电泳沉积在钛合金表面制备具有生物活性涂层的研究

1 绪 论
1.1 课题的目的、意义
1.1.1 课题的目的
本文研究的是通过电泳沉积-烧结的方法，在钛合金的表面制得生物玻璃（BG）-羟基磷灰石（HA）的梯度涂层。通过生物玻璃对羟基磷灰石的改性，避免羟基磷灰石和钛合金之间由于热膨胀系数不同而造成的应力集中，导致涂层出现裂纹。得到界面结合强度好，无裂纹，表面光滑的生物陶瓷涂层。
1.1.2 课题的意义
由于在羟基磷灰石和基体之间有了一层致密的玻璃涂层，在一定程度上避免体液侵入基体，也阻止基体中的有害物质渗出[1]。通过电泳沉积的方法制备的HA-BG附和涂层界面结合强度好，表面光滑，涂层致密，无裂纹，抗拉强度好。在人骨的替代和牙齿的种植中具有重大的意义，这是一种全新的方法，具有污染小，设备简单，耗能少的特点。在将来的替代材料的研究发展中一定会展示出它特有的优势！
1.2 课题背景
本课题来源于：
黑龙江省教育厅重点项目“电沉积稀土羟基磷灰石复合梯度涂层的研究”
1.3 文献综述
1.3.1 羟基磷灰石涂层的发展概况
20世纪70年代以来。羟基磷灰石［Hydroxyapatite,HAP,化学式Ca10(PO4)6(OH)2］生物陶瓷涂层的制备引起广大化学，材料学，生物学，临床医学等研究工作者的极大兴趣。HAP具有良好的生物相容性与生物活性，与人体硬组织（骨和牙）的无机质具有相近的物质组成，它植入人体后能在短时间内与人体的软组织形成紧密的结合。HAP脆性大，强度低，抗折强度和断裂韧性指标均低于人工致密骨，因而限制了它在人体负重部位的应用。但是将羟基磷灰石涂覆于力学性能较好的生物惰性金属材料表面,可以发挥两种材料的综合优势[1].电结晶方法均覆性好,不涉及高温而可实现生物活性物质共沉积,而且工艺简便,成为目前生物涂层研究的热点之一.但是这类涂层存在着改善涂层活性与提高结合强度不能兼顾的问题,即多孔涂层的骨长入能力强,但与基体的结合较差;致密涂层与基体的结合强度高,但结晶形态与骨磷灰石差别较大.
体生长及碱性环境促进羟基磷灰石生成的原理,制备了内部致密、外部多孔的羟基磷灰石梯度涂层.于是人们寻求与其他材料相复合的方法来制备高强度的HAP生物陶瓷。近30年来各种涂覆技术研究与应用，已经能够将HAP涂覆于力学性能较好的生物惰性金属材料表面，得到既可以利用金属基体的强度和韧性，又具有和生物活性的HAP生物陶瓷涂层。如果将HAP与其他材料（如生物玻璃BG）配合，制成梯度涂层材料，
......

1 绪 论
2 实验方法
3 实验结果
4 实验结果的讨论
5 结 论
参 考 文 献
致 谢
附 录

1DasarathyH,RileyC,CobleHD.Analysisofapatitedepositsonsubstrates.JBiomedicalMaterialsResearch,1993,27:477~482.
2 俞耀庭,张兴栋. 生物医用材料. 第一版.天津：天津大学出版社, 2000
3 黄紫洋, 刘榕芳, 肖秀峰. 电泳沉积羟基磷灰石生物陶瓷涂层的研究进展[J]. 硅酸盐学报, 2003, 31(6):68-74.
4DamodaranR,MoudgilBM.Electrophoreticdepositionofcalciumphosphatesfromnonaqueousmedia.Physicochemi-calandEngineeringAspects,1993,80:191~195.
5 顾汉卿，徐国风.生物医学材料.天津：天津科技翻译出版社公司，1993
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15 申剑锋,常程康,毛大立等．羟基磷灰石涂层材料的制备及其性能表征[J].无机材料学报，2001,16(5)
16 焦玉恒,陈晓明,徐传波等．羟基磷灰石／生物玻璃复合涂层的研究[J].功能材料，2004,1(35).
17 黄紫洋, 刘榕芳,钟惠妹等．分散介质对电泳沉积生物陶瓷涂层的影响[J].福建师范大学学报（自然科学版），2004,20(1)
18 吴振军，何莉萍，陈宗璋．电化学方法制备HAP/金属生物复合材料研究进展[J].表面技术，2003,32(3).

本文主要研究的是利用电泳沉积在钛合金表面制备具有生物活性涂层的研究。
实验以正丁醇为分散介质，先利用生物玻璃（BG）的抛锚效应在阴极的Ti6Al4V沉积上BG，然后使羟基磷灰石(HA)在BG的涂层上在沉积，再经烧结获得界面结合强度较好的生物活性梯度陶瓷涂层。改变了BG的带电特性，改善了HA-BG对基体的结合强度，提升了界面结合强度和涂层的稳定。利用SEM观察涂层表面形貌；最后在模拟体液中浸泡观察形貌;体液失重量。
实验中根据参数对涂层的影响确定了一个合适的工艺参数，制备出了致密均匀的BG-HA复合涂层。经过烧结后的涂层裂纹扩大，这是由于生物玻璃的颗粒太大导致的。BG和HA的悬浮液的浓度对涂层形貌的影响也很大。模拟体液浸泡后的涂层没有明显的脱落现象，可见BG-HA复合涂层能有效的增长涂层在体液中的存在时间。