一种硬组织生物医用原位自生锆基复合材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103173655A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103173655103173655A(43)申请公布日2013.06.26(21)申请号201310123651.5(22)申请日2013.04.10(71)申请人广西大学地址530004广西壮族自治区南宁市大学路100号(72)发明人湛永钟聂礼(74)专利代理机构广西南宁汇博专利代理有限公司45114代理人朱萍球(51)Int.Cl.C22C16/00(2006.01)C22C1/02(2006.01)A61L27/04(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书7页说明书7页附图3页附图3页(54)发明名称一种硬组织生物医用原位自生锆基复合材料及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种硬组织生物医用原位自生锆基复合材料及其制备方法。所用原料组分及重量百分比为：铜3.5%～4.5%，铌0.1～1.20%，余量为海绵锆。其制备方法是先按照各组分的重量百分比称取相应的原料，将原料充分混合，然后利用非自耗真空电弧炉进行熔炼，冷却得到组织均匀的金属铸锭。本发明具有传统医用钛合金的优点，同时解决了传统医用钛合金在杨氏模量与人体自然骨骼不匹配的问题，有望解决替代材料因力学性能不匹配而对人体造成的损伤。本发明利用原位自生的Zr3Cu作为增强相，铌作为合金化元素，对锆基体进行强化，有效提高了锆基复合材料的压缩强度，同时通过调节铌的含量来改变锆基复合材料的压缩强度、塑性、杨氏模量等。CN103173655ACN103765ACN103173655A权利要求书1/1页1.一种硬组织生物医用原位自生锆基复合材料，其特征在于：所用原料组分及重量百分比为：铜3.5%～4.5%，铌0.1～1.2%，余量为海绵锆。2.根据权利要求1所述的硬组织生物医用原位自生锆基复合材料，其特征在于：所用原料组分及重量百分比为：铜4.0%，铌0.5～1.0%，余量为海绵锆。3.根据权利要求1或2所述的硬组织生物医用原位自生锆基复合材料，其特征在于：海绵钛、铜以及铌的纯度都在99.0%以上。4.根据权利要求3所述的硬组织生物医用原位自生锆基复合材料，其特征在于：硬组织生物医用原位自生锆基复合材料的杨氏模量为25~31GPa，最大抗压强度达到1100~1300MPa，压缩率为20.0~28.0%，屈服强度为750~1000MPa。5.一种如权利要求1~3所述硬组织生物医用原位自生锆基复合材料的制备方法，其特征在于：它的制备步骤如下：（1）原料称取，根据各原料组分的重量百分比分别称取海绵锆、铜以及铌；原料粒径尺寸控制在2厘米以下；（2）原料混合，将称好的原料搅拌混合均匀；（3）原料熔炼，将混合均匀的原料放入非自耗真空电弧炉内的坩埚中，然后抽真空，真空度控制为1×10-2～1×10-3Pa；再通入惰性气体进行洗气除去残留的空气；最后在惰性气体的保护下进行熔炼，熔炼温度为2800～3000℃；熔炼电压为220V，熔炼电流控制在180~200A，保持100s~150s，然后再将电流缓慢调节至0A，电流下降至0A的时间为40~60s，如此反复熔炼5遍以上，得到粗合金铸锭；（4）粗合金铸锭的冷却，在惰性气体保护下，对坩埚底部通水，利用流动的水对粗合金铸锭进行快速冷却，粗合金由液态到固态的冷却时间为10~30秒，然后继续保持对坩埚底部通水，将合金铸锭继续停放在炉内冷却，冷却至室温后取出，整个冷却时间400~600秒，得到硬组织生物医用原位自生锆基复合材料。6.根据权利要求5所述的硬组织生物医用原位自生锆基复合材料的制备方法，其特征在于：所述抽真空和洗气反复进行2～4次。7.根据权利要求5所述的硬组织生物医用原位自生锆基复合材料的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氩气，压强为一个标准大气压。2CN103173655A说明书1/7页一种硬组织生物医用原位自生锆基复合材料及其制备方法技术领域[0001]本发明属于金属基复合材料技术领域，具体涉及生物医用原位自生锆基合金材料及其制备方法。背景技术[0002]生物医用材料包括医疗上能够植入生物体或能够与生物体组织相结合的材料，生物材料用来治疗或替换生物机体中原有的组织和器官，修正和提高其功能。目前生物医用金属材料是广泛应用外科植入材料，具有高的强度、良好的韧性、抗弯曲疲劳强度以及良好的加工成型性能，具有其它类型医用材料难以替代的优良性能。金属材料作为生物医用材料必须满足严格的生物学要求：（1）组织相容性好、无毒性，不致畸变，不引起过敏反应和干扰基体的免疫，不破坏临近组织等；（2）物理化学性质稳定，强度、弹性、尺寸、耐腐蚀、耐磨性等性质稳定；（3）易于加工成型，容易制成各种需要的形状。[0003]目前金属材料钛及其