电结晶羟基磷灰石涂层结构的研究

采用电沉积技术,在钛合金表面形成生物涂层。试验结果表明:电流密度由小到大变化时,涂层表面形貌按针状→细晶针状→棒块状发生变化,涂层的孔洞也由小变大,由少变多;单一电流密度下,沉积后涂层的主相为无定形CaHPO4;电流密度交替变化时,形成了大量的三斜晶系CaPO3(OH)相和单斜晶系CaPO3(OH)·H2O,并有少量的HA相生成,经碱处理后,易于生成Ca5(PO4)3(OH)。电流密度交替变化,涂层孔隙结构呈梯度分布,底部组织致密,利于提高涂层与基体的结合强度,表面形成大量的孔洞,利于种植体的植入和HA的生成,促进骨结合。     

脉冲激光沉积羟基磷灰石(HAP)生物陶瓷涂层的研究进展

脉冲激光沉积法制备HAP生物陶瓷涂层是一项极有发展潜力的新技术。本文介绍了采用脉冲激光沉积法制备HAP生物陶瓷涂层的研究背景、原理与意义,并对其4个主要研究方向：溅射机理、沉积条件与涂层质量的关系、HAP涂层的生理功能、脉冲激光沉积新工艺的最新研究现状进行了概括与总结。     

脉冲阴极电沉积羟基磷灰石涂层

对脉冲阴极电沉积与恒电位阴极电沉积制备的羟基磷灰石涂层膜进行了对比实验.结果表明:由于脉冲电沉积的一个关断时间使离子得以从溶液本体向电极表面扩散,在下一脉冲来临时浓差极化的减小有利于HAP的生长;在一定的导通时间下,关断时间的延长有利于羟基磷灰石的沉积,但时间的过度延长不利于羟基磷灰石的沉积;当通电时间为5 s时,其最佳关断时间为2 s;沉积时阴极极化的增强虽有利于膜的生长,但极化过于强烈(阴极电位为-1.0 V(vs SCE)时,涂层易脱落.     

表面涂覆含氟羟基磷灰石和缺钙羟基磷灰石的镁合金体外降解行为(英文)

通过电化学沉积方法,在生物降解镁合金表面覆盖含氟羟基磷灰石(FHA)涂层和缺钙羟基磷灰石(CDHA)涂层。采用X射线衍射、傅立叶变换红外光谱、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和能量色散X射线光谱研究涂层特性。结果表明:涂覆纳米FHA涂层的样品具有垂直于样品表面的纳米针状结构,比涂覆CDHA涂层样品的结构更致密和更均匀。纳米FHA涂层比纳米CDHA涂层具有更小的晶粒尺寸,分别为65 nm和95 nm。然而,CDHA涂层比FHA涂层更厚,厚度分别为19μm和15μm。通过极化、浸泡和析氢实验研究的腐蚀行为表明:纳米FHA涂层和纳米CDHA涂层显著降低腐蚀速率并引起钝化。纳米FHA和纳米CDHA涂层可以加速骨状磷灰石层的形成,相比未覆盖的镁合金可以显著减少溶出速率。纳米FHA涂层能对镁合金提供有效的防护并具有更高的腐蚀性能。因此,覆盖纳米FHA涂层的镁合金在整形外科领域具有良好的应用前景。     

电沉积制备氧化石墨烯-羟基磷灰石复合涂层

采用电沉积方法在钛表面制备氧化石墨烯-羟基磷灰石(Graphene oxide/Hydroxyapatite,GO/HA)复合涂层,通过调整GO的浓度,研究GO对所得涂层晶体结构及生物学性能的影响。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)仪、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱分析所得涂层的表面形貌和物相构成,用SEM观察涂层表面MG63成骨样细胞生长情况。结果表明,电沉积法可在钛表面制备GO/HA复合涂层,且随GO浓度增加,HA结晶度增加。此外,复合涂层较单纯HA涂层更能促进成骨样细胞早期粘附。     

预应力热处理对羟基磷灰石涂层相组成和结合强度的影响

设计不同角度的斜面工业纯钛柱,采用等离子法制备羟基磷灰石涂层,设计工装使涂层在预加相同正应力和不同切应力条件下进行热处理.利用电子拉伸实验机进行剪切结合强度测试,利用X射线衍射仪检测涂层的相组成与结晶度,探讨应力条件下热处理对涂层组成和涂层/基体结合强度的影响.研究表明:热处理中预加应力可以提高涂层的结晶度和涂层/基体的剪切结合强度.     

