钛表面fha涂层的溶胶—凝胶法制备及性能研究-preparation and properties of fha coating on titanium surface by sol-gel method.docx

目 录 第一章 绪论 1 1.1 生物材料简介 1 1.1.1 生物材料的分类 1 1.1.2 生物材料应具备的性能 2 1.2 钛合金生物材料 2 1.3 羟基磷灰石及其涂层 3 1.4 含氟羟基磷灰石及其涂层制备方法 5 1.4.1 含氟羟基磷灰石的性能 5 1.4.2 含氟羟基磷灰石涂层的制备方法 6 1.5 课题研究的背景和主要内容 8 1.5.1 课题研究的背景 8 1.5.2 主要研究内容 9 第二章 实验材料与方法 11 2.1 试验材料及设备 11 2.2 溶胶-凝胶体系的选择 12 2.3 涂层的制备方法 13  HYPERLINK \l _TOC_250004 TiN 的制备 13  HYPERLINK \l _TOC_250003 FHA 涂层的制备 14 2.4 分析测试方法 15  HYPERLINK \l _TOC_250002 2.4.1 X-射线衍射分析 15  HYPERLINK \l _TOC_250001 2.4.2 涂层的 EDS 分析 15 2.4.3 结合强度测试 16 2.4.4 厚度测试 16  HYPERLINK \l _TOC_250000 2.4.5 SEM 形貌观察 16 2.4.6 磨损实验 16 2.4.7 电化学腐蚀实验 17 2.5 涂层的溶解性实验 17 第三章 激光气体氮化对钛合金组织与性能的影响 19 3.1 激光气体氮化层组织特征 19 3.1.1 激光气体氮化层的宏观形貌 19 3.1.2 激光气体氮化区的相组成分析 20 3.1.3 激光氮化区微观组织特征 20 3.3 激光气体氮化对纯钛腐蚀性能的影响 21 3.3.1 极化曲线 21 3.3.2 阻抗图谱分析 22 3.4 激光气体氮化对纯钛耐磨性的影响 24 3.4.1 磨损量 24 3.4.2 磨损表面形貌分析 25 3.5 本章小结 26 第四章 含氟羟基磷灰石涂层的制备及特征分析 27 4.1 温度对 FHA 涂层组织结构的影响 28 4.1.1 烘干温度对 FHA 涂层的影响 28 4.1.2 晶化温度对涂层组织结构的影响 28 4.1.3 晶化温度对涂层厚度的影响 31 4.2 含氟量对 FHA 涂层组织结构的影响 32 4.2.1 涂层的宏观形貌 32 4.2.2 含氟量对涂层微观质量的影响 32 4.2.3 含氟量对涂层相组成影响 34 4.3 涂层制备过程中的反应过程 36 4.3.1 涂膜液中可能的反应和产物 36 4.3.2 磷灰石膜的形成 37 4.4 本章小结 38 第五章 涂层与基体界面结构特征 39 5.1 涂层与基体的界面结构 39 5.1.1 涂层的成分梯度分布特征 40 5.2 涂层的结合强度测试 41 5.3 分析讨论 43 5.4 本章小结 43 第六章 FHA 涂层的生物相容性评价及其机理 45 6.1 FHA 涂层生物相容性评价 45 6.1.1 增重结果 45 6.1.2 涂层浸泡后的 XRD 分析 46 6.1.3 涂层浸泡后的微观形貌 46 6.2 SBF 中磷灰石形成机理探讨 48 6.2.1 成核理论 48 6.2.2 晶体生长 50 6.3 本章小结 51 第七章 结论 53 参 考 文 献 54 致 谢 58 在读期间取得的科研成果 59 个 人 简 介 60 1 第一章 绪论 二十世纪以来，现代科学技术和生产飞速发展，材料、能源与信息作为现代技 术的三大支柱，发展格外迅速。而在材料科学的发展中，生物材料科学是发展最快、 最受人关注的学科分支。其重要性在于它跨越了材料、医学、物理、生物化学和现 代高科技等诸多学科领域，并与人类自身发展息息相关。生物材料走过了十八、十 九世纪漫长的探索阶段，而在刚过去的二十世纪得到飞速的发展并广泛应用于临床 医学。随着材料科学与生命科学的发展，生物材料的研究已从被动地适应生物环境 发展到有目的地设计材料组分，以达到与生物组织的有机连接。 1.1 生物材料简介 生物材料(Biomaterials)有时也称生物医用材料(Biomedical materials)，指对生物 体进行诊断、治疗和置换损坏的组织或增进其功能的材料。在不同的历史时期，生 物材料被赋予了不同的意义，其定义也随着生命科学和材料科学的不断发展而演变[1]。 1.1.1 生物材料的分类 生物材料的种类很多，一般可分为天然材料和人工材料两类。人工材料又分为 金属材料、无机非金属材料(陶瓷材料)、有机高分子材料以及它们的复合材料。 根据生物材料在人体内的反应情况，可将它们分为三类[2-5]： (