6、全口义齿基托、局部义齿支架和固定义齿脑血管支架 7、外科手术器械 8、过滤勾（袁） 9、颌面托 10、美容刀活动杆 等。。。。。 定向凝固多孔金属是金属—气体（H、O、N气为发泡气体）共晶（由一个液相在凝固过程中同时生成一个固相和一个气相的反应，即Liquid→Solid+Gas），形成类似于棒状共晶的组织（圆柱状气孔定向排列）。在各类多孔金属中定向排列规则多孔金属结构和性能最为独特，1993年乌克兰学者Shapovalov博士在美国最先申请专利“定向凝固金属—气体共晶方法”并制备出规则多孔金属。其后，美、德、日本等国纷纷开展相关研究。德国克鲁勃医疗技术公司已生产出多孔钛合金股骨柄假体。 定向凝固需要特殊实验装备才能进行，目前国内外只有少数研究机构拥有这种装备。国内清华大学李言祥研究小组在该领域研究较早（主要针对Mg、Cu和钢等），已发表研究论文40余篇，取得各类研究基金10余项，在金属—气体共晶定向凝固理论研究方面已走在世界前列。 定向凝固规则多孔金属在生物（人工骨、牙齿种植等），高技术热沉，航天发射等领域有重要应用。 多孔金属的定向凝固技术 Acta Metallurgica Sinica，2006, 42（10）1075-1080. Acta Metallugica Sinica，2004, 40 (11)，1121-1126 荷花状多孔材料 定向排列规则多孔金属材料 引自清华大学李言祥 多孔钛SEM照片(B)多孔Ti支架，(C)多孔Ti/HA/Ti复合材料 垂直交叉归整多孔技术 多孔钛实物照片 石墨支架(左) HA 支架(中), Ti 支架 (右), ECAP技术由前苏联学者Segal于20世纪80年代提出，90年代初R.Z.Valiev教授等进一步发展和完善。它由两个相交等径通道组成的模具使金属获得大的塑性剪性变形，试样变形前后的形状和尺寸不发