钛表面种籽层水热沉积制备羟基磷灰石生物涂层

为了获得与基体结合强度高、生物活性好的羟基磷灰石(HAP)涂层,通过种籽层水热沉积方法在钛合金表面生长HAP,首先纳米尺寸的钙磷盐通过微弧氧化技术在钛金属表面形成,此种籽层在随后的水热沉积过程中促进了HAP的诱导沉积。讨论了络合剂和种籽层对HAP的形貌和结构的调控。采用此方法制备的生物活性梯度涂层无裂纹、涂层厚度分布均匀,与基体具有高的结合强度,HAP呈现良好的结晶性,并具有沿c轴的择优取向,此HAP涂层表现出优良的生物活性,有利于促进骨的生长。     

钛基羟基磷灰石涂层的界面结构及梯度设计

羟基磷灰石是最有发展前途的生物硬组织替代材料之一,临床上采用在钛合金上涂覆HA生物活性涂层,涂基结合及涂基界面的整合是决定HA涂层性能和可靠性的关键因素.评述了钛基羟基磷灰石涂层的界面微观结构,指出界面上存在纳米氧化物薄膜是提高涂层结合强度的关键,并结合纳米多层薄膜和功能梯度膜的优点,提出改善涂基结合强度,发挥羟基磷灰石生物活性涂层的三明治式的梯度设计.     

低温制备片状磷灰石生物陶瓷

采用磷酸缓冲溶液浸泡法在37℃制备了碳酸根型磷灰石,借助XRD,FTIR,SEM,DSC-TG等分析手段研究了磷灰石的形貌、结构、热稳定性以及形成机理.结果表明,碳酸钙浸泡到磷酸缓冲溶液后,碳酸钙表面部分溶解,然后沉积上一层具有低结晶度的片状磷灰石;磷灰石的转化率,随磷酸缓冲溶液浸泡时间的延长而提高,但转化速率随之下降磷灰石降低了残留碳酸钙的热稳定性,DSC的吸热峰从810℃迁移到755℃.预计制备的磷灰石可应用于骨支架材料或填充材料.     

低温燃烧/水热法制备纳米羟基磷灰石的研究

以Ca(NO3)2·4H2O,(NH4)2HPO4和柠檬酸为主要原料,浓硝酸为溶剂,NH4NO3为助燃剂,根据羟基磷灰石的化学组成及推进燃烧化学理论计算原料的配比,采用低温燃烧(LCS)/水热法快速制备出纳米羟基磷灰石粉体.利用XRD和扫描电子显微镜对燃烧产物和经水热处理后的粉体相组成及颗粒形貌进行了研究.结果表明,Ca(NO3)2·4H2O,(NH4)2HPO4及柠檬酸的最佳摩尔比为532.2,低温燃烧法制备的前驱体粉末,主晶相为纳米级的HAP,经水热处理1 h后即可得到高纯度的粒度为40 nm～80 nm的HAP粉末.水热处理2 h后HAP的结晶度提高,颗粒形状以柱状为主,颗粒直径50nm～80nm,长度100 nm～130nm.     

激光熔覆生物陶瓷涂层的组织结构

借助ＸＲＤ及ＳＥＭ对ＴＣ４钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的组织结构进行了研究。结果表明,该涂层为含ＨＡ等钙磷基复合相结构,其组织具有择优取向,有序分布的胞状微晶特征,晶内局部区域有细小粒状物析出,晶界存在第二相,涂层与基体界面为化学冶金结合。该涂层提高了与自然生物硬组织组织结构特性的相似程度。     

激光熔覆钛基生物陶瓷涂层的制备及其界面研究

利用高功率CO_2激光器在Ti-6Al-4V合金表面制备含有生物活性陶瓷相的梯度生物陶瓷涂层.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和电子探针(EPMA)等对熔覆层和界面的显微组织、相组成及成分进行分析.结果表明:激光熔覆复合涂层中生成了羟基磷灰石和磷酸三钙等生物活性相,凹凸不平的表面出现网络交错的片状结构和微孔(孔径为0.5～2μm),有利于新骨沿着表面及内部连通微孔攀附生长.涂层与基体界面处存在涂层成分(Ca,P)与基体成分(Ti,Al,V)的互扩散,涂层与基体通过扩散反应形成牢固的冶金结合.残余应力在界面结合区域出现峰值,陶瓷层和过渡层界面附近为221 MPa,涂层与基体界面附近为108 MPa,从涂层到基体残余应力逐渐减小.     

稀土对激光熔覆生物陶瓷涂层强度的影响

测试了激光熔覆生物陶瓷涂层与基体的结合强度、涂层抗弯、抗拉和抗压强度，并计算了弹性模量。结果表明，稀土能够提高涂层与基体的结合强度、抗弯及抗拉强度，但降低了涂层的抗压强度。稀土在激光熔覆条件下充分扩散传质弥散分布于涂层熔池内，分散的稀土颗粒促进晶体形核和成长，细化晶粒，强化涂层。激光熔覆涂层复合材料满足生理条件下的强度要求。     

