随着生物技术的迅速发展和重大突破,生物医用钛合金的需求量极速增长,已被广泛应用的TC4及TC4ELI等医用钛合金中由于V和Al元素存在的致病性,因此新型医用钛合金的研发在我国具有重大的现实意义和广阔的市场前景,本文简单讲述生物医用钛合金分类,基本性能和应用基础,指出了其在医用领域的发展趋势,并讲述了新型β钛合金的基本加工制备方法和性能评价方法。
生物医用钛合金材料是专指用于生物医学工程的一类功能结构材料,具体指是用于外科植入物和矫形器械产品的生产和制造,钛合金加工材的生产制备涉及冶金,压力加工,复合材料和化工等领域,是世界上公认的高技术产品,钛合金及钛开始由航天、航空、国防军工领域逐渐进入到民用消费领域,医疗卫生行业中的植入物,医疗器械;体育休闲业的钛高尔夫球杆以及钛眼镜架、钛手表、钛自行车等产品,对钛加工材的需求量在不断增大,随着生物技术的蓬勃发展和重大突破,生物医用金属材料及其制品产业将发展成为世界经济的一个支柱产业,其中,钛合金及钛其凭借着质轻,弹性模量低,无毒无磁,抗腐蚀,强度高、韧性好等优良的综合性能,于近年来的需求量也出现了快速稳步的增长,随着钛合金开始进入整形外科等领域,新的潜在市场需求出现,未来钛合金市场将会出现更快速的增长。
1医用钛合金的研究进展
1-1医用钛合金的分类
钛合金按材料显微组织类型可分为:α型,α+β型和β型钛合金3类。
1-2医用钛合金的发展趋势
经调研发现,国内外的相关研究学者一致认为医用钛合金的发展经历了三个标志性的阶段,**阶段是以纯钛和Ti-6Al-4V合金为代表的;第二阶段是以Ti-5A1-2.5Fe、Ti-6A1-7Nb为代表的新型α+β型合金;第三阶段是主要开发与研制具有更好生物相容性和更低弹性模量β-钛合金的阶段,理想的生物医用钛合金材料必须满足有以下条件:良好的生物相容性、密度低,弹性模量低、防腐性能好、无毒、屈服强度高、疲劳寿命长、室温下有较大的塑性、易成形、易铸造等。而目前一直广泛应用于植入物材料的重要合金为Ti-6A1-4V和Ti-6A1-4VELI,有报道V元素可引起恶性组织反应,可能对人体产生毒副作用,Al则会引起骨质疏松和精神紊乱等病症;为了解决此问题,当前生物材料学家便致力于探索与研究不含V、Al的新型生物医用钛合金材料,在此之前很有必要搞清楚什么样的合金元素是适合添加的既无毒又符合生物相容性原理的,有研究发现含钼,铌,钽,锆等无毒元素的β钛合金含有较高含量的β稳定元素,与α+β型钛合金相比,具有较低的弹性模量(E=55~80GPa)以及更好的剪切性能和韧性,更适于作为植入物植入人体。