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钛加工件
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生物医用多孔钛及钛合金激光快速成形介绍

2021-01-12 10:01:07

钛及钛合金因具有低密度、高比强度、良好的耐蚀性和生物相容性,近年来医用钛加工件被广泛应用于骨植入和牙修复材料。然而,钛及钛合金的弹性模量与自然骨不匹配,且其强度(拉伸强度、抗压强度和抗弯强度等,也比人骨高很多。在应力作用下,材料和骨骼将产生不同的应变,使其界面处出现相对位移,且载荷不能完全从植入体传递到相邻的骨组织,缺少足够应力刺激的骨骼会出现退化、萎缩,甚至被吸收,最终导致植入体松动和断裂,不能满足长期使用要求,限制了其进一步的应用。国内外越来越多研究人员在探索各种方法,以降低钛及钛合金的弹性模量,从而减轻或消除这种“应力屏蔽”现象,改善钛及钛合金的生物力学相容性。

钛合金加工

一般来讲,主要有两种途径降低钛及钛合金的弹性模量:一是合金化,B型钛合金的弹性模量比a型钛合金低。据报道,迄今为止可在钛合金中获得的较低弹性模量是在Ti—Nb.Sn系合金中得到的约为40GPa,要将其进一步降低到4OGPa以下是非常困难的。但是,皮质骨的弹性模量为4.4~28.8GPa,松质骨仅为0.01~3.0GPa_8,而合金化对降低钛合金的弹性模量是有限的。另一种方法是引入孔隙结构,得到多孔钛及钛合金,其密度、模量和强度等力学性能均可通过对孔隙的调整达到与被替换骨组织相匹配。


此外,独特的多孔结构及粗糙的内外表面有利于成骨细胞的粘附、增殖和分化,促使新骨组织长入孔隙,使植入体同骨之间形成生物固定,并最终形成一个整体;开放的三维连通孔结构能够使体液和营养物质在多孔植入体中传输,促进组织再生与重建,加快愈合过程凹。因此,具有上述特征的多孔钛及钛合金被认为是目前最有吸引力的生物植入材料,也成为近年来生物材料的研究热点。

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