Y2O3-CeO2稀土氧化物对激光熔覆生物陶瓷涂层中HA的影响

为降低激光熔覆过程中基材与生物陶瓷涂层之间的热应力,提高涂层与基材的结合强度,选用宽带激光熔覆方法,在TC4合金表面制备一层含HA和β-TCP的梯度活性生物陶瓷涂层。通过金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对在体外模拟体液中浸泡14d后的涂层进行形貌和相组成的研究。结果表明:当Y2O3质量分数为0.6%,CeO2质量分数分别为0%,0.2%,0.4%和0.6%时,生物陶瓷涂层在SBF中浸泡14d后,基材与涂层之间呈良好的冶金结合;涂层表面都有白色球状颗粒生成;且涂层当中HA的生成量各不相同。当CeO2质量分数为0%时几乎不生成HA,为0.2%时HA的生成量最大,而后随着CeO2的含量增加HA生成量减少。说明当Y2O3质量分数为0.6%,CeO2的含量为0.2%时,生物陶瓷涂层具有较好的生物活性。     

钛基表面TiO_2-HA生物陶瓷膜层的血液相容性研究

采用微弧氧化法及微弧氧化-水热法对纯钛进行改性,制备了TiO_2与TiO_2-HA生物陶瓷膜层,通过溶血率实验、动态凝血时间实验和血小板黏附实验等方面评价其血液相容性。结果表明:各试样的溶血率都远小于5%,均符合医用材料的溶血率要求,不会产生溶血作用。与钛基TiO_2生物陶瓷膜层和钛基材相比,钛基TiO_2-HA生物陶瓷膜层的溶血率更低,动态凝血时间曲线变化更为缓慢,黏附的血小板更少,且变形程度更轻,具有更好的抑制血小板的聚集与变形的性能,血液相容性更优。     

HA粉末粒径对微束等离子喷涂扁平粒子形貌及涂层微结构的影响

目的研究粉末粒径对微束等离子喷涂羟基磷灰石(HA)扁平粒子形貌和涂层的微观组织结构的影响。方法选取三组不同粒径范围(25～38μm、38～45μm、45～63μm)HA球形粉末,采用微束等离子喷涂方法在经镜面抛光的Ti-6Al-4V基体上收集扁平粒子,在经过喷砂处理的Ti-6Al-4V基体上沉积HA涂层。利用冷场发射扫描电子显微镜和X射线衍射仪,对扁平粒子形貌,以及涂层的形貌、相组成和择优取向进行分析。通过激光共聚焦显微镜(LSCM)观察扁平粒子的三维相貌,并对比分析扁平粒子的差异。结果微束等离子喷涂过程中,可形成几种典型形貌特征的扁平粒子,一是中间区域较厚,边缘位置较薄的扁球形;二是中间区域较薄,边缘位置较厚的圆盘状,该种扁平粒子相比于扁球形,其厚度较薄,直径较大;三是边缘位置存在"指状"溅射的圆盘状,其厚度与圆盘状扁平粒子厚度相当,但其直径范围较大。HA涂层的结晶度随着粉末粒径的减小而减小,HA的分解和非晶化逐渐增强,涂层的择优取向强度减弱,涂层中柱状晶比例减少。结论微束等离子喷涂过程中,粉末粒径对扁平粒子形貌和涂层相结构有显著影响。随着粒径的增加,扁平粒子由扁球形转变为边缘有少量"指状"溅射的圆盘状。粒径较小的HA粉末在等离子焰流中的熔化程度较高,导致涂层中分解相和非晶相含量增多,择优取向程度减小。     

Y2O3对激光涂覆生物陶瓷涂层的影响

在钛合金表面除预置ＣａＨＰＯ４．２Ｈ２Ｏ,ＣａＣＯ３粉末外,还加入稀土氧化物Ｙ２Ｏ３,经激光处理后,实现了合成与涂覆同步制备含ＨＡ活性生物陶瓷涂层的复合材料。试验结果表明,Ｙ２Ｏ３的加入对ＨＡ的合成及其结构稳定性,生物陶瓷涂层组织细化以及力学性能均有促进和改善。     

电沉积-水热合成法制备的生物陶瓷涂层与基体界面结合强度的研究

采用电沉积水热合成法和高温煅烧相结合的方法，制备了生物陶瓷涂层，研究了涂层与基体间过渡层的物相组成和界面结合强度。用X射线(XRD)、扫描电镜(SEM)和粘接拉伸法进行分析。结果表明：水热合成后，界面结合强度较低，为7．04MPa。在空气中煅烧，700℃以下时，界面出现极薄TiO2层，同时随着煅烧温度的升高，界面结合强度提高；800℃以上时，由于厚而疏松过渡层TiN的出现，界面结合强度反而下降。为获取对骨生长有利的HAP β-Ca3(PO4)2双相结构，且界面结合强度高的涂层材料，将原始试样用NaOH碱液处理并进行电沉积水热合成，在氩气中900℃煅烧后，过渡层为薄且致密的TiO2层，界面结合强度高达22．39MPa。